Thí nghiệm biểu diễn phần quang hình học lớp 11

Bộ thí nghiệm quan biểu diễnVới bộ quang hình biểu diễn, có thể tiến hành thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ, hiện tượng phản xạ toàn phần, đường truyền tia sáng qua thấu kính thấu kính hộ

BẢN MÔ TẢ GIẢI PHÁP

Mã số: … … … …

1 Tên giải pháp: THÍ NGHIỆM BIỂU DIỄN – PHẦN QUANG HÌNH HỌC LỚP 11

2 Lĩnh vực áp dụng giải pháp: Giáo dục và đào tạo

3 Giải pháp kỹ thuật:

3.1 Giải pháp kỹ thuật đã biết

Vật lí học là môn khoa học thực nghiệm, đưa thí nghiệm vào bài dạy giúp học sinh tiếpcận với con đường nghiên cứu, tìm tòi và khắc sâu kiến thức Bởi thông qua thí nghiệm, học sinh

sẽ được rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, giáo dục tổng hợp, hình thành tư duy sáng tạo và tinh thần làmviệc tập thể…Trong chương trình vật lí lớp 11 cũng như vật lí lớp 12 các thí nghiệm về hiệntượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, sự truyền ánh sáng qua thấu kính…Hiện nay, ở cáctrường trung học phổ thông tỉnh Bến Tre, đa số còn thiếu trang thiết bị thí nghiệm – thực hànhphục vụ cho công tác giảng dạy Nếu dạy học theo phương pháp truyền thống, phân tích bài họctheo sách giáo khoa, không tạo được hứng thú cho các em khi học, phần nào đã làm hạn chế quátrình tiếp thu kiến thức của học sinh

Mặc khác, do nguồn kinh phí đầu tư trang thiết bị đồ dùng dạy học ở các trường còn hạnhẹp không thể trang bị đầy đủ và kịp thời Chính vì những lý do trên, với mong muốn tạo ra bộthí nghiệm biểu diễn hiệu quả, chi phí thấp nhằm góp phần vào việc đổi mới phương pháp giáodục, nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học môn Vật lí ở trường phổ thông, chúng tôi đã tiếnhành nghiên cứu chế tạo thành công 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 1 Bộ thí nghiệm quan biểu diễnVới bộ quang hình biểu diễn, có thể tiến hành thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ, hiện tượng phản

xạ toàn phần, đường truyền tia sáng qua thấu kính (thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì) - qua

Điểm hạn chế: Học sinh ở cuối lớp học các em không quan sát rõ sự thay đổi góc tới và góc

khúc xạ Với một bộ thí nghiệm không thể cho các em hoạt động nhóm Trong thí nghiệm qualăng kính chưa chứng minh được hiện tượng tán sắc của ánh sáng trắng Chưa giải thích đượcđường truyền tia sáng khi qua thấu kính Trong hướng dẫn thí nghiệm chưa đưa ra cách tính góclệch cực tiểu của lăng kính

b Bộ thí nghiệm xác định bước sóng ánh sáng, giá: 1.520.000 đồng

Hình 2 Bộ thó nghiệm đo bước sóng ánh sáng

Đo được bước sóng của ảnh sáng đơn sắc thông qua thí nghiệm Young giao thoa

Điểm hạn chế: Chi phí một bộ thí nghiệm cao, nếu trường hợp cho các em hoạt động nhóm thì

phải cần tới 4 bộ thí nghiệm với kinh phí 6.080.000 (mỗi nhóm có ít nhất 8 học sinh) Ảnh của hệvân cho trên màn rất nhỏ, rất khó quan sát

c Bộ thí nghiệm quang phổ, giá: 990.000 đồng Khi chiếu nguồn sáng trắng qua lăng kính sẽ

cho hệ tán sắc gồm dãy màu trãi dài từ đỏ đến tím

Điểm hạn chế: Tiến hành thí nghiệm trong điều kiện môi trường có ánh sáng yếu, hoặc trong

phòng ít ánh sáng

Hình 3 Bộ thí nghiệm quang phổ

d Kính thiên văn phản xạ 150F1400EQ-3, giá sản phẩm: 5.200.000 đồng.

Hình 4 Kính thiên văn 150F1400EQ-3.

Đối với kính thiên văn này, đế rất chắc chắn được làm bằng kim loại nhôm Quan sát ảnh rõ nét

Điểm hạn chế: Mỗi lần xem chỉ có một người, nếu muốn cho nhiều người xem phải trang bị

thêm camera, làm cho chi phí thiết bị tăng

Trường hợp nếu nhà trường trang bị 4 loại bộ thí nghiệm trên (mỗi loại 01 bộ):

Về kinh phí đã lên tới gần 9.000.000 đồng

Về khả năng trực quang còn hạn chế

Về nội dung còn nhiều tính chất vật lí chưa được làm rõ

3.2 giải pháp sáng kiến: thiết kế và tạo bộ thí nghiệm

3.2.1 Thí nghiệm định tính và định lượng hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần ánh sáng:

Hình 5 Bố trí thí nghiệm hiện tượng phản xạ toàn phần

Bước 1: Kết nối camera với máy tính bằng chương trình ViewPlayCap.

Bước 2: Điều chỉnh giá đỡ camera trượt trên thanh cố định sau cho ảnh thu được rõ nét trên mànghình máy chiếu

Hình 6 Điều chỉnh camera cho ảnh rỏ nét trên màng chiếu

Bước 3: Đặt tâm của khối trụ trùng với tâm của đĩa tròn chia độ, từ đó chúng ta có thể xác địnhchính xác góc tới trong thí nghiệm

Bước 4: Mở đèn tia laze và điều chỉnh tia sao cho tia tới xuất phát ở 00 và tia ló cũng trùng với vịtrí 00 thứ hai trên đĩa tròn

Hình 7 Cách đặt khối bán trụ

Bước 5: Thay đổi góc tới và xác định góc khúc xạ

Hình 8 Ảnh nhận được từ máy tính.

Tính mới – sáng tạo: sử dụng camera kết nối máy tính trình chiếu, giúp cho nhiều học sinh quan

sát cùng lúc Chỉ cần 01 bộ thí nghiệm có thể tiến hành thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ, hiệntượng phản xạ toàn phần, đường truyền tia sáng qua thấu kính (thấu kính hội tụ và thấu kính phânkì) - qua lăng kính (tam giác đều và tam giác vuông) – bản mặt song song Giải thích đượcđường truyền tia sáng khi qua thấu kính Tính góc lệch cực tiểu của lăng kính

3.2.2 Thí nghiệm biểu diễn hiện tượng phản xạ toàn phần giữa hai môi trường trong suốt khác nhau, ánh sáng truyền từ nước ra không khí

Hình 9 Học sinh biểu diễn hiện tượng phản xạ toàn phần

Hình 1 Đường truyền tia sáng trong môi trường nước.

- Bước 1 Cho nước vào hộp kính, mực nước từ ½ hộp kính trở lên, nhằm giúp học sinh dễ quansát hiện tượng

- Bước 2 Sử dụng nguồn laze 303 màu xanh chiếu vào trong hộp kính, với góc tới lớn hơn hoặcbằng góc tới giới hạn của hai môi trường (xét mặt phân cách giữa hai môi trường nước và khôngkhí, ánh sáng truyền từ nước ra không khí) sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

3.2.3 Thí nghiệm biển diễn đường truyền tia sáng qua lăng kính

Hình 11 Bố trí thí nghiệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng trắng

- Khi chiếu ánh sáng bằng đèn chiếu sáng 5W vào lăng kính, điều chỉnh lăng kính sau cho ảnh rõnét trên màn Quan sát trên màn ta thấy được bảy màu của cầu vòng Đây chính là hiện tượng tánsắc của ánh trắng khi qua lăng kính.

- Chùm sáng 7 màu sau khi qua lăng kính chiếu vào thấu kính hội tụ, tiến hành dịch chuyển mànlại gần thấu kính đến một vị trí nào đó ảnh chùm sáng trên màn cũng là chùm sáng trắng

- Thay thế đèn chiếu sáng 5W bằng đèn laser 303 chứng minh một tính chất vật lí: ánh sáng đơnsắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính

Hình 12 Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính không bị tán sắc

Hình 13 Đo góc chiết quang (A) và bố trí thí nghiệm xác định góc lệch cực tiểu

Theo lý thuyết về góc lệch cực tiểu: i1 = i2 và đường truyền tia sáng trong lăng kính song song vớimặt đáy

- Khi chiếu tia sáng tới với góc tới i1 = 500 như thí nghiệm trên, sẽ thu được tia ló có góc tới i2 =

500 Sử dụng lăng trụ đều, nên góc A = 600 Áp dụng công thức góc lệch cực tiểu tính góc lệch vàchiết suất của lăng kính

3.2.4 Thí nghiệm biểu diễn đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.

- Đặt từng thấu kính phân kì và hội tụ lên bộ thí nghiệm hiện tượng phản xạ toàn phần, tiến hành

là thí nghiệm đường truyền của tia sáng

- Điều chỉnh 3 nguồn laser đỏ để tạo thành chùm tia song song Chiếu 3 tia này đi là là trên màn,vào thấu kính, sao cho tia ở giữa trùng với trục chính của thấu kính Quan sát 3 tia sau khi quathấu kính

- Ba tia song song sau khi qua thấu kính, nếu đồng quy tại một điểm thì thấu kính đó là thấu kínhhội tụ Nếu ba tia qua thấu kính tỏa rộng ra thì thấu kính đó là thấu kính phân kì

Hình 14 Tia tới và tia ló qua thấu kính hội tụ

Hình 15 Tia tới và tia ló qua thấu kính phân kì.

- Thay thấu kính bằng bản mặt song song, quan sát hiện tượng đường truyền tia sáng qua bản mặtsong song Sử dụng nguồn laser 303 màu xanh để chiếu vào bản mặt song song

Hình 16 Đường truyền ánh sáng qua bản mặt song song

3.2.5 Giải thích hiện tượng chùm sáng hội tụ và chùm sáng phân kì khi qua thấu kính hội

tụ và thấu kính phân kì dựa trên cơ sở đường truyền tia sáng qua lăng kính

- Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính 1 thí tia sáng sẽ lệch về phí đáy của lăng kính 1

- Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính 2 thí tia sáng sẽ lệch về phí đáy của lăng kính 2

Trường hợp ghép hai đỉnh của lăng kính lại với nhau thì tia sáng truyền qua hai lăng kính

sẽ là chùm tia phân kì, giải thích hiện tượng tia tới là chùm song song thì tia ló qua thấu kính phân kì sẽ là chùm tia phân kì

Hình 17 Hai lăng kính ghép nhau có dạng như là thấu kính phân kì

Hình 18 Đường truyền tia sáng qua thấu kính phân kì

Tương tự đối với thấu kính hội tụ:

Hình 19 Đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ

- Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính 1 thí tia sáng sẽ lệch về phí đáy của lăng kính 1

- Khi chiếu ánh sáng qua lăng kính 2 thí tia sáng sẽ lệch về phí đáy của lăng kính 2

Trường hợp ghép hai đáy của lăng kính sát nhau thì tia sáng truyền qua lăng kính sẽ là chùm tia hội tụ Giải thích được tại sao chùm tia tới song song truyền qua thấu kính hội tụ thì tia

ló là chùm tia hội tụ

3.2.6 Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng:

Hình 20 Bố trí thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng đơn sắc

Sử dụng đèn laser 303 đặt trên giá đỡ, có thể quay đèn một góc 3600 Phía trước đèn cógắn khe hẹp để ánh sáng chiếu qua Khoảng cách giữa khe hẹp và màn đặt một thấu kính phân kì(f= - 70mm) có tác dụng cho ảnh lớn hơn vật Dịch chuyển thấu kính phân kì tìm vị trí sau choảnh rõ nét trên màn Tiến hành quan sát hiện tượng; trên màn ở giữa có một vạch rất sáng chính

là vân sáng trung tâm của hiện tượng giao thoa ánh sáng, kế đó là khoảng không có ánh sángchính là vân tối Cứ thế tiếp tục vân sáng xen kẽ vân tối tạo thành hệ vân giao thoa của sóng ánhsáng khi qua hai khe hẹp

Hình 21 Kết quả 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 chính của gương chéo trùng với trụcchính của gương cầu, thông qua ba ốc ở mặt sau của gương cầu.

Hình 23 Ba ốc điều chỉnh đồng trục của kính thiên vănNhìn vào trong bộ chỉnh nét thấy gương chéo nằm đúng tại tâm của còng tròn là được

Hình 24 Gương chéo qua bộ chỉnh nét

- Bước 2: Tìm mục tiêu quan sát Có hai cách: một là tìm mục tiêu thông qua kính tìm mục tiêu.Hai là tìm mục tiêu thông qua bộ chỉnh nét Sau khi xác định được mục tiêu, tiến hành khóa cốđịnh hướng ngắm mục tiêu

Hình 25 Khóa cố định hướng ngắm.

- Bước 3: Đặt thị kính PL25mm vào bộ chỉnh nét, tiến hành vặn ốc vi cấp tìm vị trí cho ảnh rõ nétrồi quan sát

Hình 26 Vị trí kết nối camera và thị kính

- Trường hợp muốn cho nhiều người cùng quan sát, chúng ta có thể gắn camera vào thi kính, sau

đó kết nối với máy tính qua cổng USB Sử dụng chương trình Viewplaycap Nhấp đúp chuột

vào biểu tượng Viewplaycap sẽ nở ra cửa sổ

- Vào Devices chọn USB 2.0 Webcamera Hoàn tất việc kết nôi, tiến hành quan sát mục tiêu.

Những lưu ý khi sử dụng kính thiên văn

Trong quá trình quan sát, không được nhìn trực tiếp vào mặt trời, hay các nguồn sángmạnh dễ làm tổn thương mắt

Muốn quan sát mặt trời mình cần sử dụng kính lọc mặt trời với điều kiện đảm bảo chấtlượng

Hình 27 Cửa sổ của chương trình Viewphaycap

Ảnh thu được từ kính thiên văn

- Những mục tiêu tốt nhất cho kính thiên văn, trích từ kỷ yếu “10 năm thiên văn học Việt Nam“

- Ảnh mặt trăng quan sát được bằng kính thiên văn tự chế D150F1400 So sánh hai vị trí đánh dấu trên hình cho thấy kính thiên văn tự chế cho ảnh không kém so với kính thiên văn hiện đại

Hình 28 Tên các miệng núi lửa trên mặt trăng

4 Đánh giá giải pháp

Số lượng thínghiệm

bị trường học TP

Hồ Chí Minh

- 01 bộ thí nghiện

về hiện tượng tánsắc ánh sáng quakhe hẹp

- Không rèn luyệnđược kỹ năng tiếnhành thí của họcsinh: thông quahoạt động theonhóm

- Thí nghiệm biểudiễn hiện tượngtán sắc ánh sáng,thí nghiệm Young

về giao thoa ánhsáng: hạn chế sốlượng học sinhquan sát

- Bộ thí nghiệm quang quang hình biểu diễn: giá 1.150.000đồng

- Bộ thí nghiệm xácđịnh bước sóng ánhsáng giá: 1.520.000đồng

- Bộ thí nghiệm quang phổ giá: 990.000 đồng

- Kính thiên văn phản xạ

150F1400EQ-3, giásản phẩm:

5.200.000 đồng.

Thí nghiệm biểudiễn được các hiệntượng tật của mắt.

- Chưa chứngminh được hiệntượng phản xạtoàn phần khi ánhsáng truyền quamặt phân cáchgiữa hai môitrường trong suốt

- Chưa chứngminh được hiệntượng Young giaothoa ánh sáng đơnsắc

- Chưa giải thíchđược hiện tượngtại sao tia sángtruyền qua thấukính hội tụ làchùm tia hội tụ,truyền qua thấukính phân kì làchùm tia phân kì

- Chưa thể hiệnđược ứng dụngcủa thấu kính vàoviệc tạo ra kínhthiên văn

- Ứng dụng côngnghệ thông tin: sửdụng camera kếtnối máy tính quaytrực tiếp các hiện

Chi phí khoảng 3triệu đồng

cứu đường đi của

tia sáng qua thấu

kính hội tụ, thấu

kính phân kì, lăng

kính

thí nghiệm chonhiều học sinhcùng quan sát

- Chứng minhđược hiện tượngphản xạ toàn phầnkhi ánh sángtruyền qua mặtphân cách giữa haimôi trường trongsuốt (từ môitrường nước sangmôi trường khôngkhí)

- Chứng minhđược hiện tượngtán sắc ánh sángtrắng qua lăngkính

- Chứng minhđược hiện tượngYoung giao thoaánh sáng đơn sắc

- Chứng minh: ánhsáng đơn sắc làánh sáng có mộtmàu nhất định vàkhông bị tán sắckhi truyền qualăng kính

- Ứng dụng tínhchất của thấu kính,

gương cầu vàoviệc chế tạo rakính thiên vănphản xạ, góp phầnđưa thiên văn họcđến gần học sinhhơn Đồng thời sửdụng camera kếtnối với máy tínhgiúp cho nhiềungười có thể quansát cùng lúc.

- Ngoài ra còn ứng dụng công nghệ thông tin: sử dụng camera kết nối máy tính lấy hìnhảnh trình chiếu trực tiếp các hiện tượng giúp cho nhiều người quan sát hiện tượng trong cùng mộtlúc

4.2 Khả năng, phạm vi áp dụng

Giới hạn của giải pháp thiết kế bộ thí nghiệm biểu diễn, được sử dụng giảng dạy ở nhiều bài của chương trình vật lí lớp 11 và lớp 12

- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

- Hiện tượng phản xạ toàn phần.

- Hiện tượng tán sắc ánh sáng trăng khi qua lăng kính

- Biểu diễn hiện tượng ánh sáng đơn sắc truyền qua lăng kính thì tia ló bao giờ cũng lệch về phía

đáy lăng kính so với tia tới và không bị tán sắc

- Giải thích đường truyền tia sáng qua thấu kính dựa trên tính chất đường truyền ánh sáng qualăng kính.

- Thí nghiệm tìm góc lệch cực tiểu, tính chiết suất của lăng kính

- Biểu diễn cho thấy đường truyền tia sáng qua: thấu kính lồi là thấu kính hội tụ, thấu kính lõm là

thấu kính phân kì

- Biểu diễn cho thấy đường truyền của tia sáng qua bản mặt song song

- Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng đơn sắc

- Ứng dụng gương cầu lõm và hiện tượng phản xạ tạo ra kính thiên văn phản xạ

Bộ dụng cụ này có thể giới thiệu cho giáo viên và học sinh ở bậc THCS, THPT của cáctrường của tỉnh, áp dụng trong giảng dạy và học tập trãi nghiệm

4.3 Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và xã hội

Với chi phí khoảng 3 triệu đồng, chúng tôi có thể tạo được thành công bộ thí nghiệm biểudiễn đem lại hiệu quả cao trong giảng dạy, giúp cho giờ học môn lí sinh động hơn Với bộ thínghiệm biểu diễn được sử dụng dạy cho rất nhiều bài học, góp phần đáp ứng nhu cầu trang thiết

bị - đồ dùng dạy học trong các trường học hiện nay

Nhóm tác giả

Số

TT Họ và tên

Ngàythángnăm sinh

Nơi công tác Chứcdanh Trình độchuyên

Giáo viên Cử Nhân

Trần Văn Ơn Giáo viên Cử Nhân