- Các khái niệm, đại lượng, phương trình lý thuyết
2.1.2.2 Những lư uý khi giảng dạy phần quang hình học
Phương pháp đặc thù khi nghiên cứu phần quang hình học
Để xét sự tạo thành ảnh do các dụng cụ quang học người ta dựa vào giả thuyết là các dụng cụđó cho ảnh điểm và ảnh phẳng (loại bỏ các quang sai) mà sử dụng vài phương pháp cơ bản là nghiên cứu sự truyền ánh sáng của một vài tia đặc biệt xuất phát từ vật. Sau khi thay đổi phương truyền bởi các dụng cụ này nếu các tia cắt nhau thật thì đó là ảnh thật của vật, nếu đường kéo dài của chúng cắt nhau thì tạo thành ảnh ảo. Phương pháp này được sử dụng cho việc nghiên cứu sự tạo ảnh bởi gương phẳng, gương cầu, khúc xạ, lăng kính và thấu kính.
Để nghiên cứu cho việc tạo ảnh bởi hệ ghép (kính thiên văn, kính hiển vi) người ta sử dụng nguyên tắc: ảnh của quang cụ thứ nhất là vật của quang cụ thứ hai và cứ thế cho tới quang cụ cuối cùng.
Các khái niệm cơ bản
- Nguồn sáng: là những vật tự nó phát ra ánh sáng
- Vật sáng: gồm nguồn sáng và những vật hắt lại ánh sáng chiếu vào nó. Ở đây, học sinh thường đồng nhất vật sáng với nguồn sáng
- Tia sáng là một khái niệm trừu tượng, thuần túy hình học để có thể xây dựng những định luật quang hình học dựa trên quan hệ toán học
Tương tự tia sáng, điểm sáng cũng là một mô hình, là một vật sáng mà ta có thể bỏ qua kích thước của chúng (do có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách mà chúng ta nghiên cứu)
Vì vậy giáo viên cần nhấn mạnh rằng chùm sáng mới có thật, còn tia sáng chỉ là phương tiện, là mô hình giúp cho việc khảo sát sự truyền ánh sáng theo quan điểm hình học
- Vật thật, vật ảo, ảnh thật, ảnh ảo: đây là những khái niệm quan trọng của quang hình học, nắm được những khái niệm này mới hiểu được vấn đề cơ bản của quang hình học
Vật thật, vật ảo
Theo SGK 11 cơ bản, vật được định nghĩa như sau:
Vật điểm (điểm sáng) là điểm đồng quy của chùm tia tới hay đường kéo dài của chúng.
Một vật điểm là thật nếu chùm tia tới là chùm phân kỳ, và là vật ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ
Ngoài ra còn có một quy ước: một vật là thật nếu nó đứng trước quang cụ theo đường truyền tia sáng
Ảnh thật, ảnh ảo
Theo SGK vật lý 7, ảnh thật có thể hứng được trên mà còn ảnh ảo thì không.
Theo SGK vật lý 11 cơ bản, ảnh điểm là điểm đồng quy của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng
Một ảnh là thật nếu chùm tia ló là chùm tia hội tụ, là ảnh ảo nếu chùm tia ló là chùm tia phân kỳ
S S’
S1 S2
Hình 1: S là vật thật, qua thấu kính cho ảnh thật S’
Hình 2: S1 là vật thật,qua thấu kính cho ảnh thật S2, đối với gương phẳng thì S2 lại là vật ảo cho ảnh thật S3
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: khi chiếu chùm ánh sáng tới xiên góc với mặt phân cách của hai môi trường thì một phần ánh sáng bị khúc xạ đi vào môi trường 2, một phần ánh sáng bị phản xạ lại. Thực nghiệm cho thấy sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng được quy định bởi các định luật sau:
- Định luật phản xạ ánh sáng: tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và i=i’
- Định luật phúc xạ ánh sáng: tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và sini=n21sinr trong đó n21
là một hằng số không thứ nguyên gọi là chiết suất tỉđối của môi trường 2 đối với môi trường 1.
Hiện tượng phản xạ toàn phần: khi chùm ánh sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt (n1>n2), ban đầu chỉ thấy tia khúc xạ, nếu tăng dần góc tới thì thấy xuất hiện tia phản xạ, nếu góc tới lớn hơn góc giới hạn thì không còn thấy tia khúc xạ, toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường tới. Chữ “toàn bộ” ở đây được hiểu là toàn bộ tia sáng khúc xạđược chuyển thành tia phản xạ, chứ không phải là toàn bộ ánh sáng tới.
Lăng kính: Các công thức lăng kính được trình bày trong SGK ứng với trường hợp tia sáng đơn sắc tới mặt bên lăng kính theo hướng từ dưới đáy lên. Trường hợp tia sáng đơn sắc tới mặt bên lăng kính theo hướng từ trên xuống (phía trên pháp tuyến) thì công thức trên được chuyển thành:
A = r2 – r1
D = i2 – i1 - A
Các dụng cụ quang khác nhau (kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn) đều có cấu tạo dựa trên nguyên tắc xác định ảnh qua một hệ thống thấu kính. Ảnh tạo bởi các dụng cụ quang là ảnh ảo, vị trí của ảnh tùy thuộc vào tác dụng của các dụng cụ quang. Cuối cùng mắt người nhìn ảnh này qua thấu kính mắt ảnh thật hiện trên màng lưới. 2.2. Tìm hiểu tình hình dạy và học phần quang hình học ở trường THPT i1 i2 r1 r2 D
Để chuẩn bị cho việc soạn thảo tiến trình dạy học mà học sinh phải tự lực giải quyết vần đề bằng cách vận dụng trí tuệ, kỹ năng và các kiến thức đã có để chiếm lĩnh tri thức mới, qua đó phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, chúng tôi tiến hành tìm hiểu tình hình dạy và học phần quang hình học ở
trường THPT Marie Curie, quận 3, TPHCM