Dạy học bài tập chương Lượng tử ánh sáng vật lý 12 ban cơ bản theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý

Xây dựng hệ thống bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý và đề xuất các phương án sử dụng bài tập vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương này nói riêng và dạy học vật lý ở trường THPT nói chung.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYN TH HNG Dạy học tập ch-ơng L-ợng tử ánh sáng vật lý 12 (ban bản) theo lý thuyết phát triển tập vật lý LUN VN THC SĨ GIÁO DỤC HỌC VINH - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ HƯƠNG Dạy học tập ch-ơng L-ợng tử ánh sáng vật lý 12 (ban bản) theo lý thuyết phát triển bµi tËp vËt lý CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PPDH VẬT LÝ MÃ SỐ: 60 14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN QUANG LẠC VINH - 2011 i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo Sau đại học, tổ môn Phương pháp giảng dạy Vật lý Trường Đại học Vinh, thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý Trường Đại học Vinh Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân - Huyện Đông Sơn - Tỉnh Thanh Hóa Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo - PGS TS Nguyễn Quang Lạc, người tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo tham gia giảng dạy tận tình truyền đạt kiến thức quý báu giúp đỡ thời gian theo học Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, người thân yêu động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Do thời gian không nhiều, luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong muốn nhận ý kiến đóng góp độc giả Vinh, tháng 12 năm 2011 Tác giả Nguyễn Thị Hương ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Cụm từ BT Bài tập BTCB Bài tập BTVL Bài tập vật lý BTPH Bài tập phức hợp BTST Bài tập sáng tạo DH Dạy học DHVL Dạy học vật lý HS Học sinh GV Giáo viên SGK Sách giáo khoa SGV Sách giáo viên THPT Trung học phổ thông KHTN Khoa học tự nhiên KTCB Kiến thức PA Phương án LTN Lớp thực nghiệm LĐC Lớp đối chứng LLDH Lý luận dạy học iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chương LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1 Bài tập dạy học vật lý 1.1.1 Định nghĩa tập 1.1.2 Tác dụng dụng tập dạy học vật lý 1.1.3 Phân loại tập vật lý 1.2 Lý thuyết phát triển tập vật lý 10 1.2.1 Khái niệm phát triển tập vật lý 10 1.2.2 Tại dạy học BTVL cần vận dụng lý thuyết phát triển BTVL? 11 1.2.3 Các phương án phát triển tập vật lý 12 1.2.4 Phát triển BTVL dạy học BTVL 15 1.2.5 Quy trình xây dựng BTVL một chương theo lý thuyết phát triển BTVL 15 1.3 Các cách hướng dẫn học sinh giải tập vật lý 16 1.3.1 Hướng dẫn giải theo mẫu (hướng dẫn Algôrit) 16 iv 1.3.2 Hướng dẫn tìm tịi (Ơrixtic) 18 1.3.3 Định hướng khái qt chương trình hóa 18 1.4 Sử dụng tập dạy học vật lý theo lý thuyết phát triển tập 19 1.4.1 Giáo viên xây dựng tập từ BTCB theo mục tiêu dạy học 19 1.4.2 Hướng dẫn HS tự lực xây dựng tập 19 1.4.3 Bài học tập vật lý theo lý thuyết phát triển tập 20 Kết luận chương 21 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ LỚP 12 (BAN CƠ BẢN) THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ 23 2.1 Vị trí, đặc điểm chương “Lượng tử ánh sáng” chương trình vật lý lớp 12 ( ban bản) 23 2.2 Mục tiêu dạy học chương “Lượng tử ánh sáng” 25 2.3 Nội dung kiến thức chương “ Lượng tử ánh sáng” 26 2.3.1 Grap hóa nợi dung chương “Lượng tử ánh sáng” theo sách vật lý lớp 12 chương trình chuẩn 26 2.3.2 Những đơn vị kiến thức chương “Lượng tử ánh sáng” 27 2.4 Thực trạng việc dạy học tập vật lý chương “Lượng tử ánh sáng” ở một số trường phổ thông 33 2.5 Xây dựng tập chương “Lượng tử ánh sáng” 36 2.5.1 Bài tập Xác định lượng tử lượng 36 2.5.2 Bài tập Xác định cơng kim loại dùng làm catơt 36 2.5.3 Bài tập Mẫu nguyên tử Bo quang phổ hiđrô 37 2.5.4 Bài tập Quang phổ vạch nguyên tử hiđrô 37 v 2.6 Phát triển BTCB chương “Lượng tử ánh sáng” 38 2.6.1 Phát triển BTCB 38 2.6.2 Phát triển BTCB 42 2.6.3 Phát triển BTCB 49 2.6.4 Phát triển BTCB 53 2.6.5 Phát triển BTCB 59 Kết luận chương 68 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 69 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 69 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 69 3.3 Phương pháp thực nghiệm 69 3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm 70 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 70 3.5.1 Phân tích định lượng 70 3.4.2 Phân tích định tính, đánh giá 73 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện ở những năm đầu Thế kỷ 21, bước vào kỷ nguyên thời đại bùng nổ thơng tin với kinh tế tri thức Hịa nhập với xu chung đổi nước ta, ngành Giáo dục Đào tạo tích cực đổi mặt Trong Nghị hội nghị lần thứ IV BCH Trung ương Đảng khóa VII rõ “ nâng cao chất lượng giáo dục nhằm mục tiêu hình thành phát triển nhân cách XHCN hệ trẻ, đào tạo đội ngũ lao đợng có văn hóa, có kỹ thuật giàu tính sáng tạo, đồng bộ ngành nghề, phù hợp với phân công lao động xã hội ” Trước phát triển giới, ngành Giáo dục Việt nam mang vai một trọng trách nặng nề, cần có những bước phát triển hướng nhảy vọt để tạo nguồn nhân lực trình đợ cao, đáp ứng yêu cầu nước hội nhập quốc tế Cung cấp nguồn nhân lực, đặc biệt nguồn nhân lực trình đợ cao, sứ mạng ngành Giáo dục Đào tạo Trong việc dạy học bợ mơn tự nhiên nói chung dạy học mơn vật lý nói riêng, tập hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rợng hồn thiện kiến thức lý thuyết học mợt cách sinh đợng có hiệu Bài tập có ý nghĩa quan trọng việc kiểm tra đánh giá kiến thức, hình thành tính tự lực, tính kiên trì, việc tìm tịi khám phá mới, khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống một cách linh hoạt Việc dạy học Vật lý ở một số trường trung học phổ thông chưa phát huy hết vai trò tập vật lý việc thực nhiệm vụ dạy học Một phần đa số giáo viên giao tập ở sách giáo khoa học sinh tham khảo xem tập mẫu để học sinh làm khác Do chưa phát huy tính sáng tạo học sinh giải tập vật lý áp dụng không linh hoạt, cho tập khác dạng học sinh lúng túng khơng giải Bên cạnh đa số học sinh cịn thụ đợng việc học tập mình, em học xoay quanh những mà giáo viên cung cấp chứ chủ đợng tìm tịi học tập điều ngồi thơng tin từ người thầy Mặt khác một số học sinh sau thời gian học tập ở trường nhà phải giúp đỡ gia đình nên khơng có thời gian tự tìm tịi học hỏi thêm Từ những lý đó, luận văn Thạc sĩ, chọn đề tài: Dạy học tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban bản) theo lý thuyết phát triển tập vật lý MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng hệ thống tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban bản) theo lý thuyết phát triển tập vật lý đề xuất phương án sử dụng tập vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương nói riêng dạy học vật lý ở trường THPT nói chung ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu đề tài Vai trò tác dụng tập, lý thuyết phát triển tập dạy học vật lý ở trường THPT 3.2 Phạm vi nghiên cứu Vận dụng lí thuyết phát triển tập xây dựng sử dụng tập ở chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý lớp 12 ban Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở học sinh lớp 12 tḥc địa bàn huyện Đơng Sơn, tỉnh Thanh Hóa (trường THPT Nguyễn Mộng Tuân, THPT Đông Sơn I, THPT Đông Sơn II) GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu xây dựng hệ thống tập theo lý thuyết phát triển tập vật lý chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban đáp ứng yêu cầu tính khoa học, tính sư phạm đề xuất việc sử dụng hệ thống tập xây dựng mợt cách hợp lý góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lý ở trường phổ thông NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu LLDH BTVL ở trường phổ thơng - Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển tập Vật lý - Tìm hiểu thực trạng dạy học tập vật lý ở trường THPT Nguyễn Mộng Tuân truờng THPT tḥc huyện Đơng Sơn Thanh Hố - Tìm hiểu mục tiêu, nội dung dạy học chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban - Xây dựng hệ thống tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển tập chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban - Đề xuất phương án dạy học sử dụng hệ thống tập Vật lý xây dựng theo Lý thuyết phát triển tập - Thực nghiệm sư phạm phương án dạy học thiết kế PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu tài liệu lí luận dạy học tài liệu liên quan đến lý thuyết phát triển tập - Nghiên cứu chương trình SGK sách BT, tài liệu tham khảo 6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Điều tra thực trạng dạy học tập vật lý ở truờng THPT trường phổ thông địa bàn huyện Đơng Sơn Thanh Hố - Xây dựng soạn thảo tiến trình dạy học tập chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 (ban bản) theo hướng phát triển tập - Thực nghiệm sư phạm ở một số lớp học ở trường THPT Nguyễn Mợng Tn Đơng Sơn Thanh Hố - Xử lý kết thực nghiệm sư phạm thuật toán thống kê PL19 n g h e c c y ê u c ầ u c ủ a g i o v i ê n ( G h PL20 i b i t ậ p v ề n h v l m b i đ ầ y đ ủ ) PL21 C h ú ý l ắ n g n g h e c c y ê u c ầ u c PL22 ủ a g i o v i ê n ( G h i b i t ậ p v ề n h v PL23 l m b i đ ầ y đ ủ ) PL24 Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân Tổ: Vật lý PHIẾU HỌC TẬP SỐ (Bài tập 3) Áp dụng cơng thức bán kính qũy đạo dừng, xác định bán kính quỹ đạo dừng thứ Biết r = 5,3.10-11m - Tóm tắt toán sơ đồ - Giải toán - Thời gian thực phút Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân Tổ: Vật lý PHIẾU HỌC TẬP SỐ (Phát triển tập 1) Hãy đặt toán từ toán cách phát triển giả thiết (cho n gián tiếp) - Tóm tắt tốn sơ đồ - Giải toán cụ thể - Thời gian hoàn thành phút PL25 Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân Tổ: Vật lý PHIẾU HỌC TẬP SỐ (Bài tập 2) Hãy đặt toán từ toán cách phát triển luận - Tóm tắt tốn sơ đồ - Giải toán - Thời gian thực phút 2.7.3 Giáo án 3(tiết tự chọn) Tổng kết chương “Lượng tử ánh sáng’’ I Mục tiêu: Kiến thức - Giúp học sinh ôn lại kiến thức chương mối liên hệ lôgic giữa chúng - Hiểu đọc sơ đồ grap hóa chương nợi dung chương Kỹ - Vận dụng tổng hợp những kiến thức vật lý học chương để giải thích mợt số tượng vật lý giải tập - Phát triển tập thành những tập tổng hợp giải chúng PL26 II Chuẩn bị Giáo viên - Chuẩn bị hệ thống hóa kiến thức lý thuyết chương sơ đồ - Chuẩn bị hệ thống BTPH phát triển từ BTCB gộp lại Học sinh - Nghiên cứu kiến thức lý thuyết học chương - Giải tập sách giáo khoa sách giáo viên III Tổ chức hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề Chúng ta học xong chương “Lượng tử ánh sáng” Đây mợt chương có nợi dung quan trọng Hôm hệ thống ôn tập nợi dung chương Hoạt động 2: Hệ thống hóa kiến thức học chương.(15 phút) Hoạt động học sinh Trợ giúp giáo viên - Chú ý lắng nghe trả lời câu - Đưa hệ thống câu hỏi có quan hệ hỏi lơgic giữa nội dung lý thuyết, dẫn giáo viên dắt học sinh trả lời vẽ sơ đồ lên bảng - Mợt học sinh trả lời CH1, bạn cịn lại ý nhận xét - CH1: Trình bày thí nghiệm Héc tượng quang điện ngồi nêu tượng quang điện ngồi gì? - Một học sinh trả lời CH2 bạn - CH2: Nêu nội dung thuyết lượng tử ánh sáng viết lại ý nhận xét công thức Anh-xtanh PL27 tượng quang điện ngồi? - CH3: Mơ tả dãy quang - Một học sinh trả lời CH3, bạn phổ vạch ngun tử hiđrơ cịn lại ý nhận xét chế tạo thành dãy quang phổ vạch phát xạ hấp thụ nguyên tử này? - CH4: Hiện tượng quang điện mợt số đặc điểm - Một học sinh trả lời CH4, bạn tượng này? lại ý nhận xét - CH5: laze mợt số ứng dụng - Mợt học sinh trả lời CH5, bạn laze? lại ý nhận xét - Yêu cầu học sinh vẽ sơ đồ kiến thức - Vẽ sơ đồ grap kiến thức chương chương vào vở Hoạt động 3: Phân tích tập tổng hợp dựa KTCB học (25 phút) Hoạt động học sinh Trợ giúp giáo viên - Học sinh ý ghi vào vở - Giáo viên ghi đề toán tổng hợp lên bảng: tập Trong quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hiđrô, mức lượng trạng thái kích thích thứ -1,51eV Tần số photôn bức xạ nguyên tử hiđrô mức K f PL28 = 4,565.1014Hz Mức lượng - Học sinh làm việc cá nhân suy nghĩ trạng thái bao nhiêu? nhớ lại kiến thức học để trả lời - CH1: vẽ sơ đồ tóm tắt giải? CH1 - Vài học sinh trình bày (CH1), bạn cịn lại ý lắng nghe nhận xét - Học sinh làm việc nhóm: - Gọi mợt vài học sinh lên trình bày + Học sinh chia nhóm theo phân - CH2: Hãy phát triển giả thiết kết công giáo viên luận tập để có đợ khó ? + Thảo luận theo từng nhóm để trả (Học sinh chia nhóm thảo luận trả lời CH2 lời câu hỏi trên) - Nhận xét câu trả lời học sinh, vẽ - Ghi nhận nhớ lại kiến thức sơ đồ ghi công thức học liên quan đến tốn lên góc bảng Hoạt động 4: Hướng dẫn nhà.(5 phút) Hoạt động học sinh Trợ giúp giáo viên - Trả lời yêu cầu giáo viên (Ghi - Yêu cầu 1: Nêu những dạng BTCB nhiệm vụ nhà) chương lượng tử ánh sáng? - HS phát triển BTCB thành - Yêu cầu 2: Phát triển BTCB BTTH giải chúng theo yêu cầu thành BTTH giải chúng GV - Ôn tập lý thuyết chương - Ghi nhận thực giải tập sách tập PL29 PHỤ LỤC III ĐỀ KIỂM TRA BÀI KIỂM TRA 15 PHÚT (SỐ 1) I Mục tiêu kiểm tra Kiến thức - Giúp học sinh nắm vững thêm ba định luật quang điện, nội dung thuyết lượng tử ánh sáng, ánh sáng có tính chất sóng hạt - Viết hiểu cơng thức Anh-xtanh tượng quang điện bên Kỹ - Vận dụng thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích ba định luật quang điện - Giải tập tượng quang điện bên - Phát triển tư cho học sinh II Cấu trúc đề Đề kiểm tra chia làm mức độ - Mức độ nhận biết - Mức độ thông hiểu vận dụng III Nội dung đề Bài tập (4 điểm) Catôt một tế bào quang điện có giới hạn quang điện 0 = 0,4102m Tính cơng kim loại làm catơt? Biết h = 6,625.10 -34J.s; c=3.108 m/s; Bài tập (6 điểm) Hãy phát triển giả thiết kết luận tập để có đợ khó (vẽ sơ đồ tóm tắt giải)? V Đáp án thang điểm Bài tập (4 điểm) Cơng kim loại làm catôt PL30 hc 6.625.1034.3.108 A   4,845.1019 (J)  3,03 eV 6 λ 0,4102.10 Bài tập (6 điểm) - Học sinh đề xuất tập yêu cầu (2 điểm) - Vẽ sơ đồ tóm tắt (2 điểm) - Học sinh giải toán (2 điểm) BÀI KIỂM TRA 45 PHÚT (SỐ 2) I Mục tiêu kiểm tra Kiến thức - Giúp học sinh ôn lại kiến thức chương mối liên hệ logic giữa chúng - Hiểu đọc sơ đồ grap hóa chương nội dung chương Kỹ - Vận dụng tổng hợp những kiến thức vật lý học chương để giải thích mợt số tượng vật lý giải tập - Phát triển tập thành những tập tổng hợp giải chúng - Phát triển tư cho học sinh II Cấu trúc đề Đề kiểm tra chia làm mức độ - Mức độ nhận biết - Mức độ thông hiểu vận dụng III Nội dung đề Bài tập Catốt mợt tế bào quang điện có cơng A= 2,26eV Chiếu lên catốt mợt chùm bức xạ có bước sóng  = 0,434m Xác PL31 định tốc đợ cực đại electron quang điện? Biết h = 6,625.10 -34J.s; c=3.108 m/s; m= 9,1.10 -31kg a Tóm tắt toán sơ đồ giải b Hãy phát triển giả thiết hoặc kết luận toán để có đợ khó (Vẽ sơ đồ tóm tắt giải)? Bài tập Cơng kim loại dùng làm catôt 3,03eV Biết h = 6,625.10-34J.s; c=3.108 m/s; Tính giới hạn quang điện  a Tóm tắt toán sơ đồ giải b Hãy phát triển giả thiết hoặc kết luận toán để có đợ khó (Vẽ sơ đồ tóm tắt giải) Bài tập Bán kính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hiđrô 8,48.10-10m Electron ở quỹ đạo dừng thứ bao nhiêu? a Tóm tắt tốn sơ đồ giải b Hãy phát triển giả thiết hoặc kết luận tốn để có đợ khó (Vẽ sơ đồ tóm tắt giải) IV Đáp án thang điểm Bài tập - Vẽ sơ đồ (0,25 điểm) - Vận tốc cực đại electron quang điện là: Từ công thức Anhxtanh: Suy ra: v omax = = hc  A  mv0m ax  2 hc (  A) m  6, 625.1034.3.108 (  2, 26.1, 6.1019 ) 9,1.1031 0, 434 = 4,6.105m/s - Học sinh đặt toán theo yêu cầu (0,5 điểm) PL32 - Học sinh tóm tắt sơ đồ giải (1 điểm) Bài tập A= Giả thiết Cho A hc 0 Kết luận 0 Giải Giới hạn quang điện: 0 = hc 6, 625.1034.3.108 = 0,4102m  A 3, 03.1, 6.1019 - Vẽ sơ đồ (0,5 điểm) - Học sinh đặc toán theo yêu cầu (0,5 điểm) - Học sinh tóm tắt sơ đồ giải (1 điểm) Bài tập - Vẽ sơ đồ (0,5 điểm) Kết luận n Giả thiết Cho rn rn = n2.r0 Giải Electron ở quỹ đạo dừng: n= rn = ro 8, 48.1010 =4 5,3.1011 - Học sinh đặc toán theo yêu cầu (0,5 điểm) - Học sinh tóm tắt sơ đồ giải (1 điểm) PL33 PHỤ LỤC IV HÌNH ẢNH CHỨNG MINH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ... CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ LỚP 12 ( BAN CƠ BẢN ) THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ 2.1 Vị trí, đặc điểm chương ? ?Lượng tử ánh sáng? ?? chương trình vật lý lớp 12 (ban bản) Chương ? ?Lượng. .. chương ? ?Lượng tử ánh sáng? ?? Vật lý 12 ban - Xây dựng hệ thống tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển tập chương ? ?Lượng tử ánh sáng? ?? Vật lý 12 ban - Đề xuất phương án dạy học sử dụng hệ thống tập. .. tập vật lý theo lý thuyết phát triển tập 20 Kết luận chương 21 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ LỚP 12 (BAN CƠ BẢN) THEO LÝ THUYẾT