Sử dụng bài tập trong dạy học vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập

8. CẤU TRÚC LUẬN VĂN

1.4. Sử dụng bài tập trong dạy học vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập

1.4.1. Giáo viên xây dựng bài tập mới từ BTCB theo mục tiêu dạy học.

Như vậy, từ một BTCB ban đầu, tùy theo cách phát triển theo phương án nào mà có được bài tập mới (BTTH) có độ khó, độ phức tạp khác nhau. Căn cứ mục tiêu dạy học của bài tập để xây dựng BT mới theo cấu trúc quy trình sau:

- Xác định mục tiêu dạy học của BT. - Xác định độ khó của BT.

- Lựa chọn phương án phát triển BTCB. - Xây dựng bài tập mới.

- Sử dụng bài tập mới theo mục tiêu đã định.

1.4.2. Hướng dẫn HS tự lực xây dựng bài tập mới

Căn cứ vào quy trình xây dựng BTVL theo lý thuyết phát triển BTVL.Trong quá trình giải BT, GV hướng dẫn HS tự lực xây dựng bài tập mới theo yêu cầu sau:

- Xác định nội dung KTCB của BT.

- Xác định các kiến thức cần biết để giải BT.

- Khái quát hoá phương pháp giải BT và phân tích BT. Các dữ kiện a,b,c...liên hệ với x bằng những phương trình KTCB làf(a,b,c,x) = f.

Mô hình hóa các mối liên hệ giữa cái đã cho, cái phải tìm và cái chưa biết.

- Lựa chọn phương án phát triển BTCB.

- Xây dựng bài tập mới theo phương án phát triển BTCB đã lựa chọn như sau:

+ Hoán vị giả thiết, kết luận để BT có độ khó tương đương. + Phát triển giả thiết hoặc phát triển kết luận.

+ Phát triển đồng thời giả thiết, kết luận.

+ Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị chúng.

1.4.3. Bài học bài tập vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập

Mục tiêu:

- HS nắm vững kiến thức cơ bản cần củng cố. - Kỹ năng giải BT từ đơn giản đến phức tạp. - Làm quen với việc phát triển BT của GV.

- Bước đầu xây dựng BT mới theo một số PA phát triển BTCB.

Cấu trúc bài học về BTVL có thể:

- BT 1: BTCB

- BT 2: + HS đặt đề BT mới từ BTCB theo PA 1. + HS giải BT mới.

- BT 3: + HS đặt đề BT mới từ BTCB theo PA 2. + HS giải BT mới.

- BT 4: + GV đặt đề BT mới từ BTCB theo PA 4.

Kết luận chương 1

Kết quả chính của chương 1 có thể tóm tắt như sau:

- Bài tập là một phương tiện dạy học truyền thống phát huy có hiệu quả chức năng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp. Chính vì vậy, dạy học bài tập vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng. Trong chương này chúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giới thiệu lý thuyết phát triển BT được dùng trong dạy học BTVL đang được nghiên cứu, triển khai gần đây nhằm khai thác hiệu quả hơn các chức năng lí luận dạy học của BTVL, đặc biệt là nâng cao tính chủ động học tập của HS trong hoạt động giải BTVL, biến học thành tự học.

- Bài tập trong DHVL rất đa dạng, phong phú, phát huy chức năng ở tất cả các nhiệm vụ của DHVL và được sử dụng trong tất cả các yếu tố của quá trình dạy học. Vì vậy, trong thực tiễn dạy học đôi khi dạy học BT bị tuyệt đối hóa đến cực đoan; tài liệu về bài tập rất nhiều HS và phụ huynh hoang mang trước một số lượng lớn sách bài tập, làm sao giải cho hết dạng để thi cử đạt yêu cầu; giải BTVL trở thành gánh nặng đối với HS. Đối với GV dạy BTVL đảm bảo phát huy chức năng lí luận DH của BT là rất khó, GV phải tự xác định mục tiêu, lựa chọn BT, phương pháp dạy học BT; lý thuyết phát triển BTVL ra đời nhằm giải quyết khó khăn nêu trên.

- Phát triển BT vật lý vừa thực hiện tốt chức năng giáo dưỡng (ôn tập, củng cố, hệ thống hoá kiến thức) vừa góp phần tăng cường hoạt động tự chủ chiếm lĩnh kiến thức kỹ năng của HS, vừa phát triển năng lực diễn đạt ngôn ngữ của HS. Ở đây mọi HS đều tham gia giải BT để chiếm lĩnh kiến thức, kỹ năng, không còn thụ động tìm các đề bài để giải mà vai trò của họ còn lớn hơn đó là đặt các đề bài và hiển nhiên việc giải quyết chúng nằm trong tầm tay của các em.

- Vậy thông qua việc phát triển BT vật lý không những kiến thức của HS được rèn luyện và nâng cao mà tính tích cực chủ động đề xuất các vấn đề giải quyết cũng được nâng lên biến học thành tự học, hạn chế việc HS đến các lớp học thêm, lò luyện thi, góp phần hạn chế tiêu cực trong giáo dục.

Trong chương 2 của luận văn, chúng tôi sẽ vận dụng lí thuyết PTBT để xây dựng và sử dụng hệ thống BT khi dạy học chương ”Lượng tử ánh sáng” ở vật lý lớp 12 ban cơ bản.

Chương 2

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

2.1. Vị trí, đặc điểm chương “Lượng tử ánh sáng” trong chương trình vật lý lớp 12 (ban cơ bản). lý lớp 12 (ban cơ bản).

Chương “Lượng tử ánh sáng” là chương VI của chương trình chuẩn vật lý lớp 12, sau khi học sinh đã thấy được tính chất sóng của ánh sáng qua kiến thức được học ở chương V. Trong chương “Lượng tử ánh sáng” học sinh được nghiên cứu các hiện tượng không thể giải thích được bằng tính chất sóng của ánh sáng những hiện tượng này chỉ có thể giải thích được bằng một thuyết mới: “Thuyết lượng tử”.

Chương “Lượng tử ánh sáng” trang bị các khái niệm nền tảng làm cơ sở nghiên cứu sự hiểu biết về ánh sáng nói riêng và thế giới vi mô nói chung thêm sâu sắc. Sự sắp xếp này có tính kế thừa, phù hợp với lôgíc nội dung của chương trình. Do đó, chương “Lượng tử ánh sáng” có vị trí quan trọng trong chương trình vật lý lớp 12 nói riêng và vật lý phổ thông nói chung.

Phân bố thời lượng dạy học chương này có 7 tiết, trong đó có 5 tiết xây dựng kiến thức mới, 2 tiết bài tập.

Trong bài mở đầu của chương thông qua thí nghiệm của Hecxơ học sinh đã biết được hiện tượng quang điện và khái niệm " Electron quang điện". Từ thí nghiệm với tế bào quang điện SGK đã đưa ra các mối liên hệ của bước sóng ánh sáng với hiện tượng quang điện; của cường độ dòng quang điện với hiệu điện thế giữa anốt và catốt; của cường độ dòng quang điện bão hoà với cường độ chùm sáng kích thích; sự phụ thuộc hiệu điện thế hãm vào bước sáng của ánh sáng kích thích mà không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích.

Như vậy, đến đây SGK đã bước đầu làm cho học sinh ý thức được về Lượng tử ánh sáng. Học sinh đã bắt đầu đặt vấn đề việc tạo sao ánh sáng có thể gây ra các hiện tượng quang điện; tạo sao cường độ dòng quang điện bão hoà lại phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích; hiệu điện thế hãm lại phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. Từ đó làm cơ sở dẫn dắt học sinh đến phần tiếp theo trong đó có vấn đề hoàn toàn mới mẻ và có tính quyết định quan trọng cho việc giải thích các hiện tượng mà không thể giải thích được bằng tính chất sóng ánh sáng, đó là thuyết lượng tử.

Sau khi học sinh biết hiện tượng quang điện và từ thí nghiệm với tế bào quang điện cùng những kết luận được rút ra từ thí nghiệm SGK đã giới thiệu cho học sinh ba định luật quang điện có tác dụng khẳng định và hoàn thiện hơn những kết luận trên. Với các định luật quang điện mà SGK đưa ra thì chúng hoàn toàn mâu thuẫn với tính chất sóng của ánh sáng - sự mâu thuẫn này được SGK chỉ rõ.

Cuối cùng, để giải quyết được mâu thuẫn đó học sinh được làm quen với thuyết lượng tử qua nội dung thuyết lượng tử học sinh biết được "những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng liên tục, mà thành từng phần riêng biệt đứt quãng. Mỗi phần đó mang một năng lượng hoàn toàn xác định, có độ lớn là: ε = hƒ. Mỗi phần đó gọi là một lượng tử ánh sáng. Đến đây điều đã được làm sáng tỏ là: dù một chùm ánh sáng yếu cũng chứa một số rất lớn lượng tử ánh sáng khi ánh sáng truyền đi các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.

Để giải thích các định luật quang điện SGK nêu sự vận dụng thuyết lượng tử của Einstein. Ông coi chùm ánh sáng như một chùm hạt, mỗi hạt gọi là một Phôtôn, mối Phôtôn ứng với một lượng tử ánh sáng. Với sự vận dụng thuyết lượng tử học sinh nắm được phương pháp giải thích ba định luật quang điện, đồng thời qua đó học sinh còn thấy được ánh sáng có tính chất hạt (tính chất lượng tử). Như vậy ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Nói cách khác ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.

Sau khi đã nắm vững hiện tượng quang điện, các định luật quang điện và thuyết lượng tử. SGK giới thiệu hiện tượng quang điện trong - hiện tượng quang dẫn và cấu tạo cùng ứng dụng của quang trở, pin quang điện.

Một vài hiện tượng quang học liên quan đến tính chất điện tử ánh sáng như: Sự phát quang, các phản ứng quang hoá được SGK trình bày ở dạng đọc thêm cho học sinh.

Cuối cùng SGK đã đưa ra vận dụng tinh thần của thuyết lượng tử vào việc giải thích các hiện tượng của hệ thống nguyên tử với 2 tiên đề về trạng thái dừng và bức xạ, hấp thụ năng lượng của nguyên tử mà nhà bác học Bohr nêu ra. Sự vận động này giải quyết được khó khăn mà mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford gặp phải là tính bền vững và sự tạo thành quang phổ vạch của các nguyên tử. Mẫu nguyên tử của Bohr đã giải thích đầy đủ sự tạo thành quang phổ vạch của Hiđrô. Việc giải thích thành công các quy luật quang phổ của nguyên tử Hiđrô cho thấy hệ thống nguyên tử (hệ thống vi mô) tuân theo quy luật khác với quy luật của Vật lý cổ điển - các quy luật lượng tử.

2.2. Mục tiêu dạy học chương “Lượng tử ánh sáng”

- Học sinh phải nắm vững: hiện tượng quang điện ngoài, các định luật quang điện, thuyết lượng tử ánh sáng, lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng, hiện tượng quang điện trong, quang điện trở, pin quang điện, sự hấp thụ ánh sáng, sự phát quang, sự phản xạ lọc lựa, màu sắc các vật, quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, sơ lược về laze.

- Học sinh phải hiểu, có kỹ năng vận dụng các kiến thức trên để giải thích các hiện tượng vật lý, các bài tập định tính, bài tập định lượng trong chương “Lượng tử ánh sáng”.

- Vận dụng được thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích ba định luật quang điện. Giải được các bài tập về hiện tượng quang điện. Giải thích được tại sao các vật có màu sắc khác nhau. Giải được các bài tập về tính bước sóng các vạch quang phổ của nguyên tử hiđrô.

- Tập dượt để có kĩ năng suy luận chặt chẽ khi giải các bài tập.

- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống.

- Bồi dưỡng lòng yêu khoa học kĩ thuật, thái độ hợp tác trong lao động. - HS có hứng thú học tập vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, có thái độ khách quan trung thực.

- Bồi dưỡng tư duy linh hoạt sáng tạo thông qua giải BT bằng một số phương pháp khác nhau, giải được BT có nội dung thực tế (dưới dạng bài tập có vấn đề).

- Giáo dục tinh thần đoàn kết, thái độ hợp tác trong hoạt động nhóm. 2.3. Nội dung kiến thức cơ bản chương “ Lượng tử ánh sáng”

2.3.1. Grap hóa nội dung chương “Lượng tử ánh sáng” theo sách vật lý lớp 12 ban cơ bản lớp 12 ban cơ bản

2.3.2. Những đơn vị kiến thức cơ bản trong chương “Lượng tử ánh sáng” 2.3.2.1. Các khái niệm cơ bản, định nghĩa, định luật, thuyết của chương. [5] 2.3.2.1. Các khái niệm cơ bản, định nghĩa, định luật, thuyết của chương. [5]

- Định nghĩa: Hiện tượng quang điện (ngoài) là hiện tượng ánh sáng

làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại.

- Định luật về giới hạn quang điện:Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích

thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim

loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện.

- Giả thuyết Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân

tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát xạ; còn h là một hằng số. Lượng tử năng lượng: ε= hf trong đó h = 6,625.10−34J.s

- Thuyết lượng tử ánh sáng:

+ Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.

+ Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau,

mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.

+ Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo

các tia sáng.

+ Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.

+ Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

- Năng lượng: ε = hf

ε(J) hoặc ε (eV): năng lượng của phôtôn f (Hz, s-1): tần số của phôtôn

λ (m): bước sóng trong chân không

h = 6,625.10-34 J.s: hằng số Plăng

- Công thức Anh - xtanh về hiện tượng quang điện (ngoài): ε = hf = 2 mv A λ c h 2 max 0 + =

A: Công thoát êlectron khỏi mặt kim loại

v0 max: tốc độ ban đầu cực đại của quang êlectron

f, λ: tần số và bước sóng của phôtôn ánh sáng kích thích

Với: (bước sóng trong chân không)

c: Tốc độ ánh sáng (phôtôn) trong chân không

h = 6,625.10-34 J.s hằng số Plăng

- Tia X (Tia Rơn - ghen)

+ Chùm êlectron được gia tốc trong điện trường mạnh, có động năng rất lớn tới đập vào tấm kim loại (có nguyên tử lượng lớn) làm phát ra tia X.

+ Khi toàn bộ động năng của một êlectron chuyển thành năng lượng của một phôtôn tia X thì phôtôn tia X có năng lượng cực đại (tần số cực đại) và bước sóng cực tiểu

(Wđ)e = (εX)max = hfmax = min λ hc ⇒ λ (Whc)e d min =

+ Coi êlectron thoát khỏi catôt có tốc độ ban đầu v0 = 0, thì khi đập vào đối catôt có động năng (Wđ)e = e.UAK = eU

Với U là điện áp giữa anôt và catôt của ống phát tia X, nên λ eUhc

min =

- Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

Có nhiều hiện tượng quang học chứng tỏ rằng ánh sáng có tính chất sóng, lại cũng có nhiều hiện tượng quang học khác chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt. Điều đó cho thấy ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt: ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.

Chú ý rằng dù tính chất nào của ánh sáng thể hiện ra thì ánh sáng vẫn có bản chất là sóng điện từ.

- Chất quang dẫn

Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe … có tính chất đặc biệt sau đây: Chúng là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. Các chất này gọi là chất quang dẫn.

- Hiện tượng quang điện trong

+ Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá