XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG – VẬT LÝ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU VẬT LÝ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊNLUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝCHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC(BỘ MÔN VẬT LÝ)Mã số: Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Quang Báu TS. Tôn Quang CườngHÀ NỘI LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ các thầy cô giáo, các cán bộ phụ trách, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Các thầy cô giáo trong Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội, cùng toàn thể các thầy cô giáo đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. GS. TS Nguyễn Quang Báu và TS. Tôn Quang Cường đã ân cần hướng dẫn, chỉnh sửa, giúp đỡ tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Ban giám hiệu, các đồng nghiệp giảng dạy tại trường THPT Mỹ Tho, THPT Tống Văn Trân, THPT Phạm Văn Nghị Nam Định, đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Hà Nội, tháng năm 201Tác giả
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG – VẬT LÝ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU VẬT LÝ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Quang Báu TS Tôn Quang Cường HÀ NỘI i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hoàn thành luận văn, nhận ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ thầy cô giáo, cán phụ trách, đồng nghiệp, bạn bè người thân Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Các thầy cô giáo Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội, toàn thể thầy cô giáo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình hoàn thành luận văn GS TS Nguyễn Quang Báu TS Tôn Quang Cường ân cần hướng dẫn, chỉnh sửa, giúp đỡ tài liệu tạo điều kiện thuận lợi cho trình thực đề tài Ban giám hiệu, đồng nghiệp giảng dạy trường THPT Mỹ Tho, THPT Tống Văn Trân, THPT Phạm Văn Nghị Nam Định, tạo điều kiện thuận lợi giúp trình thực nghiệm sư phạm Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè động viên tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình thực hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng Tác giả i năm 201 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên đầy đủ BSCNN Bội số chung nhỏ ĐC Đối chứng GD & ĐT Giáo dục đào tạo HSG Học sinh giỏi THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm ii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Tên bảng Bảng 2.1 Bảng mục tiêu kiến thức chương Sóng ánh sáng Bảng 3.1 Bảng thông tin nhóm học sinh tham gia trình TN sư phạm Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm số (Xi) kiểm tra Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất Bảng 3.4 Bảng tổng hợp phân loại học sinh theo kết điểm điều tra Bảng 3.5 Bảng tổng hợp tham số iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỔ STT Biểu đồ Biểu đồ 3.1 Tên biểu đồ Biểu đồ phân phối điểm hai nhóm thực nghiệm đối chứng Biểu đồ 3.2 Biểu đồ đường tích lũy Biểu đồ 3.3 Biểu đồ phân loại kết kiểm tra học sinh DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ STT Sơ đồ Tên sơ đồ Sơ đồ 1.1 Sơ đồ kiểu hướng dẫn học sinh giải tập Vật lý Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cấu trúc chương Sóng ánh sáng MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục viết tắt Danh mục bảng Danh mục biểu đồ, sơ đồ Mục lục MỞ ĐẦU Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY GIẢI BÀI Trang i ii iii iv v TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 1.1 Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu Vật lý 1.1.1 Tầm quan trọng công tác phát hiện, đào tạo bồi dưỡng học sinh 4 giỏi phát triển khiếu Vật lý 1.1.2 Học sinh giỏi Vật lý khiếu Vật lý 1.1.3 Những lực, phẩm chất cần có học sinh giỏi [2, tr - 15] 1.1.4 Một số biện pháp phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu Vật lý 1.2 Bài tập Vật lý dạy học trường trung học phổ thông 1.2.1.Khái niệm tập Vật lý 1.2.2 Vai trò, tác dụng tập Vật lý 13 13 13 iv 1.2.3 Phân loại tập Vật lý 1.2.4 Phương pháp giải tập Vật lý 1.2.5 Hướng dẫn học sinh giải tập Vật lý 1.2.6 Lựa chọn sử dụng tập dạy học Vật lý 1.3 Cơ sở thực tiễn bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu Vật 15 18 19 20 lý trường trung học phổ thông 1.3.1 Nội dung kiến thức Vật lý kỳ học sinh giỏi cấp tỉnh 1.3.2 Một số nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng học sinh giỏi 1.4 Tình hình thực tế công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý huyện Ý 23 23 23 Yên, tỉnh Nam Định 1.4.1 Đối tượng phương pháp điều tra 1.4.2 Kết điều tra Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN 24 24 25 HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG – VẬT LÝ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU VẬT LÝ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 2.1 Nội dung kiến thức chương Sóng ánh sáng 2.1.1 Cấu trúc nội dung chương Sóng ánh sáng 2.1.2 Phân tích nội dung chương Sóng ánh sáng 2.2 Mục tiêu chương Sóng ánh sáng 2.3 Những kỹ học sinh cần đạt 2.4 Sử dụng hệ thống tập chương Sóng ánh sáng 2.5 Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương 29 29 29 30 36 39 39 Sóng ánh sáng Vật lý – 12 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu Vật lý học sinh trung học phổ thông chuyên 2.5.1 Hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập 2.5.2 Hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập tổng hợp 39 39 nâng cao 50 73 2.5.3 Hệ thống tập tự giải 74 2.5.4 Hệ thống tập tự giải nâng cao Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng phương pháp TN sư phạm 3.1.1 Mục đích TN sư phạm 3.1.2 Nhiệm vụ TN sư phạm 3.1.3 Đối tượng TN sư phạm 3.2 Tiến hành TN 3.2.1 Thời điểm TN 3.2.2 Phương pháp TN v 78 78 78 78 79 79 79 79 3.3 Kết xử lý kết 3.3.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá 3.3.2 Phân tích kết mặt định tính 3.3.3 Phân tích kết mặt định lượng 3.4 Đánh giá chung thực nghiệm sư phạm KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Khuyến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi 80 80 80 81 84 86 86 86 87 88 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đào tạo nhân tài mục tiêu quan trọng ngành giáo dục, mà trường chuyên mũi nhọn tiên phong trình đào tạo nhân tài cho đất nước Trải qua 45 năm xây dựng phát triển, hệ thống trường chuyên THPT đóng vai trò quan trọng việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh khiếu để đào tạo nhà khoa học, nhà quản lý, doanh nhân giỏi [12, tr.2] Trong trình giảng dạy trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư cho học sinh nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng môn, Vật lý môn khoa học TN đề cập đến nhiều vấn đề khoa học, góp phần rèn luyện tư cho học sinh góc độ đặc biệt qua phần giải tập Vật lý Bài tập Vật lý có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, phong phú mà thông qua để ôn tập, rèn luyện số kỹ cần thiết Vật lý, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú học tập Cũng thông qua tập Vật lý giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức kỹ Vật lý học sinh Trong lớp chuyên Vật lý THPT nước ta nay, học sinh luyện nhiều tập khó dẫn đến quen, nặng tính toán chưa phát huy óc quan sát, khả phát vấn đề Việc thực mục tiêu phát hiện, bồi dưỡng phát triển học sinh khiếu chưa đầy đủ Vì lí nên định chọn đề tài nghiên cứu "Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu Vật lý học sinh trung học phổ thông chuyên" hướng thích hợp, hữu ích cho giáo viên việc giảng dạy lớp chuyên Vật lý THPT Lịch sử nghiên cứu Có nhiều công trình nghiên cứu khác đề cập đến hệ thống tập chương Sóng ánh sáng, công trình với mục đích chủ yếu trình bày dạng toán để luyện thi đại học, chưa quan tâm đến học sinh giỏi phát huy khiếu khối chuyên Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng lý luận đại, xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu học sinh THPT chuyên Câu hỏi nghiên cứu Vận dụng lý luận đại, xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Sóng ánh sáng Vật lý 12 - THPT nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi phát huy khiếu học sinh THPT chuyên nào? Giả thuyết khoa học Xây dựng hệ thống kiến thức lý thuyết tập đa dạng, phong phú có chất lượng kết hợp với phương pháp hướng dẫn hoạt động giải tập dạy học; qua giúp học sinh nâng cao kiến thức, rèn luyện khả tự học, tự nghiên cứu, chủ động sáng tạo góp phần nâng cao chất lượng môn hiệu trình bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên Vật lý THPT Đối tượng nghiên cứu Hệ thống tập trình giải tập chương Sóng ánh sáng Vật lý lớp 12 THPT Phạm vi nghiên cứu Áp dụng với chương Sóng ánh sáng lớp 12 THPT Nghiên cứu cho học sinh học môn Vật lý khối chuyên Vật lý THPT Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu lý luận vai trò, tác dụng, phương pháp giải tập Vật lý Nghiên cứu nội dung kiến thức chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 THPT Lựa chọn, xây dựng hệ thống tập chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 - THPT Định hướng, xây dựng phương pháp giải tập hướng dẫn hoạt động giải - tập chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 THPT TN sư phạm để đánh giá ưu điểm, nhược điểm, tính hiệu hệ thống tập phương pháp hướng dẫn hoạt động giải tập chương sóng ánh sáng Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo sách báo, tạp chí chuyên ngành, sưu tầm tài liệu tập Vật lý – vai trò tập Vật lý dạy học - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Phương pháp TN, phương pháp điều tra - Phương pháp thống kê toán học 10 Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn trình bày 03 chương Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn dạy tập Vật lý phổ thông Chương 2: Hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Sóng ánh sáng – Vật lý 12 THPT Chương 3: TN sư phạm Khoảng cách hai nguồn: a = e d +d 16 + 48 1, = 1, 2.4 = 4,8mm d 16 Khoảng cách từ hai khe đến màn: D0 = D − d ' − f = 86 − 48 − = 36cm Khoảng vân i = λ D0 0,54.0,36 = = 0,04mm a 4,8 Góc trông khoảng vân i qua kính lúp: α = b Độ rộng giới hạn khe: hlim = i i 0,04 = = 2.10−3 rad ⇒ a = 7' f0 20 d 16 = 0,04 = 0,0076mm D − f0 86 − Khe có sẵn độ rộng 0,003 mm Vậy góc nghiêng θ S phải có giá trị không θ = hlim − h 0,007 − 0,003 = = ⇒ θ = 2.10−4 rad = 0,67 ' l 20 500 Vậy góc θ phải nhỏ 0,67’ c TH1: Khi đặt thủy tinh khe S thấu kính khe S tựa bị dịch 1 chuyển lại gần thấu kính đoạn: S1S = l (1 − ) = 3.(1 − ) = 1cm n 1,5 ' ' Và hai ảnh S1, S2 S cách thấu kính: d + ∆d = (16 − 1).12 = 60cm 16 − − 12 d ' + ∆d ' 60 + 15 a 4,8 = e = 5e = = = 6mm Khoảng a trở thành a : a = e 15 4 d − S1S ’ ' D trở thành: 86 – 60 – = 24 cm = 24 D0 = D0 36 8 ' Khoảng vân i thành i’: i = i = i = 0,04 = 0,022mm 15 15 Trường giao thoa rộng lên theo tỉ số k = 16.48 N ' 15 16 84 = =2 số vân tăng 15.83 N 15 83 lần TH2: Đặt thấu kính hai ảnh S 1, S2 khoảng cách a không đổi, có khoảng cách D0 giảm từ 36 cm xuống 35 cm, nên khoảng vân giảm 96 chút theo tỉ số 36 i ' 35 = , số vân N tăng theo tỉ số trường giao thoa 35 i 36 không đổi TH3: Khi đặt hai ảnh S 1, S2 kính lúp mặt song song ảnh hưởng đến quang trình riêng biệt d 1, d2 khoảng vân i bị giảm: + ( n − 1) l 25 = + (1,5 − 1) = lần, trường giao thoa không đổi nên D 36 24 số vân tăng gấp 25 lần 24 Bài 32 Hai kính làm thành A= nêm không khí có góc chiết quang: e 0,05 = = rad a 50 1000 Chùm sáng rọi vào từ đèn hai chùm tia song song, vuông góc với mặt kính trên, góc tới i = Vậy nêm không khí cho ta hệ vân có khoảng vân: i= λ 0,589.10−3 = = 0,3mm 2A 2.10−3 Vậy số vân xuất hai kính: N = a 50 = = 166 vân i 0,3 Bài 33 Gọi M vị trí vân tối, độ dày e lớp không khí M phải có giá trị e= p λ Bán kính ρ = MH vân đường cao tam giác vuông OMO ’ 2 tính theo công thức: ρ = MH = HO.HO ' = HO.(2 R − HO) ≈ R.HO Mà HO = e − e0 suy ρ = R (e − e0 ) = R ( p λ − e0 ) Bán kính vân tối thứ thứ 10 ứng với e5 e10 là: 97 Hình 2.28 ρ52 = Rp λ − Re0 ; ρ10 = R( p + 5) − Re0 2 Do ρ10 − ρ = 5Rλ Suy R = (1) hay ( ρ10 + ρ )( ρ 10 − ρ ) = 5Rλ ( ρ10 + ρ5 )( ρ10 − ρ5 ) (2,625 + 1,832)(2,625 − 1,8832) = = 1, 2.103 mm −6 5λ 5.0,589.10 Từ (1) ta có khoảng cách e0 từ đỉnh chỏm cầu tớ kính phẳng: λ ρ2 1,8322 − = p.0, 2945 − = 0, 2945 p − 1,3984 2R 2.1, e0 = p Giá trị nhỏ e0 tương ứng với p = e0 = 0, 2945.5 − 1,3984 = 0,074 µ m Vậy e0 = 0,074 + 0, 294.5 = 0,074 + k λ Hay e0 = (k + ) λ với λ = 0,589 µm Bài 34 Điều kiện để xạ có bước sóng λ có biên độ cực đại là: 2ne + λ = k λ , với k = 1, 2, 3… (1) Ta xét trường hợp a k = Từ (1) ta có: ne = λ 540 = = 135nm 4 Nếu xạ λ ' khác phản xạ với cường độ cực đại λ ' thỏa mãn: 3λ ' λ 540 ne = ⇒ λ' = = = 180nm 3 Bức xạ nằm miền tử ngoại, mắt không trông thấy Vậy màng có độ dày: e = 135 135 = = 100nm n 1,33 b k = Khi từ (1) ta có: ne = 3λ 3.540 = = 405nm 4 Hai xạ gần nhất, cho cực đại giao thoa có bước sóng: 98 " λ ' = 3λ = 540.3 = 1620nm λ = 3λ 1620 = = 324nm 5 Cả hai xạ nằm vùng khả kiến Vậy với độ dày: e' = 405 405 = 304,5nm có xạ 540 nm có phản xạ với cường = n 1,33 độ cực đại, tức màng có màu lục ' c k = Từ (1) ta có: ne = 5λ 5.540 = = 675nm 4 Hai xạ gần cho cực đại có bước sóng: λ' = 5λ 540.5 5λ 540.5 = = 900nm λ " = = = 385,7 nm 3 7 Hai xạ vùng khả kiến, màng có màu lục, có độ dày: e = 675 675 = = 507,5nm n 1,33 d k = Khi từ (1) ta có: ne' = 7λ 7.540 = = 945nm 4 Hai xạ gần cho cực đại có bước sóng: λ' = 7λ 7.540 7λ 7.540 = = 756nm λ " = = = 420nm 5 9 Hai xạ nằm vùng khả kiến, có màu hỗn hợp ba màu λ , λ ' , λ " có màu lục Vậy độ dày màng là: e = 100nm e' = 304,5nm e" = 507,5nm Bài 35 Ta có công thức cách tử nhiễu xạ: d (sin i + sin i ' ) = k λ Với i = 00 ta được: d sin i ' = k λ Với i’ = i1, k = i’ = i2, k = ta có: d sin i1 = λ (1) d sin i2 = 2λ (2) Cộng, trừ (1) với (2) ta có: d (sin i1 + sin i2 ) = 3λ 2d sin i1 + i2 i −i cos = 3λ 2 99 (3) d (sin i2 − sin i1 ) = λ 2d sin i2 − i1 i +i cos = λ 2 Chia vế (3) với (4) ta có: tan Suy (4) i1 + i2 i −i = 3tan = 3.tan 460 = 0,121 2 i1 + i2 = 6053' , i1 = 406' , i2 = 9012' Suy sin i1 = sin 406' = 0,082,sin i2 = sin 012' = 0,159 Vậy λ = d (sin i1 + sin i2 ) = 0,006,0,082 = 0, 48.10−3 mm = 0,48µ m Phụ lục PHIẾU PHỎNG VẤN HỌC SINH I THÔNG TIN CÁ NHÂN Họ tên:…………………………… Lớp:………… II NỘI DUNG PHỎNG VẤN Em trả lời cách điền dấu X vào [ ] mà em cho thích hợp Câu 1: Khi làm tập Vật lý em thường - Học xong lý thuyết làm tập [] - Vừa làm tập, vừa xem lại lý thuyết [] - Chỉ làm tập giao [] - Làm hết tập giao làm thêm [] tập nâng cao sách tham khảo 100 Câu 2: Khi giải toán Vật lý, em thường quan tâm đến điểm - Tìm phương pháp giải cho toán [] - Tìm đáp án cho toán [] - Tính thực tiễn tượng Vật lý [] nêu toán Câu 3: Khó khăn em giải tập Vật lý - Không nhớ lý thuyết [] - Nhớ lý thuyết vận dụng [] - Không hiểu tượng, yêu cầu tập [] - Không biết thực phép toán phức tạp [] Câu 4: Em học giỏi tốt mônVật lý dạng tập - Bài tập định tính, kết hợp tính toán đơn giản [] - Bài tập định lượng [] - Những tập định tính, kết hợp tính toán phức tạp [] 101 Phụ lục PHIẾU PHỎNG VẤN GIÁO VIÊN VẬT LÝ I THÔNG TIN CÁ NHÂN Họ tên:…………………………… Nam/nữ:………… ………………… Nơi công tác nay: Trường THPT………………………………… Số năm kinh nghiệm trực tiếp giảng dạy trường THPT:………………… Số lần tham gia công tác bồi dưỡng học sinh giỏi:………………………… II NỘI DUNG PHỎNG VẤN Câu 1: Khi tham gia công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, thầy (cô) thường chuẩn bị tài liệu ôn thi? (Đồng ý [X] ) - Tìm sách tham khảo, lấy tập khó [] - Sưu tầm đề thi năm trước [] - Tự biên soạn thành hệ thống tập [] Câu 2: Thầy (cô) thường sử dụng hình thức tổ chức giải tập bồi dưỡng học sinh giỏi? (Thường xuyên [X], [+], không sử dụng [-]) 102 - Học sinh tự giải tập, chữa khó [] - Giáo viên đưa vấn đề cho lớp thảo luận, phân tích [] tự giải toán Giáo viên người tổng kết lại nội dung thảo luận - Giáo viên chữa giao cho học sinh [] Câu 3: Những khó khăn công tác bồi dưỡng học sinh giỏi mà thầy (cô) thường gặp? - Tài liệu bồi dưỡng HSG [] - Chưa có kinh nghiệm công tác bồi dưỡng HSG [] - Học sinh giỏi, có khiếu Vật lý [] - Thời gian bồi dưỡng học sinh giỏi không nhiều [] - Chế độ bồi dưỡng cho giáo viên hạn chế [] - Sức ép kết đội tuyển HSG [] Câu 4: Những ý kiến đề xuất thầy (cô) công tác bồi dưỡng HSG Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA 103 (Thời gian làm bài: 90 phút, không kể thời gian giao đề) A PHẦN I: Trắc nghiệm (4 điểm) Câu 1: Trong thí nghiêm giao thoa khe I – âng, nguồn phát hai xạ λ1 = 0, 4µ m; λ2 = 0,5µ m khoảng vân λ1 i1 = 0,2 mm Hỏi đoạn MN, với MN vuông góc với vân trung tâm, MO = MO = 1,5 mm có vân cực đại trùng thấy vạch đen A vạch sáng, vạch đen B vạch sáng, vạch đen C vạch sáng trùng, không thấy vạch đen D vạch sáng trùng, không thấy vạch đen Câu 2: Trong thí nghiệm giao thoa gương Fresnel, xạ nguồn có bước sóng λ1 = 0,6 µ m; góc hai gương phẳng α = 2.10−3 rad , khoảng cách từ nguồn S đến giao tuyến hai gương d = 50 cm, khoảng cách từ giao tuyến hai gương đến quan sát để có vân sáng, với hai mép hệ vân vân sáng A 0, 75m B 0,5 m C mD 0,67 m Câu 3: Cắt đôi thấu kính có tiêu cự f = 25 cm, tách hai nửa để quang tâm cách đoạn a = mm Chiếu vào chùm sáng song song với hai quang trục Phía sau lưỡng thấu kính ta đặt màn, cách lưỡng thấu kính đoạn l = 25 cm Trên có vạch đen bước sóng chiếu vào nguồn λ = 0,5µ m A 24 B 25 C 26 D.27 Câu 4: Lưỡng thấu kính có tiêu cự f, cưa đôi thành hai nửa mài bớt nửa đoạn h Nguồn S đặt cách lưỡng thấu kính khoảng d thay đổi Khoảng cách hai ảnh S , S S a, khoảng cách quang tâm 104 hai thấu kính a Khi đưa nguồn S lại gần lưỡng thấu kính số vân n loại khoảng vân i tăng hay giảm A Khoảng vân i số vân n tăng B Khoảng vân i số vân n tăng C Khoảng vân i tăng số vân n giảm D Khoảng vân i giảm số vân n tăng B PHẦN II: Tự luận (6 điểm) Bài 1: Cưa đôi thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 25 cm đường kính chu vi cm theo mặt phẳng qua quang tâm O tách hai nửa thấu kính cho hai 2 quang tâm O , O chúng đối xứng qua trục thấu kính O O = 1,5 mm Đặt khe S nhỏ trục chính, cách hai nửa thấu kính 50 cm, có hai ảnh S , S Đặt E cách bán thấu kính 3,5 m ta quan sát hệ vân giao thoa với khoảng vân 0,54 mm a Xác định khoảng cách tối thiểu từ E đến bán thấu kính để quan sát vân giao thoa man Tìm bước sóng Xác định số van sáng, tối E 105 b Chiếu khe sáng S đồng thời hai xạ có bước sóng λ1 = 0, 45µ m; λ2 = 0,63µ m Xác định vị trí hoàn toàn tối E c Chiếu khe sáng S xạ λ1 đặt khe ống chuẩn trực máy quang phổ song song cách vân trung tâm 3,6 mm quang phổ thu có hình dạng d Chiếu khe S ánh sáng trắng có bước sóng 0, µ m ≤ λ ≤ 0,75µ m quang phổ thu có vạch đen? Số vạch thay đổi thay đổi khoảng O1O2 hai thấu kính Xác đính số vạch đen O1O2 = mm Bài 2: Trên thủy tinh bôi đen L , hai mặt song song có hình trụ V thủy tinh, chiều cao h = mm, hình trụ lại có thấu kính phẳng lồi L Hệ chiếu sáng vuông góc với xạ màu lục thủy ngân, có bước sóng 546 nm a Bán kính cong R mặt lồi R = cm Biết tâm hệ vân điểm sáng, tính bán kính vân tối liên tiếp b Thay xạ xạ màu tím thủy ngân có bước sóng λ2 = 436nm cho nhiệt độ hệ vân tăng dần từ 150 đến 1000 thấy có 18 vân Niu – tơn qua tâm Hỏi hệ vân dịch chuyển theo chiều nào, tính hệ số nở dài thủy tinh làm hình trụ c Thay xạ λ1 xạ λ2 nhằm mục đích gì? Với mục đích ấy, có cần thay đổi thấu kính L2 thấu kính có độ tụ lớn hay nhỏ không? d Giữ hệ nhiệt độ không đổi, chiếu sáng xạ λ2 Rút dần không khí hình trụ ra, hệ vân thay đổi nào? Tính số vân qua tâm hệ rút hết không khí, biết chiết suất không khí n = 1,000293 ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM A PHẦN I: Từ câu đến câu 4, câu điểm Câu 1: Do i1 = 0,2 mm nên i2 = 0,25 mm 106 Khoảng cách hai vân cực đại trùng kề i = BSCNN (i1, i2) = mm Số vạch cực đại trùng thỏa nãn - ON0 < ki < OM0 Tức - 1,5 < k < 1,5 Suy có vạch đen trùng Vị trí trùng thỏa mãn: x = (2m1 + 1)i1 = (2m2 + 1)i2 Tức là: 4(2m1 + 1) = 5(2m2 + 1) Phương trình vô nghiệm Vậy vạch đen trùng Chọn đáp án C Câu 2: Trên có vân sáng mà mép hai vân sáng OM0 = ON0 = 4i Hay OM0 = 8i Mà OM0 = 2l.tanα = 2lα ⇒ 4ldα = 8λ Hay 2l.tanα = 2lα ⇒ 4ldα = 8λ l+d dα l+d dα Thay d = 0,5;α = 2.10−3 ; λ = 0,6.10−6 ta l = 0,67 m Chọn đáp án D Câu 3: Giả sử trường giao thoa MN, ta có MN = mm D = l – f = m Khoảng vân i = λ D 0,5.2 = = 2mm a Tọa độ vạch tối x = (2m + 1) i = (2m + 1).0,1 Do −2,5 ≤ (2m + 1) ≤ 2,5 ⇒ −13 ≤ m ≤ 12 tức có 26 vạch tối Chọn đáp án C Câu 4: Giả sử M, N mép hệ vân Khi di chuyển nguồn S MN không thay đổi Ta có: a = a0 d' − d d ' Mà D = l + d = l Do i = = a0 −d d− f − df l (d − f ) − df = d− f d− f λ D λ [ (l − f )d − lf ] λ lf = = ( f − l ) + a − a0 d a0 d (*) 107 Từ biểu thức (*) ta thấy, d giảm i tăng, số vân giảm Chọn đáp án C B PHẦN II: Bài 1: điểm, ý điểm Đặt I giao hai tia ló xuất phát từ nguồn S sau qua rìa thấu kính d' = df = 50cm d− f Ta có OI + O1O2 = ⇒ OI = 52,56cm OI − 50 S1S Bước sóng λ = = 0,54mm D Theo đề a = mm, D = 3,5 – d’ = 3m Do bước sóng λ = 0,54µ m Bề rộng trường giao thoa: MN SC = , với C giao điểm quang trục SO O1O2 SO Trong SC = d + 350 = 400 cm, SO = d = 50 cm Suy MN = 1,2 cm Số khoảng vân trường giao thoa : N = 2.[ b Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) MN ]=22 vân 2i λD 2a Vị trí hoàn toàn tối màn: (2k1 + 1) λ1D λD = (2k2 + 1) ⇒ k1 = 1, 4k2 + 0, 2a 2a Vì k1, k2 số nguyên nên k2 = 2, 7, 12, 17… Nhưng bề rộng nửa trường giao thoa MN : = 0,6 cm; nên phải có: xt = (2k2 + 1) λ2 D ≤ ⇒ k ≤ Vậy k2 = 2, k2 = 2a Với k2 = k1 = nên xt = (2 k1 + 1) λ1D = 1,575mm 2a Với k2 = k1 = 10 nên xt = (2k1 + 1) λ1 D = 4,725mm 2a Như có tất vị trí vân hoàn toàn tối màn, đối xứng qua vân sáng trung tâm 108 c Bước sóng i = λD = 0, 45mm Theo đề vị trí khe ống chuẩn trực: a x = 3,6 mm = 8.0,45 = 8i1, ứng với vị trí vân giao thoa Do máy quang phổ thu quang phổ vạch phát xạ có bước sóng 450 nm d Khi chiếu khe S ánh sáng trắng, ta thu quang phổ vạch, vạch đen quang phổ ứng với vị trí cho vân tối: xt = (2k + 1) λD a Ký hiệu O1O2 = b, a = S1S2 = 2b Từ đó: xt = (2k + 1) 4bxt 4,8b 7, λD = = = 3,6mm , suy λ = (2k + 1) D 2k + 2k + 2a Vì 0, ≤ λ ≤ 0,75 nên 3, 2b − 0,5 ≤ k ≤ 6b − 0,5 Suy 4,8 ≤ k ≤ 8,5 , nghĩa có vạch đen Khi khoảng cách b thay đổi, trị số giới hạn k thay đổi số vạch đen thay đổi theo Vị số hạng 3,2b biến thiên theo b chậm số hạng 6b, nên b tăng lên, cận b tăng nhanh cận dưới, số giá trị k hai cận tăng, nghĩa số vạch đen tăng đồng biến với b Khi b = mm, 2,7 ≤ k ≤ 5,5 nghĩa có vạch đen Như b giảm từ 1,5 mm xuống mm số vạch đen giảm từ Bài 2: điểm, ý 0,5 điểm a Tâm hệ vân tâm điểm sáng, bán kính vành tối: ρ tk = Rλ (k − 0,5) ; ρtk = 3.10−3.0,546.10 −3 ( k − 0,5) = 1, 28 k − 0,5 ; Vậy ρ1 = 1, 28 (1 − 0,5) = 0,9mm ρ = 1, 28 (2 − 0,5) = 1,57mm ρ = 1, 28 (3 − 0,5) = 2,02mm b Tăng nhiệt độ hệ lên chiều cao hình trụ tăng từ h15 = h0(1+15k) lên h100 = h0(1+100k) tức tăng thêm 85h0k Thấu kính nâng cao lên, vân dồn vào tâm, biến tâm Có 18 vành qua tâm thì: ∆h = 18 λ = 3,924.10−6 mm 109 Mặt khác: ∆h = 85h0 k = h15 85k ≈ h15 85k (1 − 15k ) + 15k 3,924.10 −3 = 9.10−6 K −1 Do k = 85.5 Vậy hệ số nở dài hình trụ 9.10-6 K-1 c Phép đo dựa vào việc đếm số vành N, việc đo bán kính vành Khi N lớn phép đo xác cao, nên đo k cần sử dụng xạ có bước sóng nhỏ: Thay λ1 λ2 tăng độ xác độ nhạy phép đo Còn đo bán kính vành, lại cần tăng bán kính cong, tức giảm độ tụ thấu kính để tăng độ xác d gọi e0 khoảng cách từ đỉnh hình chỏm cầu tới mặt kính phẳng Khi rút hết không khí quang trình đỉnh chỏm cầu, chưa rút không khí e = n.e =1,000293.e Bậc giao thoa tâm hệ vành, chưa rút không khí tính công thức: 2ne0 = k λ ⇒ k = 2ne0 2e k Khi rút hết không khí, bậc giao thoa k ' = = , tức λ λ n nhỏ n lần, tương đương với việc hạ thấp thấu kính đoạn: ∆h = h − h = h(1 − ) = 5.0,000293 = 1, 47 µ m n 1,000293 Thấu kính hạ thấp xuống, vành nở từ tâm, ∆h = λ = 0, 218µ m lại có vành xuất tâm nở Vậy số vành qua tâm hệ vành N= ∆h 1, 465 = = 6,6 λ 0, 218 vành Tức có vành sáng xuất hiện, vành cuối chưa nở tới vành thứ ban đầu, mà có bán kính ρ ' = 0,6 ρ1 = 0,6.0,9 = 0,7mm 110