Skkn nâng cao chất lượng dạy học phần mắt và các dụng cụ quang học cho học sinh lớp 11 thpt

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẠY HỌC PHẦN “MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC” CHO HỌC SINH LỚP 11 THPT Người thực hiện: Lê Nhất Trưởng Tuấn Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (mơn): Vật Lí THANH HỐ NĂM 2022 skkn MỤC LỤC Mở đầu .1 1.1 Lí chọn đề tài .1 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận: .1 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: 1.5 Những điểm SKKN 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 16 Kết luận, kiến nghị 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Kiến nghị 17 skkn Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Quang học phần quan trọng Vật lí, chương trình lớp 11 đề cập đến phần quang hình học, dùng phương pháp hình học định luật quang học để giải tượng quang học Ở phần có nhiều tượng liên quan đến đời sống thực tiễn giải thích dựa vào việc giải tập quang học Ngày nay, dụng cụ quang dùng khoa học đời sống đa dạng Các dụng cụ áp dụng tượng phản xạ khúc xạ ánh sáng Các tập mắt dụng cụ quang học cho ta thấy rõ điều đó, từ giúp em học sinh giải thích nhiều tượng sống đồng thời hiểu rõ cấu tạo, hoạt động mắt, dụng cụ quang học Để phần giúp học sinh ứng dụng tốt kĩ giải tập quang hình học mà học sinh giảng vào thực tế, viết đề tài: “Một số giải pháp nâng cao chất lượng dạy học phần mắt dụng cụ quang học cho học sinh lớp 11 THPT” nhằm góp phần giúp em có thêm mối liên hệ với thực tế, tăng thêm tự tin việc giải tập vật lý từ ngày yêu thích mơn vật lí Đồng thời tài liệu giúp đỡ việc giảng dạy phần quang hình học cách có hệ thống Ở đề tài trọng việc nhấn mạnh điểm quan trọng mà học sinh cần phải để tiếp cận phần học tốt hơn, điều nhấn mạnh mang tính chất kinh nghiệm cá nhân mà thân cảm nhận qua 15 năm dạy học lứa học trò 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài thiết kế tiến trình dạy học, tiến trình tiếp cận kiến thức cách có hệ thống để tiếp thu tốt phần nội dung kiến thức chương “Mắt dụng cụ quang học” vật lí lớp 11 nâng cao nhằm phát huy tính tích cực, tự lực học tập HS Đề tài hướng tới việc giúp học sinh tiếp cận phần mắt dụng cụ quang học cách thực tiễn, gần gũi với sống 1.3 Đối tượng nghiên cứu * Khách thể nghiên cứu: HS lớp 11 trường THPT trình học tập chương “Mắt dụng cụ quang học” * Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học chương “Mắt dụng cụ quang học” lớp 11 trường THPT nhằm phát huy tính tích cực, tự lực học tập HS 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận: - Nghiên cứu tài liệu lí luận dạy học đại, phương pháp dạy học vật lí trường phổ thơng, tâm lí dạy học,… nhằm tìm hiểu phương hướng dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự lực học tâp HS dạy học vật lý với hỗ trợ máy vi tính skkn - Nghiên cứu chương trình, SGK, sách GV, sách tập nhằm nắm cấu trúc chương, nội dung kiến thức mà HS cần nắm vững, từ thiết kế tiến trình dạy học phù hợp - Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng công nghệ thông tin dạy học 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: - Vận dụng tiến trình dạy học thiết kế vào trình dạy học cho HS lớp 11 trường THPT Hàm Rồng, TP Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa - Phân tích diễn biến cụ thể diễn trước, sau học - Phân tích kết kiểm tra - Xử lý kết từ phân tích để đánh giá q trình học tập - Đề xuất nhận xét sau thực nghiệm sư phạm - Đánh giá mức độ phù hợp, tính khả thi tiến trình Phân tích ưu, nhược điểm điều chỉnh lại cho thật phù hợp cần thiết 1.5 Những điểm SKKN Qua kinh nghiệm dạy học thân nhận vấn đề mà học sinh gặp khó khăn tiếp cận phần học Mắt dụng cụ quang học Từ tập trung làm rõ vấn đề cốt lõi cho học sinh, phải làm cho em hiểu cách chất vấn đề, tránh máy móc Điểm sáng kiến kinh nghiệm lồng ghép việc dạy toán mắt dụng cụ quang gắn với thực tiễn để sinh động hóa kiến thức cho em, cố gắng làm mềm hóa, dạy học theo hướng thực tiễn, đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục phổ thông Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Ba định luật quang hình học tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng Như biết, ánh sáng đối tượng nghiên cứu Quang hình học định luật Quang hình học là: Định luật truyền thẳng ánh sáng, khúc xạ ánh sáng, phản xạ ánh sáng Nhờ nghiên cứu Quang hình học người ta chế tạo nhiều dụng cụ quang cần thiết cho khoa học đời sống.VD: internet (cáp quang), … Tính chất thuận nghịch chiều truyền ánh sáng: Ánh sáng truyền theo đường truyền ngược lại theo đường Đây tính thuận nghịch truyền ánh sáng Tính thuận nghịch biểu truyền thẳng phản xạ 2.1.2 Khái niệm ảnh vật Quang học * Vật điểm điểm đồng quy chùm tia tới hay đường kéo dài chúng Một vật điểm + thật nếu chùm tia tới chùm phân kì; + ảo nếu chùm tia tới chùm hội tụ * Ảnh điểm điểm đồng quy chùm tia ló hay đường kéo dài chúng Mợt ảnh điểm skkn + thật nếu chùm tia ló chùm hợi tụ; + ảo nếu chùm tia ló chùm phân kì 2.1.3 Mắt : * Các phận: Bộ phận mắt thấu kính hội tụ, suốt, mềm, gọi thể thuỷ tinh (5) Độ cong hai mặt thuỷ tinh thể thay đổi nhờ co giãn cở vòng đỡ * Sự điều tiết mắt: hoạt động mắt làm thay đổi tiêu cự mắt cách thay đổi độ cong thủy tinh thể để ảnh vật rõ nét màng lưới + Khi mắt không điều tiết (fmax  Dmin): tiêu cự mắt lớn nhất, thủy tinh thể dẹt + Khi mắt điều tiết tối đa (fmin Dmax): tiêu cự mắt nhỏ nhất, thủy tinh thể phồng tối đa + Khi mắt nhìn thấy vật võng mạc lên ảnh thật, ngược chiều nhỏ vật * Từ việc thơng hiểu sâu sắc cách điều tiết mắt, em tự suy điểm CC, CV khoảng nhìn rõ mắt * Điểm cực cận điểm cực viễn: - Điểm cực viễn mắt (CV) điểm xa trục thủy tinh thể mà mắt quan sát rõ nét Khi quan sát ( ngắm chừng) cực viễn mắt điều tiết => fmax - Điểm cực cận mắt (Cc) vị trí gần trục thủy tinh thể mà mắt cịn quan sát rõ nét Khi ngắm chừng cực cận mắt phải điều tiết cực đại => fmin *Khoảng nhìn rõ mắt: khoảng cách từ cực cận Cc đến cực viễn Cv - Khoảng cực viễn : khoảng cách từ mắt đến điểm cực viễn: OCv - Khoảng cực cận : khoảng cách từ mắt đến điểm cực cận: Đ = Occ * Góc trơng suất phân li skkn - Góc trơng vật a : Là góc hợp hai tia sáng qua mép vật quang tâm thuỷ tinh thể Với AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục mắt có góc trơng a thì: - Năng suất phân li mắt amin Là góc trơng nhỏ hai điểm mà mắt cịn phân biệt hai điểm Lưu ý: Để mắt phân biệt điểm A, B A, B Î [CC; CV] a ³ amin * Hiện tượng lưu ảnh mắt: tượng mà thời gian 0,1 s ta thấy vật ảnh vật khơng cịn tạo lưới * Các tật mắt cách khắc phục: So sánh độ tụ mắt: Dcận > Dtốt > Dviễn * Mắt cận : + Khi không điều tiết tiêu điểm nằm trước võng mạc ( fmax OV) + Thủy tinh thể dẹt + Điểm cực cận xa mắt mắt thường (nhìn gần kém) + Nhìn xa vơ phải điều tiết + Để khắc phục: đeo kính hội tụ để nhìn gần mắt thường skkn Chú ý: Với Mắt già : Khi già điều tiết Nên điểm cực viễn không thay đổi, điểm cực cận rời xa mắt : + Mắt thường , lúc già phải mang thêm kính hội tụ để đọc sách + Mắt cận thị lúc già phải mang TKPK để nhìn xa mang TKHT để đọc sách ( ghép thành kính hai trịng ) + Mắt viễn thị lúc già mang TKHT phải tăng độ tụ Nguyên tắc chung để sửa tật mắt: + Về nguyên tắc phải thay đổi độ tụ mắt tật để gần với mắt bình thường, cách sửa thơng thường đeo trước mắt thấu kính có độ tụ thích hợp + Mắt cận thị ta cần sửa điểm cực viễn điểm cực cận thay đổi theo + Mắt viễn thị ta cần sửa điểm cực cận + Sơ đồ nguyên tắc tạo ảnh qua mắt: AB (vật thật) TK A1B1 TTT A’B’ (ảnh thật)  võng mạc + Sơ đồ tạo ảnh làm toán: AB (vật thật) TK A’B’(ảo) mắt nhìn A’B’ nên A’B’  [CC , CV] Nếu A’B’ cực cận mắt điều tiết tối đa, A’B’ CV mắt không điều tiết * Số bội giác: đại lượng đặc trưng cho dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt, xác định thương số góc trơng ảnh qua dụng cụ quang học góc trơng trực tiếp vật Trong  α: góc trơng ảnh qua dụng cụ quang học skkn αo: góc trơng vật có giá trị lớn xác định trường hợp Đối với góc trơng nhỏ tan α ∼ α; tan αo ∼ αo  2.1.4 Hệ thấu kính: Bài tốn bản: Cho hai thấu kính L1 L2 có tiêu cự f f2 đặt đồng trục cách khoảng ℓ Một vật sáng AB đặt vng góc trục (A trục chính) trước thấu kính L1 cách O1 khoảng d1 Hãy xác định ảnh cuối AB qua hệ thấu kính TH đặc biệt hệ ghép sát CMR Dhệ = D1 + D2 Phương pháp giải: Sơ đồ tạo ảnh:  Vật AB thấu kính L1 cho ảnh A1B1, ảnh trở thành vật thấu kính L2 L2 cho ảnh cuối A2B2 Các cơng thức: - Xác định vị trí tính chất ảnh A2B2 Đối với L1: d1= O A f1d1 d1’ = O A = d  f 1 Đối với L2: d2 = O A = ℓ - d1’ d2’ = = Nếu d’2 > => ảnh A2B2 ảnh thật Nếu d’2 < => ảnh A2B2 ảnh ảo - Xác định chiều độ cao ảnh A2B2 Độ phóng đại ảnh qua hệ thấu kính: k = Nếu k> => ảnh A2B2 chiều với vật AB Nếu k< => ảnh A2B2 ngược chiều với vật AB Độ cao ảnh A2B2 = k AB 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm - Phần mắt dụng cụ quang học phần kiến thức trừu tượng - Mặt khác, thiếu số kiến thức quan trọng nên học phần em cảm thấy khó hiểu khơng có thiện cảm với phần skkn - Phần mắt dụng cụ quang học phần cuối chương trình vật lí lớp 11, nên phần mắt dụng cụ quang học giảng dạy sau thi học kì II Do đó, học sinh thường khơng hứng thú học phần 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Làm rõ “giá trị của” ba định luật quang hình học thơng qua câu hỏi tình * Tình 1: Con tàu ma Sự việc tàu hàng 'lơ lửng' mặt biển kỳ lạ quay Thâm Quyến, vào ngày 14/7 Video tạo tranh luận mạng xã hội Trung Quốc, với số người cho công nghệ ngành đóng tàu Có người cịn cho tàu vũ trụ (?!) Vì lại có tượng ? Tuy nhiên, ngày 15/7, Thời báo Hoàn Cầu quyền Bắc Kinh khẳng định rằng: "Đây tượng tự nhiên Con người bị thiên nhiên đánh lừa thị giác” Theo giải thích tờ này, bốc nước dọc theo bờ biển nguyên nhân khiến nhiều người bị lừa Hơi nước khiến mặt biển có màu sắc với bầu trời nên số góc nhìn, vật mặt biển trông bay lơ lửng không skkn Kết luận: - Nguyên nhân tượng ánh sáng không truyền thẳng qua môi trường không đồng đẳng hướng - Định luật truyền thẳng ánh sáng khẳng định ánh sáng truyền thẳng môi trường suốt đồng tính đẳng hướng * Tình 2: Vậy tia sáng bị bẻ cong nào, cách ngẫu nhiên hay có quy luật, có xác định vẽ xác tia sáng bị bẻ cong khơng ? Kết luận: Các em thấy ý nghĩa vai trò định luật khúc xạ ánh sáng * Tình 3: Ảo ảnh sa mạc, ảo ảnh đường nhựa Ảo ảnh đường nhựa vào trời nắng nóng Hiện tượng nhìn thấy nước sa mạc hay ngày nắng nóng chênh lệch nhiệt độ lớp khơng khí Ở sa mạc, Mặt Trời chiếu sáng ngày qua ngày khiến cho lớp đất đá mặt đất nóng lên nhanh Vào ngày khơng có gió, nhiệt độ khơng khí cao mặt đất có chênh lệch lớn: “Lớp khơng khí gần mặt đất bị đốt nóng, cịn lên cao khơng khí lại mát Khơng khí bị đốt nóng khiến skkn chiết suất giảm đi; cịn lớp khơng khí cao mát hơn, mật độ đậm đặc chiết suất cao hơn.” Sự chênh lệch khiến ánh sáng Mặt Trời bị bẻ cong từ tầng khơng khí cao xuống mặt đất Càng tiến gần đến mặt đất, góc tia sáng lớn giá trị góc khúc xạ giới hạn, tượng phản xạ tồn phần xảy ra, làm ánh sáng chuyển hướng lên truyền tới mắt Kết luận: - Khi giải thích tượng đặc biệt em cần vận dụng kiến thức định luật khúc xạ ánh sáng, định luật phản xạ ánh sáng từ em hiểu vai trò hai định luật việc vẽ tia khúc xạ tia phản xạ - Đặc biệt tượng thơi thúc em tìm hiểu tia sáng khúc xạ lại chuyển thành phản xạ toàn phần em hiểu tượng phản xạ toàn phần điều kiện để có tượng phản xạ tồn phần - Qua em hiểu thêm ứng dụng thực tế phản xạ toàn phần cáp quang, lấp lánh viên kim cương… skkn 2.3.2 Làm rõ “giá trị của” tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng thơng qua câu hỏi tình Tình huống: Khi ta nhìn gương chiếu hậu xe máy tơ, ta thấy người sau nhớ người nhìn gương chiếu hậu xe họ thấy mình! Kết luận: - Qua tình thực tế đơn giản giúp em khắc sâu tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng - Ở hiểu biết sâu sắc em hiểu vật thật ảnh thật đổi chỗ cho nhau, qua giúp em giải nhanh số toán phức tạp cách gọn gàng 2.3.3 Làm rõ cho học sinh cách mà mắt người nhìn thấy vật Tình huống: Ta nhìn nhờ ánh sáng từ vật lọt vào mắt khơng có ánh sáng từ mắt chiếu đến vật Phản bác quan niệm sai lầm Empédocle (nhà thơ, Triết gia, bác sĩ giáo sĩ người Hi Lạp, khoảng 490 - 435 tr CN), tác giả lý thuyết thị giác xa xưa mà biết, có lửa đơi mắt Ơng khơng phủ nhận ánh sáng từ vật hướng đến mắt mà đồng thời thừa nhận từ mắt có tia sáng chiếu đến vật (và gọi lý thuyết "tia thị giác") Thí nghiệm: - Mắt khơng thể nhìn bóng tối, vật khơng có chiếu sáng - Mắt nhìn Mặt trời thấy chói - Mắt nhìn vật ngồi sáng, sau vào bóng râm: hình ảnh vật chất đọng lại vài giây trước mắt ta (cũng chứng minh tượng lưu ảnh thị giác) Kết luận: - Điều giúp hiểu rõ số quy luật quang học - Với toán quang hình học, việc vẽ hình quan trọng cực hình nhiều học sinh em vẽ từ đâu, vẽ Ví dụ tốn sau Đề bài: Một chậu hình hộp chữ nhật đựng chất lỏng Biết AB=a, AD=2a Mắt nhìn theo phương BD nhìn thấy trung điểm M BC Tính chiết suất chất lỏng 10 skkn Kết luận: Một học sinh hiểu rõ nguyên lí em suy luận nhanh chóng: Mắt thấy điểm M tức có tia sáng từ M đến mắt vẽ hình Hoặc toán sau: Mắt người mắt cá nằm đường thẳng đứng Mắt người ngồi khơng khí, mắt cá nước cách mặt nước 100 cm a Hỏi người nhìn thấy cá cách bao nhiêu? b Hỏi cá nhìn thấy người cách ? HD: a Người thấy cá tức em phải vẽ tia sáng từ cá đến mắt người b Cá thấy người em phải vẽ tia sáng từ người đến mắt cá 2.3.4 Giúp em tự tìm tia đặc biệt qua thấu kính thí nghiệm ghi lại kết thí nghiệm chiếu chùm tia song song qua thấu kính Thấu kính rìa mỏng kí hiệu 11 skkn Thấu kính rìa dày kí hiệu Qua ảnh chụp từ thí nghiệm với tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng, em thấy tia đặc biệt thấu kính đến với em cách tự nhiên khơng có gị bó hay phải học thuộc lịng mà khơng hiểu sao! 2.3.5 Khắc sâu khái niệm ảnh quang học làm rõ cho học sinh cách vẽ ảnh qua dụng cụ quang học * Ảnh điểm điểm đồng quy chùm tia ló hay đường kéo dài chúng Một ảnh điểm + thật nếu chùm tia ló chùm hợi tụ; + ảo nếu chùm tia ló chùm phân kì * Cách dựng ảnh tạo dụng cụ quang học Từ khái niệm ảnh quang học em biết nguyên tắc để dựng ảnh qua dụng cụ quang học là: Dựng tia tới từ vật, tìm hai tia ló từ dụng cụ quang học tìm điểm đờng quy chùm tia ló hay đường kéo dài chúng để đơn giản vẽ ta nên chọn tia đặc biệt Và em thấy ta lại quan tâm đến tia sáng đặc biệt 12 skkn Ví dụ 1: Ảnh qua gương phẳng Ví dụ 2: Ảnh qua thấu kính 13 skkn Ví dụ 3: Ảnh qua lưỡng chất phẳng Ví dụ 4: Ảnh qua hệ quang học phức tạp Kết luận: Nếu em biết cách vẽ ảnh em vẽ ảnh tình khơng cịn sợ việc vẽ ảnh ! 2.3.5 Hiện tượng lưu ảnh mắt: tượng mà thời gian 0,1 s ta thấy vật ảnh vật khơng cịn tạo lưới Năm 1829, Platô (Plateau) – nhà vật lý người Bỉ phát cảm nhận tác động ánh sáng lên tế bào màng lưới tiếp tục tồn khoảng 0,1 s đồng hồ sau chùm sáng tắt Trong thời gian 0,1 s ta “thấy” vật, ảnh vật khơng cịn tạo màng lưới Đó tượng lưu ảnh mắt Hiện tượng ứng dụng điện ảnh Khi chiếu phim, sau 0,033 s hay 0,04 s người ta lại chiếu cảnh Do tượng lưu ảnh màng lưới (võng mạc), nên người xem có cảm giác q trình diễn liên tục 14 skkn 2.3.6 Khắc sâu ý nghĩa vật lí góc trơng, suất phân li độ bội giác Câu hỏi tình huống: Có ta thấy bút bi cao tòa nhà ? Đó ta đặt bút gần mắt cịn tịa nhà xa mắt - Từ em hiểu kích thước vật khơng hồn tồn định việc ta nhìn vật có lớn hay khơng mà phải góc trơng vật - Do việc dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt điều cốt lõi đánh giá “chất lượng bổ trợ mắt” độ bội giác Vì dụng cụ quang học bổ trợ mắt việc nghiên cứu độ bội giác điều quan trọng - Với suất phân li mắt vậy, phải góc trơng nhỏ hai điểm để mắt cịn phân biệt hai điểm khơng phải khoảng cách nhỏ hai điểm 2.3.7 Khi giảng dạy phần mắt dụng cụ quang học Phần đa số học sinh ngại học thường thấy khó hiểu Theo tơi dạy khơng nên đưa nhiều kiến thức cho học sinh thấy cần kiến thức: 1   d  OV  f mat a Đối với mắt quan sát thấy ảnh    (n  1)( ) Rmat  f Dùng cơng thức giải thích : Sự điều tiết mắt, Điểm cực cận cực viễn Đặc điểm loại mắt: Mắt thường, mắt cận, mắt lão vị trí điểm CC CV mắt b Tính chất thấu kính: Vật ảnh ln di chuyển chiều Tính chất giúp : - Tìm điểm cực cận mới, cực viễn (phạm vi nhìn thấy) mắt đeo kính 15 skkn - Phạm vi ngắm chừng mắt dùng kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn c Đối với hệ ghép sát Dhệ=D1+D2 Từ việc so sánh độ tụ mắt: D cận > Dtốt > Dviễn công thức độ tụ hệ thấu kính ghép sát Dhệ = D1 + D2  Khi đeo kính sát mắt Dhệ = Dmắt + Dkính kính phù hợp phải có Dkính cho Dhệ mắt tốt Dtốt Từ ta suy cách định tính - Với mắt cận Dcận > Dtốt  Kính cần đeo thấu kính phân kỳ có độ tụ Dkính < - Với mắt viễn Dtốt > Dviễn  Kính cần đeo thấu kính hội tụ có độ tụ Dkính > 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Qua việc xử lý kết kiểm tra, tơi thấy có khác biệt hai lớp thực nghiệm đối chứng Cùng không thông báo kiểm tra, số HS đạt điểm ≥ lớp thực nghiệm là: 59,58%; lớp đối chứng là: 44,68% Tỉ lệ HS đạt điểm