MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong quá trình thực tập giảng dạy môn Vật lý ở trường phổ thông tôi nhận ra rằng có một số kiến thức vật lý thầy cô giáo không thể diễn tả cho học sinh hiểu rõ thông qua lời nói mà phải biểu diễn dưới dạng các thí nghiệm. Khi tiến hành các thí nghiệm và hướng dẫn các em làm thí nghiệm mục đích đầu tiên là giúp các em hiểu bài và có hứng thú hơn trong việc học môn Vật lý, đồng thời thông qua đó giúp các em tiếp cận về phương pháp nghiên cứu trong khoa học. Nhưng do điều kiện về kinh tế hiện nay, không phải bất kì trường học nào cũng có thể đáp ứng đầy đủ dụng cụ thí nghiệm giảng dạy cho giáo viên. Vì vậy ngành giáo dục đã khuyến khích mỗi giáo viên phải chủ động và sáng tạo trong việc dạy học, tự tạo ra các dụng cụ dạy học để phục vụ cho nhu cầu giảng dạy của bản thân và giúp đỡ nhu cầu giảng dạy của đồng nghiệp. Là một giáo viên tương lai tôi luôn ý thức về việc này và cố gắng sử dụng tối đa các thí nghiệm có được của nhà trường để phục vụ công tác giảng dạy, đồng thời tìm hiểu để tạo ra các thí nghiệm phục vụ cho công tác giảng dạy của bản thân và giúp ích phần nào cho đồng nghiệp. Ngoài mục tiêu mong muốn được quan sát, khám phá những hành tinh, vệ tinh,..trong hệ mặt trời thì tôi cũng tìm hiểu được rằng hiện nay các loại kính thiên văn khó có điều kiện để trang bị trong các phòng Vật lý trung học phổ thông nhất là các vùng khó khăn, dân tộc thiểu số chưa điều kiện học tập, cũng như theo sự tìm hiểu của tôi thì ở một số trường trung học phổ thông trong tỉnh nhà chưa trang bị các loại kính thiên văn quang học để phục vụ việc học tập của học sinh cũng như việc giảng dạy của giáo viên. Các thiết bị thiên văn như kính thiên văn, ống nhòm nghiệp dư phục vụ quan sát trên thị trường thì lại có giá thành khá cao nằm ngoài tầm với của hầu hết sinh viên đam mê thiên văn. Các thiết bị thiên văn giá rẻ với các tính năng được quảng cáo tốt tuy nhiên chất lượng thực tế không đảm bảo. Đó là lý do đặt ra ngăn cản tôi cũng như một số sinh viên khác yêu thích thiên văn quan sát bầu trời. Và tôi đã nhận thấy rằng kính thiên văn trường học chủ yếu là loại quang học gồm khúc xạ và phản xạ, chúng hoàn toàn nằm trong khả năng chế tạo của tôi với những vật liệu sẵn có xung quanh. Với mong muốn chế tạo một kính thiên văn đảm bảo chất lượng với giá thành phù hợp và có thể tận dụng những gì mà trường cũng như tôi sẵn có. Tạo điều kiện cho các bạn yêu thiên văn Đại học Quảng Bình có thể tiếp cận tìm hiểu cũng như nâng cao hiểu biết của mình về thế giới vũ trụ xung quanh chúng ta. Quan trọng hơn hết đó là kết quả của khoá luậ đã tạo ra sản phẩm là hai kính thiên văn quang học cho phòng thí nghiệm trung học phổ thông đáp ứng nhu cầu giảng dạy cũng như học tập của học sinh, vì vậy nên tôi đã lựa chọn thực hiện khoá luận “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo kính thiên văn trường học ”. 2. Mục tiêu nghiên cứu: - Tổng hợp được tài liệu tổng quan lý thuyết về kính thiên văn. - Thiết kế, chế tạo một kính thiên văn phản xạ, một kính thiên văn khúc xạ trường học trung học phổ thông. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng: Kính thiên văn. - Phạm vi: •Kính thiên văn khúc xạ với đường kính khẩu độ là 90 mm, tiêu cự 900 mm (d90f900). •Kính thiên văn phản xạ với đường kính khẩu độ là 150 mm, tiêu cự 750 mm (d150f750). 4. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài (Nhiệm vụ nghiên cứu): - Tìm hiểu và nắm vững những kiến thức liên quan. - Chế tạo được hai loại kính thiên văn khúc xạ và thiên văn phản xạ nghiệp dư và ứng dụng quan sát các vệ tinh, hành tinh trong hệ mặt trời, các hiện tượng thiên văn, chòm sao. - Tăng hứng thú học tập và nghiên cứu khoa học. - Ứng dụng trong dạy học vật lý trung học phổ thông. 6. Cấu trúc của đề tài - PHẦN MỞ ĐẦU. - PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. - PHẦN II: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KÍNH THIÊN VĂN TRƯỜNG HỌC. - PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. - PHẦN IV: KẾT LUẬN.
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Ban giám hiệu trường Đại học Quảng Bình, Khoa Khoa học tự nhiên, Bộ môn Vật lý tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, thiết bị, thời gian điều kiện khác để tơi hồn thành khoá luận thời hạn Cùng hai bạn sinh viên nhóm nghiên cứu Phan Văn Lộc Nguyễn Xn Vương tận tình giúp đỡ tơi góp sức hồn thành hai đề tài kính thiên văn quang học nội dung nghiên cứu khoa học cấp Khoa, cấp Trường Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Sỹ Tài, người hướng dẫn giúp đỡ hồn thành khố luận Đồng Hới, 07/04/2019 Sinh viên thực Võ Đức Mạnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU .7 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc đề tài .9 Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10 1.1 Kính thiên văn .10 1.2 Phân loại kính thiên văn 12 1.2.1 Phận loại theo chế .12 1.2.2 Phân loại theo bước sóng 13 1.3 Một số tượng vật lý, định luật vật lý ứng dụng chế tạo kính thiên văn 15 1.3.1 Hiện tượng khúc xạ ánh sáng 15 1.3.2 Hiện tượng tán sắc ánh sáng 16 1.3.3 Ảnh vật tạo thấu kính hội tụ phân kì 16 1.3.4 Ảnh vật tạo gương phẳng 17 1.3.5 Ảnh vật tạo gương cầu lõm 18 1.3.6 Ảnh vật tạo gương cầu lồi 19 1.3.7 Hiện tượng phản xạ toàn phần 20 Phần II NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KTV TRƯỜNG HỌC 21 2.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo kính thiên văn khúc xạ 21 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý .21 2.1.2 Sơ đồ chế tạo 23 2.1.3 Kết sơ lược 24 2.2 Nghiên cứu, lắp ráp kính thiên văn phản xạ 25 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 25 2.2.2 Sơ đồ chế tạo 26 2.2.3 Kết sơ lược 28 Phần III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Ứng dụng kính thiên văn quang học quan sát thiên văn 29 3.1.1 Quan sát ban ngày 29 3.1.2 Quang sát thiên văn 31 3.1.3 Đánh giá kết .35 3.2 Ứng dụng kính thiên văn dạy học mơn Vật lý THPT .37 3.2.1 Hướng dẫn sử dụng 37 3.2.2 Ứng dụng dạy học “Kính thiên văn” Vật lý nâng cao 11 37 PHẦN IV KẾT LUẬN 41 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 2.1 Hình 2.2 Kính thiên văn phản xạ…………………………………… Kính thiên văn khúc xạ…………………………………… Hiện tượng khúc xạ ánh sáng………………………………… Hiện tượng tán sắc ánh…………………………………… Ảnh vật tạo thấu kính hội tụ…………………… Ảnh vật tạo thấu kính phân kì………………… Ảnh vật tạo gương phẳng…….………………… Ảnh vật tạo gương cầu lõm… ………………… 12 13 15 16 16 17 17 18 19 Ảnh vật tạo gương cầu lồi……………………… Hiện tượng phản xạ tồn phần……………………………… 20 Sơ đồ kính thiên văn khúc xạ tạo ảnh vô cực……… 21 Hiện tượng sắc sai qua thấu kính…………………………… 22 22 22 23 24 25 26 28 29 30 30 30 31 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hiện tượng sắc sai thấu kính chuẩn khơng chuẩn…… Hệ tiêu sắc ghép thấu kính…………………………… Sơ đồ chế tạo kính thiên văn khúc xạ……………………… Kính thiên văn hoàn chỉnh sau chế tạo………………… Sơ đồ nguyên lý kính thiên văn phản xạ…………………… Sơ đồ chế tạo kính thiên văn phản xạ……………………… Kính thiên văn hoàn chỉnh sau chế tạo………………… Ảnh chụp vật thể từ khoảng cách 150 m, 300 m, km… Hoa lăng sân trường khoảng cách gần 150 m……… Cột cờ trước nhà hiệu khoảng cách gần 250 m………… Cột angten khoảng cách gần km………………………… Hình ảnh mặt trăng lúc vừa mọc quan sát kính thiên văn Hình 3.6 khúc xạ……………………………………………………… Hình ảnh mặt trăng lúc lên cao quan sát kính thiên văn 31 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 khúc xạ……………………………………………………… Một sớ núi lửa đại dương xác định quan sát…… Hình ảnh Mặt Trăng lúc vừa mọc…………………………… Hình ảnh mặt Mặt Trăng lên cao………………………… Hình ảnh sớ miệng núi lửa đại dường Mặt Trăng 32 33 34 35 BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu KTV THPT HS GV Ý nghĩa Kính thiên văn Trung học phổ thông Học sinh Giáo viên MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong trình thực tập giảng dạy môn Vật lý trường phổ thông nhận có sớ kiến thức vật lý thầy giáo diễn tả cho học sinh hiểu rõ thơng qua lời nói mà phải biểu diễn dạng thí nghiệm Khi tiến hành thí nghiệm hướng dẫn em làm thí nghiệm mục đích giúp em hiểu có hứng thú việc học môn Vật lý, đồng thời thơng qua giúp em tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học Nhưng điều kiện kinh tế nay, khơng phải trường học đáp ứng đầy đủ dụng cụ thí nghiệm giảng dạy cho giáo viên Vì ngành giáo dục khuyến khích giáo viên phải chủ động sáng tạo việc dạy học, tự tạo dụng cụ dạy học để phục vụ cho nhu cầu giảng dạy thân giúp đỡ nhu cầu giảng dạy đồng nghiệp Là giáo viên tương lai ý thức việc cố gắng sử dụng tối đa thí nghiệm có nhà trường để phục vụ cơng tác giảng dạy, đồng thời tìm hiểu để tạo thí nghiệm phục vụ cho cơng tác giảng dạy thân giúp ích phần cho đồng nghiệp Ngồi mục tiêu mong ḿn quan sát, khám phá hành tinh, vệ tinh, hệ mặt trời tơi tìm hiểu loại kính thiên văn khó có điều kiện để trang bị phòng Vật lý trung học phổ thơng vùng khó khăn, dân tộc thiểu số chưa điều kiện học tập, theo tìm hiểu tơi sớ trường trung học phổ thông tỉnh nhà chưa trang bị loại kính thiên văn quang học để phục vụ việc học tập học sinh việc giảng dạy giáo viên Các thiết bị thiên văn kính thiên văn, ớng nhòm nghiệp dư phục vụ quan sát thị trường lại có giá thành cao nằm tầm với hầu hết sinh viên đam mê thiên văn Các thiết bị thiên văn giá rẻ với tính quảng cáo tớt nhiên chất lượng thực tế khơng đảm bảo Đó lý đặt ngăn cản số sinh viên khác yêu thích thiên văn quan sát bầu trời Và tơi nhận thấy kính thiên văn trường học chủ yếu loại quang học gồm khúc xạ phản xạ, chúng hoàn toàn nằm khả chế tạo với vật liệu sẵn có xung quanh Với mong ḿn chế tạo kính thiên văn đảm bảo chất lượng với giá thành phù hợp tận dụng mà trường tơi sẵn có Tạo điều kiện cho bạn u thiên văn Đại học Quảng Bình tiếp cận tìm hiểu nâng cao hiểu biết giới vũ trụ xung quanh Quan trọng hết kết khố luậ tạo sản phẩm hai kính thiên văn quang học cho phòng thí nghiệm trung học phổ thông đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập học sinh, nên tơi lựa chọn thực khoá luận “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo kính thiên văn trường học ” Mục tiêu nghiên cứu: - Tổng hợp tài liệu tổng quan lý thuyết kính thiên văn - Thiết kế, chế tạo kính thiên văn phản xạ, kính thiên văn khúc xạ trường học trung học phổ thông Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đới tượng: Kính thiên văn - Phạm vi: Kính thiên văn khúc xạ với đường kính độ 90 mm, tiêu cự 900 mm (d90f900) Kính thiên văn phản xạ với đường kính độ 150 mm, tiêu cự 750 mm (d150f750) Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài (Nhiệm vụ nghiên cứu): - Tìm hiểu nắm vững kiến thức liên quan - Chế tạo hai loại kính thiên văn khúc xạ thiên văn phản xạ nghiệp dư ứng dụng quan sát vệ tinh, hành tinh hệ mặt trời, tượng thiên văn, chòm - Tăng hứng thú học tập nghiên cứu khoa học - Ứng dụng dạy học vật lý trung học phổ thông Cấu trúc đề tài - PHẦN MỞ ĐẦU - PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - PHẦN II: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KÍNH THIÊN VĂN TRƯỜNG HỌC - PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - PHẦN IV: KẾT LUẬN Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Kính thiên văn Kính thiên văn dụng cụ giúp quan sát vật thể nằm khoảng cách xa so với khoảng cách mà người nhìn thấy được, ứng dụng quan sát thiên văn Người đăng kí sáng chế kính thiên văn nhà chế tạo kính mắt người Hà Lan tên Hans Lippershey (hay Lipperhey) Vào năm 1608, Lippershey cớ khẳng định dụng cụ có độ phóng đại gấp ba lần Chiếc kính thiên văn ơng có thị kính phân kì đồng trục với vật kính hội tụ Năm 1609, Galileo Galilei thiết kế kính thiên văn riêng Ơng có số cải tiến thiết kế ban đầu giới thiệu dụng cụ ơng trước Hội đồng thành phố Venice Galileo người hướng kính thiên văn lên trời Ơng thấy rõ núi miệng hố mặt trăng, dải sáng khuếch tán vắt ngang qua bầu trời – tức dải Ngân Hà Ơng phát thấy mặt trời có vết đen, Mộc tinh có vệ tinh riêng Ở nơi khác thuộc châu Âu, nhà khoa học bắt đầu cải tiến kính thiên văn Johannes Kepler nghiên cứu quang học thiết kế kính thiên văn có hai thấu kính hội tụ, cho ảnh bị lộn ngược Từ tác phẩm Kepler, Isaac Newton lý giải dùng gương thay cho thấu kính đem đến kính thiên văn tớt ơng chế tạo kính thiên văn phản xạ tiếng vào năm 1668 Hàng kỉ sau đó, kính thiên văn phản xạ thớng lĩnh thiên văn học Chiếc kính thiên văn khúc xạ lớn chế tạo vào hoạt động Đài thiên văn Yerkes Vịnh Williams, bang Wisconsin, Mĩ, vào năm 1897 Nhưng thấu kính thủy tinh đường kính 40 inch Yerkes sớm bị lỗi thời trước đời gương lớn Kính thiên văn phản xạ 100 inch Hooker khánh thành vào năm 1917 Đài thiên văn Núi Wilson Pasadena, bang California Mĩ Đó nơi nhà thiên văn học Edwin Hubble xác định khoảng cách đến Tinh vân Andromeda – nằm xa bên dải Ngân Hà [3] Với phát triển radio, nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu khơng riêng ánh sáng, mà xạ điện từ khác không gian Một kĩ sư người Mĩ tên Karl Jansky người phát xạ vô tuyến đến từ vũ trụ vào năm 1931 Ơng tìm thấy nguồn nhiễu vơ tuyến từ tâm dải Ngân Hà Kể từ đó, kính thiên văn vơ tuyến lập đồ hình dạng thiên hà tồn xạ vi sóng vũ trụ xác nhận tiên đoán Thuyết Big Bang Tháng năm 1990, Kính thiên văn vũ trụ Hubble đưa lên quỹ đạo Chiếc kính thiên văn phản xạ khai thác camera kĩ thuật số truyền thông qua vệ tinh để quan sát vũ trụ bên tầm nhiễu khí Trái đất nhiễm ánh sáng Hơn 200 năm sau Galileo hướng kính thiên văn ơng lên trời, người quan sát vũ trụ từ trời (trên quỹ đạo) Tại Việt Nam, đài thiên văn Nha Trang khởi cơng xây dựng từ năm 2014 bao gồm kính thiên văn quang học có đường kính kích thước 0,5 mét Kính thiên văn Đài thiên văn Nha Trang kính thiên văn quang học phản xạ Cơng ty Marcon thiết kế chế tạo Cấu trúc dẫn động kính đồng với mái vòm điều khiển tự động Kính trang bị máy ảnh phân tích phổ có độ phân giải hình ảnh quang phổ cao vùng bước sóng rộng Một sớ nghiên cứu dự kiến thực hệ kính là: quan sát biến quang, từ thực nghiên cứu khí (bề dầy, mây, mù); đo phổ vạch để thu thông tin loại sao, tốc độ quay độ lớn từ trường bề mặt sao; đo vận tớc xun tâm chủ để tìm kiếm ngoại hành tinh; đo tốc độ quay sớ hành tinh; nghiên cứu hình thái thiên hà; tìm kiếm thiên thể gần Trái đất, siêu tân tinh hay phát xạ quang kèm với bùng phát vơ tuyến nhanh Về kính thiên văn nghiệp dư, có nhiều câu lạc thiên văn thực chế tạo thu kết định Có thể kể đến hội thiên văn nghiệp dư Hà Nội (HAS), Hội thiên văn nghiệp dư TP Hồ Chí Minh (HAAC)… chế tạo sản phẩm chất lượng loại kính thiên văn khúc xạ, phản xạ với độ lớn, độ phóng đại cao [1] 1.2 Phân loại kính thiên văn [5] 1.2.1 Phân loại theo chế 1.2.1.1 Kính thiên văn phản xạ Kính thiên văn phản xạ hoạt động dựa tạo ảnh vật xa gương, thông qua tượng phản xạ xạ điện từ Một kính thiên văn phản xạ nhà thiên văn người Scotland James Gregory phát minh năm 1663, dùng mặt gương lõm hội tụ thay thấu kính hội tụ để thu gom ánh sáng tới tạo ảnh Ảnh thu thập hay phóng đại thêm qua Hình 1.1 Kính thiên văn phản xạ gương phụ trợ Kính thiên văn phản xạ có ưu điểm lớn tránh tượng tán sắc 10 Núi lửa Copernic Đại dương Tempertes Núi lửa Tycho Brahe (a) (b) (c) Hình 3.7 Một số núi lửa đại dương xác định quan sát Từ hình ảnh thu Mặt Trăng chụp trường hợp lúc Mặt Trăng mọc mặt trăng lên cao thấy quan sát rõ sớ núi lửa đại dương bề mặt núi lửa Tycho Brahe (hình a), núi lửa Copernic (hình b), đại dương Tempertes (hình c),… Mặc dù quan sát miệng núi lửa đại dương Mặt Trăng chất lượng quan sát độ phóng đại từ kính thiên văn khúc xạ d90f900 chưa đáp ứng nhu cầu quan sát Từ đặt vấn đề phải tăng độ vật kính lên tơi thấy việc tăng độ vật kính khó tớn nhiều chi phí tăng độ gương cầu nên lý chế tạo thêm KTV d150f750 có độ lớn để tăng chất lượng hình ảnh độ phóng đại để thỏa mãn nhu cầu quan sát thân Kính thiên văn phản xạ d150f750 Hình 3.8 Trăng lúc vừa mọc * Mặt Trăng lúc vừa mọc: Vì thời điểm quan sát ngày Trăng Rằm nên lúc cường độ ánh sáng lớn, dẫn đến quan sát gây lóa mắt hình ảnh chụp bị chóa nên việc lựa chọn thời điểm lúc Trăng vừa mọc thích hợp cho việc quan sát 32 Qua kết hình ảnh quan sát đạt cho thấy kính thiên văn quang học phản xạ d150f750 Trăng mọc lúc ánh sáng Mặt Trăng yếu nên có màu trắng hồng Tại lúc ta quan sát mắt rõ nét quan sát thời gian lâu không bị đau mắt Hình ảnh Mặt Trăng thu rõ nét phân biệt rõ vùng sáng tối So sánh trực quan mắt thường thấy hình ảnh quan sát KTV phản xạ d150f750 rõ nét chi tiết KTV khúc xạ d90f900 Hình 3.9 Hình ảnh mặt Trăng lên cao * Mặt Trăng lên cao khoảng 45o so với mặt đất: Như nói lúc cường độ ánh sáng Mặt Trăng chiếu xuống mạnh nên quan sát gặp chút khó khăn quan sát lâu dẫn đến đau mắt hay hình ảnh chụp bị lòa khơng thấy rõ Vì để lấy hình ảnh tớt đòi hỏi phải tinh chỉnh thông số máy ảnh nhằm lấy sáng cách thích hợp Từ kết quan sát thấy trăng lên cao lúc ánh sáng mặt trăng có cường độ lớn nên có màu trắng Tại lúc ta quan sát mắt rõ nét cường độ sáng lớn nên ta khơng thể quan sát lâu ảnh hưởng đến mắt Hình ảnh thu có màu trắng xanh, vùng sáng vùng tối bật lên So sánh trực quan mắt thường thấy hình ảnh quan sát KTV phản xạ d150f750 rõ nét chi tiết KTV khúc xạ d90f900, điều dễ dàng giải thích KTV phản xạ d150f750 có độ lớn hẳn KTV khúc xạ d90f900 việc so sánh chất lượng hình ảnh thu để đánh giá chất lượng hai loại kính thiên văn chưa hồn tồn xác đổ kính ảnh hướng tới nhiều đến chất lượng hình ảnh 33 Núi lửa Tycho Brahe (a) Biển Serenites Biển Crises (b) (c) Hình 3.10 Hình ảnh số miệng núi lửa đại dương Mặt Trăng Trong hai trường hợp quan sát mặt trăng thấy hình ảnh rõ nét khơng bị nhòe độ phóng đại cải thiện rõ rệt so với kính thiên văn khúc xạ d90f900 Khi quan sát ta phân biệt rõ ràng vùng sáng vùng tối Mặt Trăng, núi lửa Brahe (Hình 3.10a), biển Crises (Hình 3.10b), biển Serenites (Hình 3.10c), núi lửa Copecnic, đại dương Tempertes,…trên bề mặt mặt trăng 3.1.3 Đánh giá kết * Kính thiên văn khúc xạ d90f900 Một số nhược điểm KTV khúc xạ d90f900: o Khó điều chỉnh trình quan sát, với thao tác chỉnh góc chọn mục tiêu o Chân đế thiết kế gỗ nên khơng động, khơng có hiệu cao việc di chuyển o Góc điều chỉnh kính chưa đủ lớn dẫn đến quan sát vật thể có góc lệch so với mặt đất lớn khó để quan sát Qua kết hình ảnh đạt được cho thấy: o Thơng qua KTV khúc xạ d90f900 ta quan sát Mặt Trăng cách rõ o Có thể phân biệt rõ ràng vùng sáng vùng tối Mặt Trăng o Nếu ý quan sát thấy vài hố núi lửa hố va chạm lớn bề mặt 34 o Tuy hình ảnh quan sát rõ độ phóng đại chưa đủ lớn nên chưa thỏa mãn nhu cầu quan sát, từ việc thúc đẩy việc chế tạo KTV có độ lớn Vậy từ kết quan sát thấy KTV khúc xạ d90f900 hoạt động tốt quan sát địa văn mà sử dụng tốt để quan sát thiên văn, mà cụ thể Mặt Trăng *Kính thiên văn phản xạ d150f750 Một sớ nhược điểm KTV phản xạ d150f750 o Chân đế cải tiến để bớt cồng kềnh thuận tiện cho việc di chuyển gặp chút khó khăn việc điều chỉnh trình quan sát, với thao tác chỉnh góc chọn mục tiêu o Gương cầu lõm gắn vào nắp giữ gương băng dính hai mặt nên chưa cố định cách chắn dẫn đến q trình vận chuyển khơng cẩn thận gương cầu bị lỏng khỏi nắp giữ dẫn đến thời gian kiểm tra điều chỉnh lại bị lệch Qua kết hình ảnh đạt được cho thấy: Trong hai trường hợp quan sát mặt trăng tơi hồn tồn hài lòng với kết thu được, hình ảnh rõ nét khơng bị nhòe hay có ván đề xảy ra, ta phân biệt rõ ràng vùng sáng vùng tới Mặt Trăng Mặt khác thấy việc tăng độ từ 90 mm lên 150 mm giúp tăng độ phóng đại độ phân giải dẫn đến hình ảnh cải thiện cách rõ nét so với KTV khúc xạ d90f900 Qua thấy KTV phản xạ d150f750 khơng hoạt động tốt quan sát địa văn mà sử dụng tốt để quan sát thiên văn, mà cụ thể Mặt Trăng Tuy việc dựa vào hình ảnh quan sát để so sánh chất lượng hai loại kính thiên văn chưa hồn tồn xác đổ kính ảnh hướng tới nhiều đến chất lượng hình ảnh KTV phản xạ d150f750 chế tạo có độ lớn nhiều so với KTV khúc xạ d90f900 35 3.2 Ứng dụng kính thiên văn dạy học môn Vật lý THPT 3.2.1 Hướng dẫn sử dụng Vì hai loại kính thiết kế quan sát mục tiêu có nguyên lý tương tự nên bước để sử dụng hai loại KTV khúc xạ d90f900 phản xạ d150f750: - Lắp đặt kính thiên văn Chọn mục tiêu thơng qua kính tìm mục tiêu cách sử dụng tăng trục xoay kính - Sử dụng tăng để cớ định kính xác định mục tiêu quan sát - Điều chỉnh độ nét thông qua chỉnh độ nét để lấy hình ảnh rõ nét - Chụp quay lại hình ảnh mục tiêu thu qua kính thiên văn Ngồi mục đích chế tạo kính thiên văn để phục vụ việc quan sát vật thể thiên văn thì việc chế tạo thành cơng hai loại kính cơng cụ giúp ích cho việc giảng dạy, học tập môn Vật lý THPT cụ thể ứng dụng dạy “Kính thiên văn” Vật lý 11 Nâng cao, thuộc phần “ Mắt dụng cụ quang” 3.2.2 Ứng dụng dạy học “Kính thiên văn” Vật lý nâng cao 11 3.2.2.1 Sự cần thiết Kính thiên văn dạy học THPT Chế tạo kính thiên văn khúc xạ đề tài mẻ đối với nhà khoa học thật trở nên lạc hậu nhắc đến việc tạo KTV trường phổ thơng Kính thiên văn biết đến từ nhiều kỉ trước, lúc người biết chế tạo dụng cụ để quan sát vẻ đẹp huyền ảo bầu trời Một KTV khúc xạ nhà bác học Galileo (1564 – 1642) chế tạo Với tiến khoa học kỹ thuật, ngày người ta biết đến loại kính thiên văn như: KTV khúc xạ, KTV phản xạ, KTV vô tuyến, KTV hồng ngoại Ngày nay, đất nước có khoa học tiên tiến kinh tế phát triển việc học sinh phổ thơng sử dụng kính thiên văn quan sát bầu trời phát tiểu hành tinh điều phổ biến Đó điều mơ ước có lẽ khơng thân tơi mà nhiều người đam mê mơn học Vật lý giảng dạy trường phổ thông đất nước Tôi rằng, em học sinh lớp 11 học xong “Kính thiên văn” ḿn nhìn qua kính thiên văn để thấy “vẻ đẹp” Mặt Trăng mà em thường nhìn thấy mắt thường điều giúp em hiểu 36 sâu cấu tạo kính thiên văn, đồng thời thích thú việc học mơn Vật lý Đã có nhiều em học sinh học xong “Kính thiên văn” hỏi câu hỏi “khi thầy tổ chức buổi hướng dẫn tạo kính thiên văn?” Một câu hỏi tưởng chừng dễ lại khó trả lời Vì kiến thức tơi có đụng đến kính thiên văn đừng nói đến tạo chúng Từ tơi tự tìm hiểu thêm sách vở, lên mạng tìm hiểu xem người ta làm sao, hình thù thực tế nào? Qua tơi thiết kế thành cơng hai loại KTV quang học phổ biến dựa theo hai nguyên lý khúc xạ phản xạ ánh sáng để phục vụ cho việc giảng dạy tương lai sau 3.2.2.2 Q trình sử dụng kính thiên văn vào giai đoạn dạy học "Kính thiên văn” Vật lý nâng cao 11[4] Có thể sử dụng kính thiên văn vào giai đoạn giảng: + Đặt vấn đề: GV sử dụng cách đặt vấn đề trình bày phần đầu SGK: “ Trong nghiên cứu thiên văn, để quan sát rõ thiên thể cách xa Trái Đất, cần phải tạo dụng cụ quang hỗ trợ cho mắt cho nhìn thiên thể qua dụng cụ quang, thấy ảnh thiên thể góc trơng lớn nhiều lần so với nhìn trực tiếp mắt Về nguyên tắc, dụng cụ quang cấu tạo nào?” sau giới thiệu đưa loại kính thiên văn khúc xạ phản xạ làm ví dụ + Cơng dụng cấu tạo kính thiên văn: Cho học sinh quan sát vật xa mắt thường kính thiên văn Sau u cầu học sinh nêu cơng dụng kính thiên văn Tiếp theo ḿn đưa ngun tắc cấu tạo kính thiên văn, GV trao đổi với HS để thống nguyên tắc cấu tạo kính nêu SGK: ” Ḿn tăng góc trước hết, phải tạo ảnh thật vật vị trí gần nhờ dụng cụ quang thứ Sau đó, nhìn ảnh qua dụng cụ quang thứ hai để thấy ảnh cuối góc lớn hơn” Từ nguyên tắc cấu tạo trên, GV tổ chức cho HS thảo luận để xác định dụng cụ quang đóng vai trò dụng cụ quang thứ nhất, dụng cụ quang đóng vai trò dụng cụ quang thứ hai HS đề xuất ba mơ hình: KTV khúc xạ, KTV phản xạ ớng nhòm Sau học sinh đưa kết 37 thảo luận giáo viên sử dụng công cụ trực quan hai loại KTV khúc xạ phản xạ để vai trò cụ thể dụng cụ quang loại kính thiên văn + Các tập liên quan: - GV đưa sớ tập liên quan trực tiếp đến KTV quan sát loại KTV học sinh trả lời VD: - Dựa vào mơ hình hai kính thiên văn nêu cấu tạo nguyên lý - hoạt động chúng? So sánh điểm khác giớng hai loại kính này? Một kính thiên văn có tiêu cự f 900mm, thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự f2= 50 mm Tính khoảng cách hai vật kính sớ bội giác kính thiên văn ngắm chừng vơ cực? Ngồi để nội dung học thể tính logic xun śt quy trình bước dạy học trình bày phụ lục 4.2.2.3 Tổ chức ngoại khoá KTV quan sát thiên văn Để học sinh trải nghiệm tìm hiểu cách đầy đủ kính thiên văn việc tổ chức buổi ngoại khố để học sinh tiến hành quan sát vật thể để thấy “vẻ đẹp” Mặt Trăng hành tinh mà em thường nhìn thấy mắt thường điều điều giúp học sinh hiểu sâu KTV đặc biệt hai loại KTV khúc xạ phản xạ, đồng thời thích thú việc học môn Vật lý Về quy trình để tổ chức buổi ngoại khóa quan sát thiên văn Mặt Trăng đới tượng khơng thể bỏ qua Muốn quan sát Mặt Trăng cách đầy đủ đẹp việc tổ chức ngoại khoá diễn vào ngày Trăng rằm thời tiết quang đãng Lúc Mặt Trăng sáng tròn nên việc quan sát thuận lợi tạo yêu thích hứng thú cho học sinh thời điểm để quan sát tốt từ 18h đến 20h Mặt Trăng vừa mọc, tớt ngày sau Rằm Vì thời gian tổ chức vào buổi chiều tối nên để đảm bảo cho việc tổ chức quản lý giáo viên 38 nên tổ chức sân trường mà em học sinh học thời Và ngồi mục đích tổ chức sân chơi cho học sinh sử dụng kính thiên văn việc kết hợp nội dung học tập vào hoạt động ngoại khóa cần thiết, lúc GV chia lớp thành nhóm để tổ chức trò chơi thi “kể phận kính thiên văn”, “cuộc thi chụp ảnh Mặt Trăng xem nhóm chụp hình ảnh đẹp " lắp ráp KTV từ chi tiết mà GV chuẩn bị trước… Qua thúc đẩy tìm tòi, sáng tạo khả hoạt động nhóm học sinh quan trọng giúp học sinh nắm bắt nguyên lý, cấu tạo, vai trò cụ thể dụng cụ quang loại KTV cách sử dụng KTV quang học Tuy nhiên, việc tổ chức ngoại khoá cho học sinh để quan sát kính thiên văn gặp chút khó khăn việc tổ chức nhiều thời gian chuẩn bị lịch học tập giảng dạy học sinh, giáo viên THPT khơng có nhiều Nhưng ý tưởng hay, đáng phát triển triển khai cho giáo dục tương lai tương lai nói chung mơn Vật lý THPT nói riêng KẾT LUẬN Thơng qua đề tài khố luận “Nghiên cứu thiết kế chế tạo kính thiên văn trường học”, với mong muốn chế tạo kính thiên văn đảm bảo chất lượng với giá 39 thành phù hợp tận dụng mà trường tơi sẵn có, tạo điều kiện cho bạn yêu thiên văn Đại học Quảng Bình tiếp cận tìm hiểu nâng cao hiểu biết giới vũ trụ xung quanh Quan trọng hết tơi nhóm tạo sản phẩm hai kính thiên văn quang học cho phòng thí nghiệm trung học phổ thông đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập giáo viên học sinh Sau thời gian thực thu số kết ban đầu định Đã tổng quan lý thuyết kính thiên văn, tượng, định luật vật lý xảy kính thiên văn, tài liệu bổ ích cho bạn sinh viên người u thích khám phá tham khảo cách chế tạo kính thiên văn quang học Chế tạo thành cơng hai loại kính thiên văn KTV khúc xạ d90f900 KTV phản xạ d150f750 đủ phận: Thị kính, vật kính, thân kính, chỉnh nét, chân đế kính tìm mục tiêu Đáp ứng yêu cầu để quan sát địa văn thiên văn mục tiêu đặt Tôi tiến hành quan sát thiên văn thực tế địa điểm: Hành lang dãy phòng thí nghiệm, sân trước dãy nhà Trung tâm học liệu Và thu số kết mong ḿn hình ảnh quan sát địa văn thiên văn mục tiêu cụ thể Mặt Trăng số địa điểm mặt đất vào ban ngày Ứng dụng KTV quang học vào giai đoạn dạy học "Kính thiên văn” Vật Lý nâng cao 11, giúp em học sinh hiểu có hứng thú việc học mơn Vật lý, đồng thời thơng qua giúp em tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học Sau hồn thành khố luận này, nắm cách vững kiến thức quang học, gương cầu kính thiên văn học chương trình Vật lý phổ thơng Và tượng quang học khúc xạ, phản xạ, tán sắc,…Qua giúp tơi bạn sinh viên so sánh trực quan ưu nhược điểm hai loại KTV khúc xạ KTV phản xạ giúp phần cho công việc giảng dạy tương lai thân giúp ích phần cho đồng nghiệp Kính thiên văn quang học loại kính khơng khó để chế tạo Tuy nhiên, để làm sản phẩm có tính ứng dụng cao cần phải có trình 40 nghiên cứu, thiết kế lắp ráp cẩn thận, tỉ mỉ để đạt kết tốt Và sản phẩm tơi có lẽ đạt đôi điều mà kỳ vọng Với sở tơi mong ḿn tương lai khơng xa cải tiến thêm cho kính thiên văn tơi: Cải tiến nâng cấp chân đế linh hoạt Thiết kế giá đỡ máy ảnh để thu hình ảnh rõ nét Nghiên cứu chế tạo kính thiên văn có độ lớn Đó thành q trình nghiên cứu, tìm tòi kính thiên văn, cơng sức thiết kế, tính tốn chế tạo tơi với đạo hướng dẫn tận tình Thầy giáo Hoàng Sỹ Tài Và nhờ nghiên cứu mà tơi nắm vững kiến thức liên quan chế tạo thành cơng kính thiên văn quang học nghiệp dư Qua tăng thêm hứng thú học tập nghiên cứu khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Vũ Tuấn Sơn (2017) Vài điều kính thiên văn, Hội thiên văn học trẻ Việt Nam [2] Lương Dương Bình (2007) Sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao, nhà xuất Giáo dục [3] Trần Quốc Hà (2003) Giáo trình Thiên văn học đại cương, trường ĐHSP TP Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Thế Khơi (2007) Sách giáo viên Vật lý 11 nâng cao, nhà xuất Giáo dục [5].https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_vi%E1%BB%85n_v%E1%BB %8Dng [6].https://vatlythienvan.com/164-dung-cu-phan-mem/kinh-thien-van/2566-quang-saila-gi.html [7].https://vi.wikipedia.org/wiki/G%C6%B0%C6%A1ng_c%E1%BA%A7u_l %C3%B5m 41 [8].https://vi.wikipedia.org/wiki/G%C6%B0%C6%A1ng_c%E1%BA%A7u_l %E1%BB%93i PHỤ LỤC Giáo án 34: KÍNH THIÊN VĂN I MỤC TIÊU + Nêu cơng dụng kính thiên văn cấu tạo kính thiên văn khúc xạ phản xạ + Vẽ đường truyền chùm tia sáng qua kính thiên văn ngắm chừng vô cực + Thiết lập vận dụng cơng thức tính sớ bội giác kính thiên văn ngắm chừng vô cực II CHUẨN BỊ Giáo viên: - Kính thiên văn khúc xạ, kính thiên văn phản xạ Tranh vẽ đường truyền chùm tia sáng qua kính thiên văn Học sinh: - Mượn, mang đến lớp ớng nhòm đồ chơi ớng nhòm qn để sử dụng học III TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC 42 Hoạt động (5 phút) : Kiểm tra cũ đặt vấn đề cần nghiên cứu Hoạt động giáo viên -GV đặt câu hỏi kiểm tra cũ Hoạt động học sinh -Trả lời câu hỏi GV + Nêu cấu tạo, viết cơng thức dộ bội giác kính hiễn vi -Nhận xét cho điểm -Nghe GV nhận xét -Đặt vấn đề : Nhắc lại cơng dụng kính -Nhận thức vấn đề cần nghiên cứu lúp kính hiển vi quan sát vật nhỏ gần Nếu quan sát vật xa mắt nhược điểm gì? Từ giới thiệu vào vấn đề cần nghiên cứu Hoạt động2 (15 phút) : Tìm hiểu cơng dụng cấu tạo kính thiên văn Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh -Cho học sinh quan sát -Quan sát vật xa vật xa mắt trường hợp thường hai loại kính thiên văn GV chuẩn bị -Nêu cơng dụng kính thiên văn - u cầu học sinh nêu cơng dụng kính thiên -Quan sát tranh vẽ ghi văn nhận cấu tạo kính -Giới thiệu cấu tạo kính thiên văn thiên văn Nội dung I Công dụng cấu tạo kính thiên văn + Kính thiên văn dụng cụ quang bổ trợ cho mắt, có tác dụng tạo ảnh có góc trơng lớn đới với vật xa + Kính thiên văn gồm: Vật kính thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (và dm đến vài m) Thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm) Vật kính thị kính đặt đồng trục, khoảng cách chúng thay đổi Hoạt động (10 phút) : Tìm hiểu tạo ảnh kính thiên văn Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Nội dung -GV phân tích ơ, gợi ý mơ hình kính thật để HS nắm giai đoạn tạo ảnh qua loại thấu kính nêu đặc - Quan sát tạo ảnh qua II Sự tạo ảnh kính thiên kính thiên văn, nghe GV văn phân tích từ nêu Hướng trục kính thiên điều kiện để quan sát văn đến vật AB xa cần vật qua kính thiên quan sát để thu ảnh thật A1B1 43 điểm ảnh ći văn từ HS nêu điều kiện quan sát vật qua kính thiên văn -Định nghĩa ngắm chừng -Ghi nhận nói chung loại ngắm chừng -Vì để mắt quan -Suy nghĩ trả lời sát đỡ mỏi ngắm chừng cực viễn? -Đại diện HS lên bảng vẽ -Gọi HS lên bảng vẽ hình tạo ảnh vật qua kính thiên văn đới với cách ngắm chừng vơ cực tiêu diện ảnh vật kính Sau thay đổi khoảng cách vật kính thị kính để ảnh ći A2B2 qua thị kính ảnh ảo, nằm giới hạn nhìn rỏ mắt góc trơng ảnh phải lớn suất phân li mắt Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo Để quan sát thời gian dài mà không bị mỏi mắt, ta phải đưa ảnh cuối vô cực: ngắm chừng vơ cực Hoạt động (10 phút): Tìm hiểu sớ bội giác kính thiên văn Hoạt động giáo viên -Từ tranh vẽ 32.6 34.3 Sgk với cơng thức tính độ bội giác để thành lập cơng thức tính độ bội giác trường hợp ngắm chừng vô cực Hoạt động học sinh Nội dung - Quan sát tranh vẽ III Sớ bội giác kính thiên thiết lập cơng thức tính văn độ bội giác trường Khi ngắm chừng vô cực: hợp ngắm chừng vô cực A1 B1 Ta có: tan0 = -Hướng dẫn HS làm tập VD Sgk -Làm tập VD theo hướng dẫn GV f1 ; tan = A1 B1 f2 Do dó: G = f tan tan f2 Sớ bội giác kính thiên văn điều kiện khơng phụ thuộc vị trí đặt mắt sau thị kính 44 Hoạt động (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ nhà Hoạt động giáo viên -GV tóm tắt kiến thức Hoạt động học sinh -Nghe GV tóm tắt kiến thức -BTVN : Yêu cầu học sinh nhà làm tập trang 216 sgk Và giải -Nhận nhiệm vụ học tập tập sau : Một kính thiên văn có tiêu cự f1 900 mm, thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự f2= 50 mm Tính khoảng cách vật kính sớ bội giác kính thiên văn ngắm chừng vô cực? NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) 45 46 ... II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KÍNH THIÊN VĂN TRƯỜNG HỌC 2.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo kính thiên văn khúc xạ Kính thiên văn khúc xạ loại kính thiên văn dùng thấu kính để thay đổi đường truyền... thấu kính đem đến kính thiên văn tớt ơng chế tạo kính thiên văn phản xạ tiếng vào năm 1668 Hàng kỉ sau đó, kính thiên văn phản xạ thớng lĩnh thiên văn học Chiếc kính thiên văn khúc xạ lớn chế tạo. .. kính lớn kính thiên văn thu thập nhiều chi tiết phân giải tớt 1.2.2.2 Kính thiên văn vơ tuyến Kính thiên văn vơ tuyến kính thiên văn hoạt động với chế kính thiên văn giao thoa kính thiên văn phản