8. Cấu trúc của luận văn
2.1.3.Mục tiêu về tình cảm và thái độ
- Học sinh có hứng thú, say mê trong học tập và yêu thích bộ môn Vật lí nói chung, các kiến thức về phần quang hình học nói riêng.
- Học sinh có tinh thần đoàn kết, hợp tác, ý thức làm việc tập thể. Bên cạnh đó phát huy tinh thần độc lập, sáng tạo trong quá trình thiết kế phƣơng án, chế tạo và tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ đã chế tạo đƣợc.
- Học sinh có thái độ khách quan, trung thực, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.
- Học sinh có ý thức liên hệ, vận dụng các kiến thức đã học vào cuộc sống.
2.1.4. Mục tiêu về phát triển tư duy
- Học sinh biết nêu vấn đề dƣới dạng câu hỏi, đƣa ra đƣợc các dự đoán và đề xuất đƣợc các giả thuyết.
- Học sinh biết thiết kế, chế tạo đƣợc các dụng cụ thí nghiệm đơn giản và tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ đó.
- Học sinh biết xây dựng các bài toán hộp đen, vận dụng kiến thức để giải các bài toán hộp đen đã đề xuất.
- Học sinh biết quan sát hiện tƣợng và vận dụng kiến thức để giải thích hiện tƣợng trong các bài toán định tính.
- Phân tích, suy luận logic từ các kiến thức đã biết để đƣa ra dự đoán.
2.2. Quy trình tổ chức hoạt động ngoại khóa về chủ đề hộp đen phần quang hình học Vật lí 11- THPT quang hình học Vật lí 11- THPT
Trên cơ sở những mục tiêu kiến thức, kĩ năng phần quang hình học và tình hình thực tế của việc dạy học, thiết bị dạy học ở trƣờng THPT chúng tôi hƣớng dẫn các nhóm học sinh chế tạo các hộp đen, xây dựng bài toán hộp đen và trao đổi hộp đen đã chế tạo với các nhóm khác để giải bài toán hộp đen.
2.2.1. Mục tiêu của hoạt động ngoại khóa a. Mục tiêu về kiến thức a. Mục tiêu về kiến thức
- Củng cố đào sâu các kiến thức đã thu đƣợc về:
* Chức năng của các linh kiện quang: Lăng kính, thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
* Cách vẽ tia ló của một tia sáng tới qua các linh kiện quang: Lăng kính, thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
* Cách vẽ ảnh của vật đặt trƣớc thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. * Cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. - Khắc phục những sai lầm của học sinh về: Sự truyền tia của chùm tia sáng và sự tạo ảnh của các vật qua các linh kiện quang.
- Biết cách xác định các linh kiện quang bằng nhiều cách khác nhau. Bồi dƣỡng tƣờng minh cho học sinh phƣơng pháp hộp đen: Sau khi chế tạo các hộp đen, giáo viên đổi hộp đen và hƣớng dẫn toàn lớp các bƣớc của phƣơng pháp hộp đen thông qua một ví dụ nào đó. Sau đó học sinh vận dụng các bƣớc của phƣơng pháp hộp đen đã khái quát vào việc giải các bài tập hộp đen đƣợc giao.
- Rèn luyện kĩ năng sƣu tầm, tìm tòi vật liệu, thiết kế, chế tạo một số thí nghiệm đơn giản và tiến hành thí nghiệm với chúng.
- Rèn luyện kĩ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện phép đo cơ bản, thu thập thông tin cần thiết.
- Rèn luyện kĩ năng xử lí thông tin và rút ra kết luận.
- Rèn luyện kĩ năng tiên đoán, giải thích các hiện tƣợng vật lí và các ứng dụng kĩ thuật.
- Rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, nhất là trong việc phân công, phối hợp làm việc theo nhiệm vụ đã phân công.
- Rèn luyện khả năng giao tiếp khi trình bày ý kiến, thảo luận, tổng hợp báo cáo kết quả.
- Phát triển tƣ duy logic, tƣ duy sáng tạo và năng lực hoạt động thực nghiệm của học sinh trong quá trình giải bài tập hộp đen.
c. Mục tiêu về phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo
- Phát huy tính tích cực , tạo hứng thú cho học sinh qua các hoạt động - Phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh thông qua các hoạt động: Học sinh đề xuất các phƣơng án thiết kế dụng cụ thí nghiệm, tìm các giải pháp kĩ thuật đề xuất phƣơng án thí nghiệm, lựa chọn các vật liệu để làm dụng cụ thí nghiệm, đề xuất các phƣơng án xây dựng và giải các bài tập hộp đen.
- Rèn luyện kĩ năng làm việc theo nhóm.
- Giáo dục tinh thần đoàn kết, hợp tác, tính tập thể trong học tập và trong đời sống thông qua các hoạt động nhƣ: Cho các em tự tổ chức, bàn bạc, phân công nhau chuẩn bị vật liệu, thảo luận phƣơng án thiết kế cùng nhau xây dựng các bài toán hộp đen.
2.2.2. Nội dung của hoạt động ngoại khóa các bài toán hộp đen quang hình cho học sinh lớp 11 THPT cho học sinh lớp 11 THPT
Chúng tôi tổ chức hoạt động ngoại khóa về chủ đề hộp đen phần quang hình học Vật lí 11- THPT với các nội dung sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giáo viên giao và hƣớng dẫn các nhóm học sinh thiết kế, và chế tạo hộp đen và giải các bài tập hộp đen về phần quang hình học.
- Tổ chức cho học sinh báo cáo thí nghiệm và rút ra kết luận..
2.2.2.1. Nội dung và các bước giải theo phương pháp hộp đen các bài tập hộp đen về chủ đề quang hình học trong tổ chức hoạt động ngoại khóa.
a) Nội dung các bài tập hộp đen
Chúng tôi đã soạn thảo 2 bài tập hộp đen về quang hình học sẽ giao cho học sinh giải, trong đó có 1 bài tập xác định tên linh kiện quang chứa trong hộp đen và 1 bài tập đòi hỏi học sinh tìm đƣợc các thông số của linh kiện quang trong hộp đen. Nội dung cụ thể của từng bài nhƣ sau:
Dạng 1: Xác định tên linh kiện quang trong hộp đen.
BÀI TẬP 1: Cho 4 hộp kín không trong suốt, mỗi hộp có 2 khe hẹp
A, B cho phép chiếu tia sáng đi vào và đi ra. Mỗi hộp chứa bên trong một trong bốn linh kiện quang: gƣơng, lăng kính, thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. Sử dụng 2 đèn laze, 1 vật sáng (ngọn nến), màn hứng tia và màn hứng ảnh. Hãy xác định tên linh kiện quang trong mỗi hộp.
Dạng 2: Xác định cấu trúc của hộp đen: (Xác định tên linh kiện quang chƣa biết trong hộp đen và thông số quang của linh kiện trong hộp).
BÀI TẬP 2: Cho 2 hộp kín không trong suốt, mỗi hộp có 2 khe hẹp
A, B cho phép chiếu tia sáng đi vào và đi ra. Mỗi hộp chứa bên trong một trong bốn linh kiện quang: Gƣơng, lăng kính, thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. Sử dụng 2 đèn laze, 1 vật sáng (ngọn nến), màn hứng tia và màn hứng ảnh. Tìm thông số quang của mỗi linh kiện quang trên.
Dạng 1: Xác định tên linh kiện quang trong hộp đen.
Hộp đen ở dạng này đơn giản chỉ chứa một loại linh kiện quang: Hoặc gƣơng, hoặc lăng kính, hoặc thấu kính hội tụ, hoặc thấu kính phân kì. Bài tập này có thể giải theo 2 phƣơng án: Hoặc dựa vào sự truyền tia sáng, hoặc dựa vào sự tạo ảnh. Học sinh có thể sử dụng sự truyền tia sáng dự đoán tên linh kiện quang sau đó kiểm tra dự đoán đó dựa vào sự tạo ảnh và ngƣợc lại.
Bài tập hộp đen xác định tên linh kiện quang dựa vào sự truyền tia sáng hoặc sự tạo ảnh đƣa ra đầu tiên vì kiến thức áp dụng để giải bài tập này là những kiến thức cơ bản nhất, tƣơng đối dễ, các thao tác thí nghiệm đơn giản nên việc đƣa ra bài tập này nhằm:
- Củng cố kiến thức về chức năng của các linh kiên quang : Gƣơng, lăng kính, thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
- Củng cố cho học sinh kiến thức về sự truyền tia của một chùm tia sáng đơn sắc khi qua linh kiện quang.
- Củng cố cho học sinh kiến thức về sự tạo ảnh của một vật sáng khi đặt trƣớc linh kiện quang.
- Củng cố cho học sinh kiến thức về điều kiện cho ảnh rõ nét qua thấu kính.
- Rèn luyện kĩ năng: + Quan sát.
+ Vẽ đƣợc đƣờng đi của tia sáng qua linh kiện quang. + Vẽ ảnh của vật thật khi đặt trƣớc linh kiện quang.
+ Rèn luyện kĩ năng xác định ảnh thật, ảnh ảo khi thay đổi khoảng cách của vật sáng trên trục chính của thấu kính mỏng. + Rèn luyện kĩ năng phân tích, dự đoán hiện tƣợng.
+ Rèn luyện kĩ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo cơ bản, thu thập thông tin cần thiết
+ Rèn luyện kĩ năng xử lí thông tin. - Phát huy khả năng suy luận và dự đoán.
- Phát huy tính tích cực, phát triển năng lực tƣ duy sáng tạo trong việc chế tạo dụng cụ và thiết kế phƣơng án thí nghiệm của học sinh.
- Bƣớc đầu hình thành ở học sinh phƣơng pháp hộp đen làm cơ sở để giải bài tập tiếp theo.
Ở bài tập này do bƣớc đầu hình thành kiến thức về phƣơng pháp hộp đen, học sinh còn nhiều bỡ ngỡ nên trong bài tập này sự hƣớng dẫn của giáo viên tƣơng đối tỉ mỉ đến từng bƣớc. Ở bài tập này giáo viên sẽ cùng học sinh thảo luận tìm cách giải, cho cả lớp cùng tiến hành giải. Quan sát quá trình làm việc của giáo viên và một số học sinh để mỗi cá nhân có thể tự làm bài tập này, làm quen với phƣơng pháp hộp đen.
Dạng 2: Xác định cấu trúc của hộp đen: (Xác định tên linh kiện quang chƣa biết trong hộp đen và thông số quang của linh kiện quang trong hộp).
Bài tập này đƣa ra nhằm:
- Củng cố cho học sinh kiến thức về thấu kính. - Rèn luyện kĩ năng:
+ Rèn luyện kĩ năng phân tích, dự đoán hiện tƣợng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức giải thích hiện tƣợng. + Vẽ ảnh của vật sáng qua thấu kính mỏng, qua hệ thấu kính đặt
đồng trục.
+ Rèn luyện kĩ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo cơ bản, thu thập thông tin cần thiết.
- Phát huy khả năng lập luận, dự đoán.
- Tiếp tục bồi dƣỡng cho học sinh phƣơng pháp hộp đen.
- Học sinh vận dụng linh hoạt các bƣớc trong phƣơng pháp hộp đen để giải bài tập. Đây là dạng bài tập khó, tuy nhiên việc giải bài tập trƣớc theo 2 phƣơng án giải đã hình thành cho học sinh kĩ năng giải bài tập hộp đen, kĩ năng dự đoán dựa vào kiến thức đã biết, thao tác làm thí nghiệm thành thục cho đến bài tập này học sinh có thể tự lực vận dụng kiến thức đã học để giải bài tập mà không cần sự hƣớng dẫn của giáo viên.
b) Tiến trình giải bài toán hộp đen theo các bước của phương pháp hộp đen
Giải bài tập theo phƣơng pháp hộp đen:
Phƣơng án 1: Dựa vào sự truyền tia sáng- sự tạo ảnh. Bƣớc 1: Xác định hộp đen đang xét thuộc hệ quang.
Bƣớc 2: Xác định đầu vào, đầu ra, cách thức tác động đầu vào và cách thức để thu thập thông tin ở đầu ra khỏi hộp đen
Chiếu 1 chùm tia sáng song song tới khe A từ đầu vào, quan sát chùm tia ló đi ra ở khe B ở đầu ra.
Bƣớc 3: Tiến hành thí nghiệm:
Lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ hình 1:
- Tiến hành thí nghiệm lần lƣợt với từng hộp đen. Quan sát thấy: Hộp 1: không cho chùm tia ló ra khỏi khe B (có chùm tia phản xạ
quay trở lại môi trƣờng cũ). Hộp 2: cho chùm tia ló hội tụ.
Hộp 3: cho chùm tia ló phân kì.
Hộp 4: cho chùm tia ló lệch về một phía trên màn hứng tia. - Dự đoán về tên linh kiện trong hộp:
Hộp 1: chứa gƣơng.
Hộp 2: chứa thấu kính hội tụ. Hộp 3: chứa thấu kính phân kì. Hộp 4: chứa lăng kính.
- Hệ quả rút ra: Thay chùm tia sáng song song bằng 1 vật sáng (ngọn nến) và quan sát sự tạo ảnh để có kết luận chính xác.
Nếu ảnh hiện trên màn E, ngƣợc chiều với vật Trong hộp chứa thấu kính hội tụ.
Nếu trên màn thu đƣợc vệt sáng màu Trong hộp chứa lăng kính. Nếu trên màn không thu đƣợc ảnh, đặt mắt sau khe B ta thấy ảnh ảo cùng chiều với vậtTrong hộp chứa thấu kính phân kì.
Nếu trên màn không thu đƣợc ảnh Trong hộp chứa gƣơng.
Bƣớc 4: Tiến hành thí nghiệm kiểm tra hệ quả rút ra:
Mắc mạch theo sơ đồ hình 2:
- Tiến hành thí nghiệm lần lƣợt với các hộp 1,2,3,4.
Hộp 1 không cho ảnh hiện trên màn, hộp 2 cho ảnh hiện rõ trên màn ảnh E và ngƣợc chiều với vật, hộp 3 không cho ảnh hiện trên màn, đặt mắt sau khe B ta thấy ảnh ảo cùng chiều với vật, hộp 4 cho dải màu nhƣ cầu vồng trên màn ảnh.
- Dự đoán về tên linh kiện trong hộp: Hộp 1 chứa gƣơng
Hộp 2 chứa thấu kính hội tụ Hộp 3 chứa thấu kính phân kì Hộp 4 chứa lăng kính
Kết quả thí nghiệm hoàn toàn phù hợp với dự đoán. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bƣớc 5: Thực hiện thêm các phép đo để xác định cụ thể các thông số hoặc chức năng của hộp đen.
Qua quá trình tiến hành giải bài tập theo phƣơng pháp hộp đen ta có thể hình dung các bƣớc giải theo bảng sau:
Tác động đầu vào Thâu tóm đầu ra
Dự đoán và hệ quả Tên linh kiện quang
Sơ đồ
1 Chiếu một chùm tia sáng song song tới khe A từ đầu vào Không cho chùm tia ló Gƣơng phẳng Cho chùm tia ló hội tụ Thấu kính hội tụ Cho chùm tia ló phân kì Thấu kính phân kì Cho chùm tia ló bị lệch về một phía không đổi
Lăng kính
ảnh E sát hộp đen, đặt vật sáng (ngọn nến) ở vị trí bất kì. Từ từ dịch chuyển màn ảnh E ra xa hộp đen. trên màn E và ngƣợc chiều với vật tụ Cho một dải có màu nhƣ cầu vồng trên màn ảnh E Lăng kính Không cho ảnh hiện trên màn Gƣơng Không cho ảnh hiện trên màn. Đặt mắt sau khe hẹp B sẽ thấy ảnh ảo cùng chiều với vật Thấu kính phân kì
Phƣơng án 2: Dựa vào sự tạo ảnh- sự truyền tia sáng.
Giải bài tập theo phƣơng pháp hộp đen:
Bƣớc 1: Xác định hộp đen đang xét thuộc hệ quang.
Bƣớc 2: Xác định đầu vào, đầu ra, cách thức tác động đầu vào và cách thức để thu thập thông tin ở đầu ra.
Đặt màn hứng ảnh E sát hộp đen, đặt vật sáng (ngọn nến) ở vị trí bất kì. Từ từ dịch chuyển màn E ra xa hộp đen. Quan sát và nhận xét ảnh trên màn hứng ảnh E.
Bƣớc 3: Tiến hành thí nghiệm:
Tiến hành thí nghiệm lần lƣợt với từng hộp đen thấy: Hộp 1 không cho ảnh hiện trên màn, hộp 2 cho ảnh hiện rõ trên màn ảnh E và ngƣợc chiều với vật, hộp 3 không cho ảnh hiện trên màn ảnh E nhƣng đặt mắt sau khe B ta thấy ảnh ảo cùng chiều với vật, hộp 4 cho một dải màu nhƣ cầu vồng trên màn E.
Dự đoán về tên linh kin trong hộp đen: Hộp 1: Chứa gƣơng.
Hộp 2: Chứa thấu kính hội tụ. Hộp 3: Chứa thấu kính phân kì. Hộp 4: Chứa lăng kính.
Hệ quả rút ra: Thay vật sáng (ngọn nến) bằng một chùm tia sáng song song và quan sát để có kết luận chính xác.
Nếu không cho chùm tia ló hiện trên màn hứng tia mà có chùm tia phản xạ quay trở lại môi trƣờng cũ Trong hộp chứa gƣơng.
Nếu chùm tia ló hội tụ Trong hộp chứa thấu kính hội tụ.