“Hệ thống các bài tập quang học bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia”. Nội dung của đề đài là phương tiện cơ bản để dạy học sinh vận dụng các kiến thức vật lý vào thực tế đời sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học. Nội dung của đề tài còn có tác dụng giáo dục trí dục và đạo đức rất lớn, đó là: Rèn cho học sinh khả năng vận dụng được các kiến thức đã học Đào sâu và mở rộng kiến thức một cách phong phú và hớp dẫn Ôn tập, cũng cố và hệ thống hóa kiến thức một cách dễ hiểu nhất Rèn luyện được kỹ năng cần thiết về hóa học, như kỹ năng tiếp cận kiến thức mới, kỹ năng tinh giản dễ hiểu, kỹ năng tư duy logic,… Phát triển năng lực nhận thức, trí thông minh cho học sinh
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THUYẾT MINH MÔ TẢ GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “Hệ thống tập quang học bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia” Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu tháng 10 năm 2022 Các thông tin cần bảo mật (nếu có) Mơ tả giải pháp cũ thường làm: Nội dung cịn phức tạp, khơng đối tượng học sinh nên nhiều học sinh khó hiểu Sự cần thiết phải áp dụng giải pháp sáng kiến: Nội dung đơn giản, gắn gọn, dễ hiểu có tính vận dụng cao Mục đích giải pháp sáng kiến: Nhằm nâng cao chất lượng học sinh giỏi Nội dung 7.1 Thuyết minh giải pháp cải thiện: trình bày phân phân tích tập 7.2 Thuyết minh phạm vi áp dụng sáng kiến: với sáng kiến kinh nghiệm nhằm giúp học sinh chuyên lý trường THPT nâng cao kiến thức đam mê mơn vật lý; 7.3 Thuyết minh lợi ích kinh tế, xã hội sáng kiến * Cam kết: Chúng cam đoan điều khai thật không chép vi phạm quyền Xác nhận quan (ký tên đóng dấu) Tác giả sáng kiến Nguyễn Chí Trung CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐƠN ĐỀ NGHỊ CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Cấp sở đơn vị: Ngành Tên sáng kiến: “Hệ thống tập quang học bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia” Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Chuyên ngành Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Nguyễn Chí Trung - Cơ quan: Trường THPT Chuyên Bắc Ninh - Địa chỉ: Số 32, Cao Bá Quát, phường Đại Phúc, TP Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh - Điện thoại: 0886030199 - Điện thoại quan: 0222.3822304 Chủ đầu tư tạo sáng kiến Các tài liệu kèm theo Bắc Ninh, ngày … tháng 01 năm 2023 Tác giả sáng kiến Nguyễn Chí Trung PHIẾU ĐĂNG KÝ SÁNG KIẾN ĐỀ NGHỊ HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN CẤP NGÀNH THẨM ĐỊNH Tác giả SK - Họ tên: Nguyễn Chí Trung - Năm sinh: 1977 ; Nam/Nữ: Nam - Trình độ đào tạo: Thạc sĩ vật lý; Năm 2003 - Chức vụ: giáo viên - Điện thoại: 0886030199 - Tên quan công tác: Trường THPT Chuyên Bắc Ninh Tên SK đăng ký: “Hệ thống tập quang học bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia” Mục tiêu SK: nhằm nâng cao chất lượng thi HSG Quốc gia, Quốc tế Tính SK: Từ kiến thức khó gặp nhiều chương trình đại học tinh giản, dễ hiểu, dễ vận dụng, theo lối tư học sinh THPT Đóng góp SK cho đơn vị, ngành: Giúp học sinh chun lý u thích mơn vật lý có kết cao kỳ thi HSG cấp Hiệu SK áp dụng lần đầu áp dụng thử Phạm vi ảnh hưởng SK: SK áp dụng lần đầu, học sinh khối chuyên lý đội tuyển học sinh giỏi vật lý dự thi học sinh giỏi quốc gia năm bắt nhanh, vận dụng linh hoạt khâu giải tốn Thời gian xây dựng hồn thành SK từ năm 2022 đến tháng năm 2023 Bắc Ninh, ngày … tháng 01 năm 2023 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên đóng dấu) TÁC GIẢ SÁNG KIẾN Nguyễn Chí Trung PHẦN I PHẦN LÝ LỊCH Họ tên: Nguyễn Chí Trung Chức vụ, chức danh: giáo viên trường THPT Chuyên Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh Đơn vị công tác: Trường THPT Chuyên Bắc Ninh Tên đề tài SKKN: “Hệ thống tập quang học bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi quốc gia” PHẦN II NỘI DUNG BÀI VIẾT A MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ sở lý luận Trong thời đại khoa học cơng nghệ phát triển, nhân lực có trình độ cao khơng tiền đề mà cịn yếu tố có tính định cho phát triển đất nước Để có nhân tài cho đất nước thi công tác bồi dưỡng HSG quan trọng Nhận thức vai trò quan trọng nhân tài, Đảng Nhà nước ta quan tâm có chủ trương, sách để phát bồi dưỡng nhân tài Để thực chủ trương đó, ngành giáo dục cần trọng nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi từ bậc học sở, nhà quản lý phải xây dựng kế hoạch cụ thể, đề biện pháp quản lý dạy học bồi dưỡng học sinh giỏi cho có kết cao nhất; đội ngũ thầy, cô cập nhật kiến thức đổi phương pháp dạy Tuy nhiên nhiều trường , nhiều giáo viên làm theo kinh nghiệm, đổi mới, giao lưu học hỏi Việc xây dựng hệ thống giáo trình, hệ thống chuyên đề giảng dạy cách khoa học, có hệ thống vấn đề cấp bách cần thiết để đáp ứng yêu cầu xã hội, phù hợp với yêu cầu đổi giáo dục hội nhập quốc tế Cơ sở thực tiễn Xuất phát từ thực tế trường THPT Chuyên nước, với cương vị người giáo viên lâu năm dạy học sinh chuyên vật lý, bồi dưỡng học sinh thi HSG cấp, nhận thấy để công tác bồi dưỡng học sinh giỏi đạt kết cao ngồi có phối kết hợp đồng cán quản lý chuyên môn với đội ngũ giáo viên trực tiếp giảng dạy ủng hộ phụ huynh học sinh với tồn xã hội; cịn có yếu tố quan trọng đem lại kho tàng kiến thức cho học sinh yêu thích, đam mê, dễ học, dễ hiểu Bằng kinh nghiệm kết nhiều năm tham gia dạy học sinh giỏi cấp; Tôi mạnh dạn nêu kinh nghiệm “Hệ thống tập quang học bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia” II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Giáo viên, học sinh chuyên lý học sinh đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia môn vật lý trường THPT Chuyên Bắc Ninh III KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Thời gian: năm học 2022 - 2023 IV THỜI GIAN HOÀN THÀNH Tháng 01 năm 2023 B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trên sở lý luận đánh giá thực trạng công tác giảng dạy học sinh lớp Chuyên vật lý bồi dưỡng HSG cấp trường THPT Chuyên Bắc Ninh, đề xuất xây dựng hệ thống chuyên đề môn chun nói chung mơn vật lý nói riêng để bước nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi cấp II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lý luận - Lý luận hoạt động dạy học bồi dưỡng học sinh giỏi - Nghiên cứu mục tiêu giáo dục học sinh THPT, mục tiêu dạy học sinh giỏi - Lý luận học sinh giỏi: Một số quan điểm học sinh giỏi, đặc điểm học tập học sinh giỏi - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến kết dạy học học sinh giỏi Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp quan sát Sư phạm Thu thập thông tin từ giáo trình phổ thơng, giáo trình đại học tài liệu bồi dưỡng HSG trường THPT Chun Thăm dị cán bộ, giáo viên có kinh nghiệm dạy học bồi dưỡng học sinh giỏi nhà trường trường bạn Nghiên cứu qua kết quả, thành tích đạt năm trước; tình hình thực tế địa phương để phát huy mặt mạnh khắc phục mặt hạn chế - Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm trường THPT Chuyên Bắc Ninh nhằm kiểm tra hiệu biện pháp quản lý dạy học bồi dưỡng học sinh mũi nhọn nghiên cứu đề tài III VAI TRÒ ĐỀ TÀI Nội dung đề đài phương tiện để dạy học sinh vận dụng kiến thức vật lý vào thực tế đời sống, sản xuất tập nghiên cứu khoa học Nội dung đề tài cịn có tác dụng giáo dục trí dục đạo đức lớn, là: - Rèn cho học sinh khả vận dụng kiến thức học - Đào sâu mở rộng kiến thức cách phong phú hớp dẫn - Ôn tập, cố hệ thống hóa kiến thức cách dễ hiểu - Rèn luyện kỹ cần thiết hóa học, kỹ tiếp cận kiến thức mới, kỹ tinh giản dễ hiểu, kỹ tư logic,… - Phát triển lực nhận thức, trí thơng minh cho học sinh - Giáo dục tư tưởng, đạo đức, tác phong rèn luyện tính kiên nhẫn, trung thực, sáng tạo, xác, khoa học Nâng cao lịng u thích học tập mơn Qua phát triển cách tồn diện nhân cách cho học sinh C NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÍ THUYẾT HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TỐN VỀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG TRONG MƠI TRƯỜNG CÓ CHIẾT SUẤT THAY ĐỔI Định luật khúc xạ (định luật Snen – Đề-các-tơ): * Phát biểu: - Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới phía bên pháp tuyến so với tia tới - Đối với cặp môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới (sini) sin góc khúc xạ (sinr) số khơng đổi Số khơng đổi gọi chiết suất tỉ đối môi trường chứa tia khúc xạ môi trường chứa tia tới sin i n n 21 sinr n1 (1) * Sự áp dụng định luật khúc xạ cho mơi trường có chiết suất thay đổi: Giả sử có tia sáng đơn sắc truyền mơi trường suốt có chiết suất thay đổi liên tục dọc theo trục Oy Ta tưởng tượng chia môi trường n1 n2 n3 nk y x thành lớp mỏng mặt phẳng vng góc với Oy cho coi lớp mỏng chiết suất nk khơng thay đổi Gọi ik góc tới tia sáng mặt phân cách hai lớp mơi trường có chiết suất n k nk+1 Áp dụng định luật khúc xạ cho cặp hai mơi trường suốt liền kề ta có: n1 sin i1 n2 sin i2 n2 sin i2 n3 sin i3 ni sin ii ni 1 sin ii 1 Suy ra: n1 sin i1 n sin i n k sin i k = số (2) Hiện tượng phản xạ toàn phần: Khi ánh sáng từ mơi trường có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết suất nhỏ có góc tới i lớn góc giới hạn i gh, xảy tượng phản xạ toàn phần, tia sáng bị phản xạ, khơng có tia khúc xạ Trong công thức (2), giả sử môi trường có chiết suất giảm dần theo trục Oy góc tới ik tăng dần Nếu lớp nk có ik = 900 lớp bắt đầu xảy tượng phản xạ tồn phần Khi đó: n1 sin i1 n sin i n k = số (3) Quang trình: Xét hai điểm A, B tia sáng đơn sắc truyền môi trường suốt đồng chất chiết suất n Gọi e độ dài đoạn AB, thời gian ánh sáng truyền từ A đến B: t B A AB e v v (4) với v tốc độ truyền ánh sáng môi trường Cũng khoảng thời gian Δt ấy, truyền môi trường chân không, ánht ấy, truyền môi trường chân không, ánh sáng quãng đường: e e0 c.t c n.e v (5) Hai quãng truyền e0 e ánh sáng thời gian Δt ấy, truyền môi trường chân không, ánht chân không môi trường chiết suất n gọi hai quãng truyền tương đương (vì khoảng thời gian) e gọi quang trình (hay quang lộ) quãng truyền AB, kí hiệu (AB): (AB) e0 n.e (6) Nếu ánh sáng truyền từ A đến B qua dãy môi trường suốt, đồng tính có chiết suất n1, n2, , nk, ngăn cách mặt giới hạn Σ 1, Σ2, , Σk-1 quãng truyền tia sáng môi trường chiết suất n đoạn thẳng e A i 1A i i Quang trình quãng truyền AB là: k (AB) n1e1 n 2e n k e k n iei i 1 (7) Trong thực tế, điểm B thường ảnh điểm A qua quang hệ B ảnh thật (B) ảo (B’) Ảnh ảo B’ không nằm phần Ak-1B tia sáng B’ AkA2 môi trường k mà nằm B A1 nktrên đường kéo dài phía A nk n2 n1 trước điểm Ak-1 Để áp dụng cơng thức tính quang trình trên, tính quang trình (AB’) ta coi quang trình ảo (Ak-1B’) truyền mơi trường k số âm: (AB') n1AA1 n A1A n k 1A k 2A k n k A k 1B' (8) hay có k (AB') n1e1 n 2e n k e k n iei i 1 (9) ei Ai 1A i với chiều dương quy ước tuân theo chiều truyền ánh sáng Điều kiện tương điểm: Để điểm sáng A cho ảnh điểm A’ quang trình tia sáng từ A đến A’ qua quang hệ nhau: (AA ') n1 AA1 n A1A n k A k 2A k n k A k 1A ' const (10) A2 A1 A n1 n2 Trong số lấy dấu dương theo chiều tia sáng nk1 Ak1 B nk đó, chiều dài đại Nguyên lý Fermat: - Nguyên lý Fermat [2]: Quang trình đường truyền thực tia sáng truyền từ điểm A đến điểm B, sau nhiều lần phản xạ khúc xạ liên tiếp, ngắn so với quang trình tia sáng vô gần tia AB Hoặc phát biểu dạng đơn giản [1]: Trong số đường từ điểm A đến điểm B ánh sáng theo đường mà theo thời gian truyền ngắn - Tuy nhiên, xét cặn kẽ phương diện toán học: đạo hàm bậc hàm số triệt tiêu hàm qua cực tiểu, cực đại giá trị dừng Cả ba trường hợp xảy quang hình học Chính thế, ngày ngun lý Phéc-ma phát biểu cách chặt chẽ sau [2]: Quang trình đường truyền tia sáng từ điểm A đến điểm B, sau số lần phản xạ khúc xạ liên tiếp bất kì, có giá trị cực tiểu, cực đại dừng so với quang trình tia sáng vơ gần tia AB Nguyên lý Huygens: Ánh sáng coi loại sóng điểm mơi trường mà mặt đầu sóng đạt tới trở thành tâm phát sóng nguyên tố (thứ cấp) Mặt đầu sóng thời điểm sau mặt bao mặt sóng ngun tố Trong mơi trường đồng tính đẳng hướng mặt sóng ngun tố mặt cầu Tia sáng đường qua tiếp điểm liên tiếp mặt sóng nguyên tố mặt bao 10