Thí nghiệm biểu diễn phần quang hình học lớp 11

BẢN MÔ TẢ GIẢI PHÁP Mã số: … … … … Tên giải pháp: THÍ NGHIỆM BIỂU DIỄN – PHẦN QUANG HÌNH HỌC LỚP 11 Lĩnh vực áp dụng giải pháp: Giáo dục đào tạo Giải pháp kỹ thuật: 3.1 Giải pháp kỹ thuật biết Vật lí học mơn khoa học thực nghiệm, đưa thí nghiệm vào dạy giúp học sinh tiếp cận với đường nghiên cứu, tìm tịi khắc sâu kiến thức Bởi thơng qua thí nghiệm, học sinh rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, giáo dục tổng hợp, hình thành tư sáng tạo tinh thần làm việc tập thể…Trong chương trình vật lí lớp 11 vật lí lớp 12 thí nghiệm tượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, truyền ánh sáng qua thấu kính…Hiện nay, trường trung học phổ thông tỉnh Bến Tre, đa số cịn thiếu trang thiết bị thí nghiệm – thực hành phục vụ cho công tác giảng dạy Nếu dạy học theo phương pháp truyền thống, phân tích học theo sách giáo khoa, không tạo hứng thú cho em học, phần làm hạn chế trình tiếp thu kiến thức học sinh Mặc khác, nguồn kinh phí đầu tư trang thiết bị đồ dùng dạy học trường cịn hạn hẹp khơng thể trang bị đầy đủ kịp thời Chính lý trên, với mong muốn tạo thí nghiệm biểu diễn hiệu quả, chi phí thấp nhằm góp phần vào việc đổi phương pháp giáo dục, nâng cao chất lượng hiệu dạy học môn Vật lí trường phổ thơng, chúng tơi tiến hành nghiên cứu chế tạo thành cơng bộ: “Thí nghiệm biểu diễn – PHẦN QUANG HÌNH HỌC LỚP 11” a Bộ thí nghiệm quang quang hình biểu diễn, giá 1.150.000đồng Hình Bộ thí nghiệm quan biểu diễn Với quang hình biểu diễn, tiến hành thí nghiệm tượng khúc xạ, tượng phản xạ toàn phần, đường truyền tia sáng qua thấu kính (thấu kính hội tụ thấu kính phân kì) - qua lăng kính (tam giác tam giác vng) – mặt song song Điểm hạn chế: Học sinh cuối lớp học em không quan sát rõ thay đổi góc tới góc khúc xạ Với thí nghiệm khơng thể cho em hoạt động nhóm Trong thí nghiệm qua lăng kính chưa chứng minh tượng tán sắc ánh sáng trắng Chưa giải thích đường truyền tia sáng qua thấu kính Trong hướng dẫn thí nghiệm chưa đưa cách tính góc lệch cực tiểu lăng kính b Bộ thí nghiệm xác định bước sóng ánh sáng, giá: 1.520.000 đồng Hình Bộ thó nghiệm đo bước sóng ánh sáng Đo bước sóng ảnh sáng đơn sắc thơng qua thí nghiệm Young giao thoa Điểm hạn chế: Chi phí thí nghiệm cao, trường hợp cho em hoạt động nhóm phải cần tới thí nghiệm với kinh phí 6.080.000 (mỗi nhóm có học sinh) Ảnh hệ vân cho nhỏ, khó quan sát c Bộ thí nghiệm quang phổ, giá: 990.000 đồng Khi chiếu nguồn sáng trắng qua lăng kính cho hệ tán sắc gồm dãy màu trãi dài từ đỏ đến tím Điểm hạn chế: Tiến hành thí nghiệm điều kiện mơi trường có ánh sáng yếu, phịng ánh sáng Hình Bộ thí nghiệm quang phổ d Kính thiên văn phản xạ 150F1400EQ-3, giá sản phẩm: 5.200.000 đồng Hình Kính thiên văn 150F1400EQ-3 Đối với kính thiên văn này, đế chắn làm kim loại nhôm Quan sát ảnh rõ nét Điểm hạn chế: Mỗi lần xem có người, muốn cho nhiều người xem phải trang bị thêm camera, làm cho chi phí thiết bị tăng Trường hợp nhà trường trang bị loại thí nghiệm (mỗi loại 01 bộ): Về kinh phí lên tới gần 9.000.000 đồng Về khả trực quang hạn chế Về nội dung cịn nhiều tính chất vật lí chưa làm rõ 3.2 giải pháp sáng kiến: thiết kế tạo thí nghiệm 3.2.1 Thí nghiệm định tính định lượng tượng khúc xạ phản xạ tồn phần ánh sáng: Hình Bố trí thí nghiệm tượng phản xạ toàn phần Bước 1: Kết nối camera với máy tính chương trình ViewPlayCap Bước 2: Điều chỉnh giá đỡ camera trượt cố định sau cho ảnh thu rõ nét màng hình máy chiếu Hình Điều chỉnh camera cho ảnh rỏ nét màng chiếu Bước 3: Đặt tâm khối trụ trùng với tâm đĩa tròn chia độ, từ xác định xác góc tới thí nghiệm Bước 4: Mở đèn tia laze điều chỉnh tia cho tia tới xuất phát 0 tia ló trùng với vị trí 00 thứ hai đĩa trịn Hình Cách đặt khối bán trụ Bước 5: Thay đổi góc tới xác định góc khúc xạ Kết thí nghiệm: Hình Ảnh nhận từ máy tính Tính – sáng tạo: sử dụng camera kết nối máy tính trình chiếu, giúp cho nhiều học sinh quan sát lúc Chỉ cần 01 thí nghiệm tiến hành thí nghiệm tượng khúc xạ, tượng phản xạ toàn phần, đường truyền tia sáng qua thấu kính (thấu kính hội tụ thấu kính phân kì) - qua lăng kính (tam giác tam giác vng) – mặt song song Giải thích đường truyền tia sáng qua thấu kính Tính góc lệch cực tiểu lăng kính 3.2.2 Thí nghiệm biểu diễn tượng phản xạ toàn phần hai môi trường suốt khác nhau, ánh sáng truyền từ nước khơng khí Hình Học sinh biểu diễn tượng phản xạ tồn phần Hình Đường truyền tia sáng môi trường nước - Bước Cho nước vào hộp kính, mực nước từ ½ hộp kính trở lên, nhằm giúp học sinh dễ quan sát tượng - Bước Sử dụng nguồn laze 303 màu xanh chiếu vào hộp kính, với góc tới lớn góc tới giới hạn hai môi trường (xét mặt phân cách hai môi trường nước khơng khí, ánh sáng truyền từ nước khơng khí) xảy tượng phản xạ tồn phần 3.2.3 Thí nghiệm biển diễn đường truyền tia sáng qua lăng kính Hình 11 Bố trí thí nghiệm tượng tán sắc ánh sáng trắng - Khi chiếu ánh sáng đèn chiếu sáng 5W vào lăng kính, điều chỉnh lăng kính sau cho ảnh rõ nét Quan sát ta thấy bảy màu cầu vịng Đây tượng tán sắc ánh trắng qua lăng kính - Chùm sáng màu sau qua lăng kính chiếu vào thấu kính hội tụ, tiến hành dịch chuyển lại gần thấu kính đến vị trí ảnh chùm sáng chùm sáng trắng - Thay đèn chiếu sáng 5W đèn laser 303 chứng minh tính chất vật lí: ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định khơng bị tán sắc truyền qua lăng kính Hình 12 Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính khơng bị tán sắc Hình 13 Đo góc chiết quang (A) bố trí thí nghiệm xác định góc lệch cực tiểu Theo lý thuyết góc lệch cực tiểu: i1 = i2 đường truyền tia sáng lăng kính song song với mặt đáy - Khi chiếu tia sáng tới với góc tới i1 = 500 thí nghiệm trên, thu tia ló có góc tới i2 = 500 Sử dụng lăng trụ đều, nên góc A = 600 Áp dụng cơng thức góc lệch cực tiểu tính góc lệch chiết suất lăng kính A r = = 300 ; n = sin Dmin + A sin 400 = = 1, 28; Dmin = 2i − A = 2.500 − 600 = 400 A sin 30 sin Lưu ý: Bố trí thí nghiệm nên đặt lăng kính tờ giấy có kẻ ơ, sau cho đáy lăng kính trùng với đường kẻ ngang Khi chiếu góc tới i1 vào mặt bên lăng kính, ta quan sát đường truyền tia sáng lăng kính song song vạch ngằm ngang ô tập góc tới i1 = i2 3.2.4 Thí nghiệm biểu diễn đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ thấu kính phân kì - Đặt thấu kính phân kì hội tụ lên thí nghiệm tượng phản xạ tồn phần, tiến hành thí nghiệm đường truyền tia sáng - Điều chỉnh nguồn laser đỏ để tạo thành chùm tia song song Chiếu tia là màn, vào thấu kính, cho tia trùng với trục thấu kính Quan sát tia sau qua thấu kính - Ba tia song song sau qua thấu kính, đồng quy điểm thấu kính thấu kính hội tụ Nếu ba tia qua thấu kính tỏa rộng thấu kính thấu kính phân kì Hình 14 Tia tới tia ló qua thấu kính hội tụ Hình 15 Tia tới tia ló qua thấu kính phân kì - Thay thấu kính mặt song song, quan sát tượng đường truyền tia sáng qua mặt song song Sử dụng nguồn laser 303 màu xanh để chiếu vào mặt song song Hình 16 Đường truyền ánh sáng qua mặt song song 3.2.5 Giải thích tượng chùm sáng hội tụ chùm sáng phân kì qua thấu kính hội tụ thấu kính phân kì dựa sở đường truyền tia sáng qua lăng kính - Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính thí tia sáng lệch phí đáy lăng kính - Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính thí tia sáng lệch phí đáy lăng kính Trường hợp ghép hai đỉnh lăng kính lại với tia sáng truyền qua hai lăng kính chùm tia phân kì, giải thích tượng tia tới chùm song song tia ló qua thấu kính phân kì chùm tia phân kì Hình 17 Hai lăng kính ghép có dạng thấu kính phân kì Hình 18 Đường truyền tia sáng qua thấu kính phân kì Tương tự thấu kính hội tụ: Hình 19 Đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ - Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính thí tia sáng lệch phí đáy lăng kính - Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính thí tia sáng lệch phí đáy lăng kính Trường hợp ghép hai đáy lăng kính sát tia sáng truyền qua lăng kính chùm tia hội tụ Giải thích chùm tia tới song song truyền qua thấu kính hội tụ tia ló chùm tia hội tụ 3.2.6 Thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng: Hình 20 Bố trí thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng đơn sắc Sử dụng đèn laser 303 đặt giá đỡ, quay đèn góc 360 Phía trước đèn có gắn khe hẹp để ánh sáng chiếu qua Khoảng cách khe hẹp đặt thấu kính phân kì (f= - 70mm) có tác dụng cho ảnh lớn vật Dịch chuyển thấu kính phân kì tìm vị trí sau cho ảnh rõ nét Tiến hành quan sát tượng; có vạch sáng vân sáng trung tâm tượng giao thoa ánh sáng, kế khoảng khơng có ánh sáng vân tối Cứ tiếp tục vân sáng xen kẽ vân tối tạo thành hệ vân giao thoa sóng ánh sáng qua hai khe hẹp 10 Hình 21 Kết thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng đơn sắc 3.2.7 Sử dụng kính thiên văn phản xạ quan sát mặt trăng Hình 22 Kính thiên văn phản xạ D150F1400 hoàn chỉnh - Bước 1: chuẩn trực kính thiên văn nhằm làm cho trục gương chéo trùng với trục gương cầu, thơng qua ba ốc mặt sau gương cầu 11 Hình 23 Ba ốc điều chỉnh đồng trục kính thiên văn Nhìn vào chỉnh nét thấy gương chéo nằm tâm còng tròn Hình 24 Gương chéo qua chỉnh nét - Bước 2: Tìm mục tiêu quan sát Có hai cách: tìm mục tiêu thơng qua kính tìm mục tiêu Hai tìm mục tiêu thơng qua chỉnh nét Sau xác định mục tiêu, tiến hành khóa cố định hướng ngắm mục tiêu 12 Hình 25 Khóa cố định hướng ngắm - Bước 3: Đặt thị kính PL25mm vào chỉnh nét, tiến hành vặn ốc vi cấp tìm vị trí cho ảnh rõ nét quan sát Hình 26 Vị trí kết nối camera thị kính - Trường hợp muốn cho nhiều người quan sát, gắn camera vào thi kính, sau kết nối với máy tính qua cổng USB Sử dụng chương trình Viewplaycap Nhấp đúp chuột vào biểu tượng Viewplaycap nở cửa sổ - Vào Devices chọn USB 2.0 Webcamera Hồn tất việc kết nơi, tiến hành quan sát mục tiêu Những lưu ý sử dụng kính thiên văn Trong q trình quan sát, khơng nhìn trực tiếp vào mặt trời, hay nguồn sáng mạnh dễ làm tổn thương mắt Muốn quan sát mặt trời cần sử dụng kính lọc mặt trời với điều kiện đảm bảo chất lượng 13 Hình 27 Cửa sổ chương trình Viewphaycap Ảnh thu từ kính thiên văn - Những mục tiêu tốt cho kính thiên văn, trích từ kỷ yếu “10 năm thiên văn học Việt Nam“ - Ảnh mặt trăng quan sát kính thiên văn tự chế D150F1400 So sánh hai vị trí đánh dấu hình cho thấy kính thiên văn tự chế cho ảnh không so với kính thiên văn đại Hình 28 Tên miệng núi lửa mặt trăng 14 Đánh giá giải pháp Số lượng thí Hạn chế Điểm – sáng nghiệm Giá thành sản phẩm tạo Thí - 01 thí nghiệm - Khơng rèn luyện - Bộ thí nghiệm nghiệm Young quang quang hình đo bước kỹ tiến có sóng ánh sáng hành thí học biểu diễn: giá nhà trường 1.150.000đồng công ty sách thiết sinh: thông qua bị trường học TP hoạt Hồ Chí Minh động theo nhóm - Thí nghiệm biểu diễn tượng tán sắc ánh sáng, - Bộ thí nghiệm xác thí nghiệm Young định bước sóng ánh giao thoa ánh sáng giá: 1.520.000 - 01 thí nghiện sáng: hạn chế số tượng tán lượng học sinh đồng sắc ánh sáng qua quan sát khe hẹp - Bộ thí nghiệm quang phổ giá: 990.000 đồng - Kính thiên văn phản xạ 150F1400EQ-3, giá sản phẩm: 5.200.000 đồng 15 Thí 01 thí nghiệm - Chưa chứng nghiệ biểu diễn: chứng minh m cải minh tượng phản xạ tiến tượng khúc xạ ánh toàn phần ánh quan sáng, phản xạ sáng truyền qua g học gương gương cầu TS cầu gương phẳng, mặt lồi, phân cách hai môi lõm, trường suốt Nguy lăng kính phản xạ - Chưa chứng minh ễn toàn phần Nghiên tượng Young giao Việt cứu đường Huy tia sáng qua thấu thoa ánh sáng đơn sắc kính hội tụ, thấu - Chưa giải thích cộng kính phân kì, lăng tượng - kính tia sáng Thí nghiệm biểu trườn truyền qua thấu diễn g kính hội tụ CĐS tượng tật mắt chùm tia hội tụ, P truyền qua thấu Thái kính phân kì Bình chùm tia phân kì - Chưa thể ứng dụng thấu kính vào việc tạo kính thiên văn Bộ thí 01 thí nghiệm nghiệ biểu diễn: chứng m minh - Ứng dụng cơng Chi phí khoảng nghệ thông tin: sử triệu đồng dụng camera kết biểu 16 diễn tượng khúc xạ ánh nối máy tính quay trực sáng, phản xạ trực tiếp quan gương thí g gương cầu lồi, gương cầu lõm, phẳng, nghiệm nhiều học cho sinh quan sát - Chứng minh lăng kính phản xạ tượng tồn phần Nghiên phản xạ toàn phần cứu đường tia sáng qua thấu ánh truyền kính hội tụ, thấu qua sáng mặt phân cách hai kính phân kì, lăng mơi trường kính suốt (từ mơi trường nước sang mơi trường khơng khí) - Chứng minh tượng tán sắc ánh sáng trắng qua kính - Chứng lăng minh tượng Young giao thoa ánh sáng đơn sắc - Chứng minh: ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định khơng bị tán sắc truyền qua lăng kính - Ứng dụng tính chất thấu kính, 17 gương cầu vào việc chế tạo kính thiên văn phản xạ, góp phần đưa thiên văn học đến gần học sinh Đồng thời sử dụng camera kết nối với máy tính giúp cho nhiều người quan sát lúc 4.1 Tính mới, tính sáng tạo - Bộ thí nghiệm biểu diễn áp dụng giảng dạy cho nhiều chương trình vật lí lớp 11 lớp 12 - Kinh phí chế tạo thí nghiệm thấp, thí nghiệm đáp ứng nhu cầu đổi giáo dục, theo hướng phát triển lực học sinh - Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hố tượng q trình vật lý: nhờ thí nghiệm vật lí góp phần làm bật khía cạnh cần nghiên cứu tượng trình vật lí, giúp cho học sinh dễ quan sát, dễ theo dõi dễ tiếp thu - Ngoài cịn ứng dụng cơng nghệ thơng tin: sử dụng camera kết nối máy tính lấy hình ảnh trình chiếu trực tiếp tượng giúp cho nhiều người quan sát tượng lúc 4.2 Khả năng, phạm vi áp dụng Giới hạn giải pháp thiết kế thí nghiệm biểu diễn, sử dụng giảng dạy nhiều chương trình vật lí lớp 11 lớp 12 - Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Hiện tượng phản xạ toàn phần - Hiện tượng tán sắc ánh sáng trăng qua lăng kính - Biểu diễn tượng ánh sáng đơn sắc truyền qua lăng kính tia ló lệch phía đáy lăng kính so với tia tới khơng bị tán sắc - Giải thích đường truyền tia sáng qua thấu kính dựa tính chất đường truyền ánh sáng qua lăng kính - Thí nghiệm tìm góc lệch cực tiểu, tính chiết suất lăng kính - Biểu diễn cho thấy đường truyền tia sáng qua: thấu kính lồi thấu kính hội tụ, thấu kính lõm thấu kính phân kì - Biểu diễn cho thấy đường truyền tia sáng qua mặt song song 18 - Thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng đơn sắc - Ứng dụng gương cầu lõm tượng phản xạ tạo kính thiên văn phản xạ Bộ dụng cụ giới thiệu cho giáo viên học sinh bậc THCS, THPT trường tỉnh, áp dụng giảng dạy học tập trãi nghiệm 4.3 Hiệu kinh tế, kỹ thuật xã hội Với chi phí khoảng triệu đồng, chúng tơi tạo thành cơng thí nghiệm biểu diễn đem lại hiệu cao giảng dạy, giúp cho học mơn lí sinh động Với thí nghiệm biểu diễn sử dụng dạy cho nhiều học, góp phần đáp ứng nhu cầu trang thiết bị - đồ dùng dạy học trường học Ưu điểm - Chi phí làm thí nghiệm biểu diễn thấp, nên có hiệu kinh tế cao so với thiết bị có thị trường (nếu trường trang bị thí nghiệm: 01 quang, 01 thí nghiệm đo bước sóng ánh sang, 01 thí nghiệm tán săc, 01 kính thiên văn tổng kinh phí vào khoảng 8.860.000 đồng) - Bộ thí nghiệm biểu diễn dễ sử dụng, tính động cao, an tồn, phù hợp với không gian 4.4 Mức độ triển khai: Đã áp dụng thử qui mô cấp trường từ: tháng năm 2015, nhân rộng lên cấp tỉnh - Sản phẩm có độ bền cao, nhân rộng mơ hình cho trường bạn thoả sức sáng tạo 19 Nhóm tác giả Số TT Họ tên Ngày tháng năm sinh Bùi Văn Tròn 30/3/1979 Bùi Thị Ngọc Tuyển 21/01/1981 Phạm Lê Uyên 1973 Nguyễn Ngọc Linh 1969 Nơi công tác THPT Lê Anh Xuân THPT Ngô Văn Cấn THCS Hưng Khánh Trung A THPT Trần Văn Ơn 20 Chức danh Trình độ chun mơn Giáo viên Thạc sĩ Giáo viên Thạc sĩ Giáo viên Cử Nhân Giáo viên Cử Nhân 21 ... nghiệm Giá thành sản phẩm tạo Thí - 01 thí nghiệm - Khơng rèn luyện - Bộ thí nghiệm nghiệm Young quang quang hình đo bước kỹ tiến có sóng ánh sáng hành thí học biểu diễn: giá nhà trường 1.150.000đồng... giúp cho học mơn lí sinh động Với thí nghiệm biểu diễn sử dụng dạy cho nhiều học, góp phần đáp ứng nhu cầu trang thiết bị - đồ dùng dạy học trường học Ưu điểm - Chi phí làm thí nghiệm biểu diễn thấp,... chương trình vật lí lớp 11 lớp 12 - Kinh phí chế tạo thí nghiệm thấp, thí nghiệm đáp ứng nhu cầu đổi giáo dục, theo hướng phát triển lực học sinh - Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hố