2.2.10.1. Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức
- Trả lời đƣợc câu hỏi Laze là gì ?
- Nêu đƣợc đặc điểm của chùm Laze.
- Trình bày đƣợc đặc điểm của hiện tƣợng phát xạ cảm ứng và cơ chế của nó.
- Dựa vào hiện tƣợng phát xạ cảm ứng suy ra đặc điểm của chùm tia Laze.
- Nêu cấu tạo của chùm tia Laze.
- Nêu đƣợc một số ứng dụng của tia Laze. b. Mục tiêu kĩ năng
- Dựa vào cơ chế phát xạ cảm ứng, có thể mô tả quá trình nhân photon để hiểu rõ các đặc điểm của tia laze.
- Vận dụng các kiến thức đã học để giải thích các hiện tƣợng liên quan.
- Hiểu rõ hơn về thành tựu khoa học mà con ngƣời đã tạo ra. 2.2.10.2. Chuẩn bị của GV và HS:
a. GV :
- Bút laze, Laze khí hoặc laze bán dẫn dùng trong trƣờng học.
- Phóng to hình 33.2 và 33.3 SGK hoặc tải hình từ internet về cơ chế phát xạ.
- Yêu cầu HS tìm hiểu trƣớc về tia laze. Đặc biệt là các ứng dụng trong đời sống. b. HS:
- Tìm hiểu trƣớc về Laze.
2.2.10.3. Thiết kế phƣơng án xây dựng kiến thức a. Lựa chọn phƣơng pháp
- Kiến thức bài học là khá thú vị vì trong thực tế, chúng ta sử dụng rất nhiều ứng dụng của Laze nhƣng ít khi hiểu rõ về chúng. Nên đây là động lực để HS tìm hiểu. Vì nội dung bài học chỉ có một kiến thức cũ là sự phát xạ của photon của nguyên tử khi ở trạng thái kích thích, còn lại là kiến thức mới nên GV chủ yếu dùng phƣơng pháp thuyết trình hoặc đàm thoại. Đồng thời xây dựng bộ câu hỏi TNKQ chỉ nhằm tái hiện, cũng cố, vận dụng các kiến thức bài học để khắc sâu kiến thức.
b. Phƣơng án
- Đầu tiên, GV giúp HS xác định vấn đề cần nghiên cứu về tia Laze bằng cách nêu một vài ứng dụng thực tế của Tia Laze và đặt ra các vấn đề cần giải quyết sau:
+ 1. Tia Laze là gì.
+ 2. Đặc điểm của tia Laze.
+ 3. Hoạt động của tia Laze.
+ 4. Tia Laze.
+ 5. Ứng dụng của tia Laze.
- Khi đặt vấn đề GV có thể giới thiệu về bút laze và một số dụng cụ khác.
- Vấn đề 1: Tia laze là gì? GV thông báo: Năm 1958 các nhà Khoa Học Nga và Mỹ độc lập nghiên cứu nhƣng lại đồng thời chế tạo thành công một loại nguồn sáng mới, phát ra chùm sáng có đặc điểm khác hẳn với chùm sáng thông thƣờng và gọi là chùm tia Laze. Đến đây, GV yêu cầu HS đọc sách SGK và cho biết ngữ nghĩa tên Lazer xuất phát từ đâu?
- Vấn đề 2: Đặc điểm của tia Lazer: Yêu cầu HS đọc trong SGK.
- Vấn đề 3(Tìm hiểu vấn đề 3 sẽ giải thích đƣợc vấn đề 2):
+ GV thông báo: nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất của tia Laze là sự phát xạ cảm ứng. Năm 1917, khi nghiên cứu lí thuyết phát xạ, Einstein đã chứng minh rằng: ngoài hiện tƣợng phát xạ tự phát, còn có hiện tƣợng phát xạ mà ông gọi là phát xạ cảm ứng.
+ Để tìm hiểu hiện tƣợng phát xạ cảm ứng là gì? GV yêu cầy HS đọc phần in nghiêng trong SGK và đặt câu hỏi để HS trả lời.
+ Sau đó GV giải thích hiện tƣợng và mô tả quá trình nhân photon.
+ Định hƣớng HS dựa vào kết quả hiện tƣợng phát xạ cảm ứng để giải thích các đặc điểm của tia Laze.
+ Cuối cùng thông báo rằng các cách giải thích trên chỉ là cách giải thích sơ lƣợc dựa vào hiện tƣợng phát xạ cảm ứng. Việc sử dụng hiện tƣợng phát xạ cảm ứng là nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất. Ngoài ra còn những nguyên tắc quan trọng khác nhƣ:
Tạo ra môi trƣờng hoạt tính.
Phải cho ánh sáng truyền qua lại môi trƣờng hoạt tính nhiều lần mà những sóng này không triệt tiêu lẫn nhau.
- Vấn đề 4: Cấu tạo của tia Laze: Laze đơn giản và phổ biến là Laze Rubi.
- GV dùng hình vẽ mô tả và giải thích cấu tạo của Laze Rubi, sau đó yêu cần HS trả lời câu hỏi để khắc sâu kiến thức và tiếp nhận.
- Vấn đề 5: Ứng dụng của tia Laze.
- Kiến thức này khá hấp dẫn vì nó thiết thực đối với đời sống nên GV yêu cầu HS đọc SGK và tự nghiên cứu theo nhóm rồi đề nghị một nhóm bất kì trình bày kết quả nghiên cứu của nhóm. GV là ngƣời chốt thông tin.
- Cuối cùng tổng kết bài học.
2.2.10.4. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể:
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Hoạt động 1 : Tìm hiểu tia Laze là gì. Đặc điểm của tia Laze–Hiện tƣợng phát xạ cảm ứng
Thông báo:
+ Năm 1958, các nhà hhoa học nghiên cứu độc lập với nhau, đã chế tạo thành công một loại nguồn sáng mới, có đặc điểm khác hẳn với chùm sáng thông thƣờng, gọi là tia Laze.
+ Tia Laze có đặc điểm: có tính đơn sắc, tính định hƣớng, tính kết hợp rất cao, cƣờng độ lớn.
Vậy Laze có nghĩa là gì?
Vì sao nó có những đặc điểm nhƣ vậy?
Thông báo: để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động chính của Laze, ta nghiên cứu về sự phát xạ cảm ứng (hay phát xạ kích thích) do Einstein đề xƣớng năm 1917, có nội dung nhƣ trình bày ở SGK và yêu cầu HS đọc phần in nghiêng và trả lời câu hỏi sau nhằm khắc sâu kiến thức cho HS.
Câu 34.1: Hãy trả lời các câu hỏi sau;
1. Thế nào là phát xạ cảm ứng? ……… 2. Nếu nguyên tử ở trạng thái cơ bản thì có xảy ra phát xạ cảm ứng không? ………
Chuẩn bị ôn tập trƣớc và trả lời câu hỏi 1. Nguyên tử ở trạng thái kích thích có thể phát xạ ra photon có năng lƣợng ε=hf. Bắt gặp một photon có năng lƣợng ε’ đúng bằng ε đang bay qua nó thì nguyên tử này sẽ phát ra photon ε 2. Không.
3.Cùng năng lƣợng, cùng phƣơng, cùng pha dao động.
3. Nêu những điểm giống nhau của photon tác nhân và photon phát xạ cảm ứng? ……… 4. Số lượng photon cảm ứng sinh ra theo quy luật nào? ………
5. Vì sao tia Laze có tính đơn sắc cao? ……… 6. Vì sao tia Laze trong chùm có tính định hướng?...
7. Vì sao Laze có tính kết hợp? ……… 8. Vì sao Laze có cường độ lớn? ……… Câu 34.2: Tìm câu sai:
A. Tia Laze không bị tán sắc khi qua lăng kính.
B. Khi dùng tia Laze làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng, ta thu được trường giao thoa gồm nhiều vân sáng có màu khác nhau.
C. Tia Laze là ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng bước sóng của ánh sáng khả kiến.
D. Tia Laze gồm các bức xạ cùng bước sóng và kết hợp cùng pha.
GV cần nhấn mạnh những điểm sau về kiến thức của hiện tƣợng phát xạ:
+ Hiện tƣợng phát xạ cảm ứng chỉ xảy ra đối với vật chất có nguyên tử ở trạng thái kích thích.
+ Photon ε phát xạ có cùng năng lƣợng và bay cùng hƣớng với ε’.
+ Sóng điện từ ứng với photon cùng pha và dao động trong mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ε’.
+ Số photon phát xạ tăng theo cấp số nhân.
Có thể thông báo cho HS: Hiện tƣợng phát xạ cảm ứng là nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất của tia Laze, tuy nhiên, bên cạnh đó còn những nguyên tắc quan trọng khác.
4. Cấp số nhân.
5. Photon phát xạ có cùng năng lƣợng nên có cùng bƣớc sóng. 6. Số Photon trong chùm tia Laze bay cùng phƣơng.
7. Vì tất cả sóng điện từ trong chùm sáng do các nguyên tử phát ra cùng pha, cùng bƣớc sóng. 8. Vì tất cả các photon bay cùng hƣớng nên cƣờng độ chùm Laze lớn.
Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của Laze Rubi.
Có nhiều loại vật liệu khác nhau có thể tạo ra Laze. ở đây ta xét cấu tạo và hoạt động của Laze rắn, đó là Laze Rubi.
Rubi (Hồng ngọc) là Al2O3 có pha Cr2O3. Ánh sáng đỏ của hồng ngọc do ion Crôm chuyển từ trạng thái cơ bản. Đó cũng là màu của Laze.
GV dùng hình vẽ 34.4 SGK để mô tả cấu rạo và chức năng của từng bộ phận; cơ chế phát xạ của Laze Rubi.
Sau đó, yêu cầu HS trả lời các câu hỏi sau để khắc sâu kiến thức:
Câu 34.3: Chùm sáng do Laze Rubi phát ra là:
A. Trắng. B. Xanh.
C. Đỏ. D. Vàng.
Câu 34.3: Nhận định nào sau đây là sai khi nói về cấu tạo, chức năng của các bộ phận trong hoạt động của Laze Rubi:
A. Laze Rubi gồm một thanh Rubi hình trụ; hai đầu được mài nhẵn, một đầu mạ bạc, một đầu bán mạ và quay mặt phản xạ vào nhau.
B. Chùm tia Laze là kết quả của các photon phát xạ cảm ứng được phản xạ nhiều lần ở hai đầu thanh Rubi.
C. Chùm tia Laze được lấy ra từ gương bán mạ.
D. Chùm tia Laze là do ánh sáng từ đèn kích thích phát xạ.
Hƣớng dẫn thảo luận và trả lời lần lƣợt từng câu hỏi. Xác nhận đáp án đúng.
Cá nhân lắng nghe và ghi nhớ.
C
Hoạt động 3: Tìm hiểu một vài ứng dụng của tia Laze
Đề nghị HS tự đọc phần ứng dụng của Laze ở SGK, sau đó nêu tên các ứng dụng và giải thích một vài ứng dụng.
Đề nghị một nhóm bất kì trình bày kết quả nghiên cứu của nhóm. Các nhóm khác bổ sung.
Xác nhận ý kiến đúng.
Thảo luận nhóm để:
+ Nêu tên các ứng dụng.
+ Giải thích một vài ứng dụng.
Hoạt động 4: Củng cố, ôn tập và vận dụng
GV lựa chọn thời gian thích hợp chốt lại kiến thức cần nắm trong bài và trả lời câu hỏi TNKQ
HS trả lời câu hỏi
Câu 34.5: Nhận định nào sau đây là đúng:
A. Máy phát Laze là máy khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ cảm ứng.
B. Chùm tia Laze là kết quả của sự học lực các bước xạ thật đơn sắc từ nguồn sóng có công suất lớn.
C. Chùm tia Laze có màu đỏ.
D. Chùm tia Laze có cường độ lớn vì máy phát Laze có công suất lớn.
Câu 34.6: Tia Laze không có đặc điểm nào dưới đây:
A. Độ đơn sắc cao. B. Độ định hướng cao.
C. Cường độ lớn. D. Công suất lớn.
Câu 34.7: Nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất của tia Laze là:
A. Tạo ra mội trường hoạt tính. B. Ánh sáng phải được phản xạ nhiều lần.
C. Hiện tượng phát xạ cảm ứng. D. Phải có nguồn kích thích công suất lớn.
Câu 34.8: Hiện tượng phát xạ cảm ứng xảy ra khi:
A. Nguyên tử phải ở trạng thái kích thích và có khả năng phát xạ photon có năng lượng đúng bằng năng lượng của photon bay qua nó.
B. Phải có photon bay ngang qua các nguyên tử đang ở trạng thái cơ bản.
C. Mật độ của các photon bay ngang qua các nguyên tử kích thích phải lớn hơn mật độ các nguyên tử đó.
D. Năng lượng của các photon bay ngang qua phải lớn hơn năng lượng của photon được phát xạ.
Câu 34.9: Cơ chế sinh ra photon phát xạ cảm ứng tuân theo:
A. Một photon bên ngoài bay ngang chỉ sinh được một photon phát xạ nữa.
B. Cứ 1 photon bên ngoài bay ngang sẽ sinh một photon phát xạ nữa.
C. Quy luật không xác định được, tùy thuộc vào năng lượng của photon kích thích.
D. Cấp số cộng.
Câu 34.10: Gương bán mạ trong máy phát Laze là:
A. Gương được mạ bạc nhưng mạ không đều.
B. Gương bán trong suốt, vừa phản xạ ánh sáng, vừa cho ánh sáng truyền qua.
C. Gương được mạ bạc nhưng lớp mạ bạc cách đều những lớp không trong suốt.
D. Gương bán trong suốt, lúc cho ánh sáng đi qua, lúc phản xạ lại.
Câu 34.11: Sự kết hợp của gương phản xạ và gương bán phản xạ trong máy phát Laze nhằm mục đích:
A. Vừa tăng số lượng photon gây phản xạ cảm ứng, vừa thu được chùm photon đó.
B. Vừa tăng vận tốc photon lên nhiều lần, vừa thu được photon sau gương bán mạ.
C. Vừa tăng cường độ sáng, vừa hấp thụ để lọc các photon có bước sóng khác biệt.
D. Để tăng tính đơn sắc cho chùm Laze.
Câu 34.12: Trong khai mạc SeaGame 22 tại Việt Nam, thế vận hội Olympic Bắc Kinh, những hình ảnh lung linh huyền ảo đầy màu sắc là ứng dụng của:
A. Ánh sáng đèn neon màu. B. Tia Laze.
C. Tia hồng ngoại, tử ngoại. D. Ánh sáng khả kiến được lọc màu.
Câu 34.13: Dựa vào đặc điểm nào của Laze mà ta sử dụng tia Laze như một con dao mổ trong các phẩu thuật tinh vi như mắt, mạch máu…
A. Tính đơn sắc và tính kết hợp cao. B. Tính kết hợp rất cao và là chùm song song.
C. Có tác dụng nhiệt. D. Tính định hướng cao và cường độ rất lớn.
Câu 34.14: Laze có màu khác nhau là do:
A. Vật liệu phát xạ.
B. Năng lượng của Photon kích thích.
C. Tỉ lệ photon truyền qua và photon phản xạ trên gương bán mạ.
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM