8. Dự kiến cấu trúc khóa luận
3.1. Phân tích kiến thức của chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học”
3.1.1. Cấu trúc nội dung
Mắt Cấu tạo của mắt
Sự điều tiết, điểm cực cận, điểm cực viễn Góc trông vật và năng suất phân li
Sự lƣu ảnh của mắt Các tật của mắt và cách khắc phục Cận thị Đặc điểm Cách khắc phục Viễn thị Đặc điểm Cách khắc phục Lão thị Đặc điểm Cách khắc phục Các dụng cụ quang học
Lăng kính Cấu tạo của lăng kính
Đƣờng truyền của tia sáng qua lăng kính Các công thức của lăng kính
Biến thiên góc lệch theo góc tới Lăng kính phản xạ toàn phần Thấu kính Định nghĩa Các đặc trƣng của thấu kính Tiêu điểm Tiêu cự Tiêu diện Độ tụ Đƣờng truyền của
tia sáng qua thấu kính
Các tia đặc biệt Cách vẽ tia ló ứng với tia tới bất kì Cách xác định ảnh
của vật Các công thức của thấu kính Công thức xác định vị trí ảnh Công thức xác định số phóng đại ảnh Kính lúp Khái niệm và công dụng
Cách ngắm chừng Ở vị trí bất kì Ở cực cận Ở vô cực Số bội giác Ngắm chừng ở vị trí bất kì Ngắm chừng ở cực cận Ngắm chừng ở vô cực
Kính hiển vi Nguyên tắc cấu tạo Cấu tạo và cách ngắm chừng Cấu tạo Ngắm chừng ở cực cận Ngắm chừng ở vô cực Số bội giác Ngắm chừng ở cực cận Ngắm chùng ở vô cực
Kính thiên văn Nguyên tắc cấu tạo
Cách ngắm chừng Ngắm chừng ở vô cực
Ngắm chừng ở vị trí bất kì
Số bội giác Ngắm chừng vô cực
Bảng 3.1. Cấu trúc nội dung kiến thức chương “Mắt và các dụng cụ quang học”
3.1.2. Phân tích nội dung
Quang hình học là phần khó nhất đối với học sinh trong chƣơng trình vật lí lớp 11. Sở dĩ nhƣ vậy là do học sinh chƣa đƣợc trang bị đầy đủ những hiểu biết cần thiết về nguồn sáng, đƣờng truyền của tia sáng, quá trình tạo ảnh… Để giúp học sinh học tập tốt hơn về phần này thì phải phân tích nội dung kiến thức của chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học” nói riêng và quang hình học nói chung để làm cơ sở cho việc lựa chọn phƣơng pháp giảng dạy.
3.1.2.1. Phân loại các nguồn sáng
Mắt chỉ có thể nhìn thấy các vật nếu chúng phát sáng hoặc khuếch tán ánh sáng. Đó là các nguồn thứ cấp hoặc sơ cấp. Nguồn sơ cấp: là một vật tự nó phát ra ánh sáng, không cần đƣợc chiếu sáng. Nguồn thứ cấp: là một vật tự nó không thể phát ra ánh sáng mà nó phải đƣợc nhận chiếu sáng để mắt ta có thể nhìn thấy chúng.
3.1.2.2. Khái niệm về vật và ảnh khi qua dụng cụ quang học
Vật khi qua một dụng cụ quang học đƣợc coi là giao của chùm tia sáng tới dụng cụ đó. Vật đƣợc chia thành hai loại:
+ Vật thật: chùm tia tới sẽ cắt nhau ở phía trƣớc dụng cụ quang học (chùm tia tới phân kì).
+ Vật ảo: chùm tia tới sẽ cắt nhau ở phía sau dụng cụ quang học (chùm tia tới hội tụ). Ảnh khi qua một dụng cụ quang học đƣợc coi là giao của chùm tia phản xạ (đối với các loại gƣơng) hoặc chùm tia khúc xạ qua dụng cụ đó. Ảnh đƣợc chia làm hai loại: - Đối với gƣơng:
+ Ảnh thật: chùm tia phản xạ cắt nhau ở phía trƣớc gƣơng (chùm tia phản xạ hội tụ). + Ảnh ảo: chùm tia phản xạ cắt nhau ở phía sau gƣơng (chùm tia phản xạ phân kì). - Đối với các dụng cụ quang học trong suốt:
+ Ảnh thật: chùm tia khúc xạ cắt nhau ở phía sau dụng cụ theo đƣờng truyền của chùm tia sáng (chùm tia khúc xạ hội tụ).
+ Ảnh ảo: chùm tia khúc xạ cắt nhau ở phía trƣớc dụng cụ theo đƣờng truyền của chùm tia sáng (chùm tia khúc xạ phân kì).
3.1.2.3. Lăng kính
- Cấu tạo là khối chất trong suốt, đồng chất, đƣợc giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song.
- Đƣờng đi của tia sáng qua lăng kính: tia sáng đơn sắc khi truyền qua lăng kính thì đều bị lệch.
- Các công thức của lăng kính: A = r1 + r2
D = i1 + i2 – A Tại I: sini1=nsinr1 Tại J: sini2 = nsinr2
n: chiết suất tỉ đối của lăng kính và môi trƣờng
Hình 3.1. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính
Khi có góc lệch cực tiểu thì i1 = i2 = i; r1 = r2 = A/2. Góc lệch cực tiểu: Dmin = 2i – A
Công thức tính chiết suất của lăng kính đặt trong chân không
n= 2 sin 2 sin min A A D 3.1.2.4. Thấu kính
- Nội dung về thấu kính đƣợc trình bày trong SGK tƣơng đối đầy đủ: quang tâm, đƣờng kính mở, trục chính, trục phụ, tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự, điều kiện để coi thấu kính là thấu kính mỏng.
- Các tính chất của tia sáng đặc biệt khi truyền qua thấu kính đều đƣợc giới thiệu bằng thực nghiệm, có hình ảnh minh hoạ nên giúp HS dễ hiểu.
Hình 3.2. Hình mô tả đường truyền của ánh sáng qua thấu kính rìa dày và rìa mỏng
- Các công thức của TK đƣợc trình bày rất rõ ràng - Độ tụ: D= 1 ( 1)(1 1 ) 2 1 R R n f - Công thức xác định vị trí ảnh: ' 1 1 1 d d f vật thật: d>0, vật ảo: d<0 ảnh thật: d’>0, ảnh ảo: d’<0 -Công thức xác định số phóng đại ảnh: k= d d AB B A' ' ' k>0: ảnh và vật cùng chiều k<0: ảnh và vật ngƣợc chiều
Hình 3.3. Hình mô tả đường truyền của ánh sáng qua thấu kính hội tụ
3.1.2.5. Mắt
- Cấu tạo: Xét trên phƣơng diện quang học thì mắt đƣợc coi là hệ thống bao gồm các bộ phận cho ánh sáng truyền qua, đóng vai trò nhƣ một TKHT.
- Các điểm đặc trƣng của mắt: điểm cực cận Cc, điểm cực viễn Cv, giới hạn nhìn rõ, năng suất phân li của mắt đƣợc trình bày rất chi tiết.
- Các tật khúc xạ của mắt, SGK trình bày các tật khúc xạ phổ biến của mắt: tật cận thị, tật viễn thị và tật lão thị và cách khắc phục cho từng tật. Điểm mới của SGK là nêu cả cách sử dụng phẫu thuật để thay đổi bề dày giác mạc bên cạnh việc đeo kính khắc phục. Tuy nhiên SGK chỉ nêu cách đeo kính cho những trƣờng hợp kính đeo sát mắt nhƣng trong thực tế kính lại đeo cách mắt một đoạn nào đó. Điều này dễ gây hiểu lầm cho các em HS.
3.1.2.6. Các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt * Kính lúp
- Cấu tạo: là TKHT có tiêu cự nhỏ đặt trƣớc mắt để giúp quan sát các vật nhỏ với góc trông lớn hơn so với khi nhìn trực tiếp.
- Cách ngắm chừng: SGK trình bày các cách ngắm chừng ở cực cận và vô cực khá chi tiết, các công thức xây dựng tƣơng đối đầy đủ.
- Số bội giác: G = 0 0 tan tan
Với là góc trông ảnh qua kính
0 là góc trông vật trực tiếp khi vật đặt ở cực cận
+ Ở vị trí bất kì G= l d D k c ' + Ở cực cận Gc=k + Ở vô cực f D G c * Kính hiển vi:
- Cấu tạo: Đƣợc chế tạo từ hệ hai TKHT để tăng góc trông ảnh của vật lớn hơn nhiều lần góc trông vật trực tiếp. Thấu kính thứ nhất (vật kính) cho ảnh thật của vật đƣợc phóng đại. Thấu kính thứ hai (thị kính) dùng làm kính lúp để quan sát ảnh.
- Vì trƣớc đó SGK không trình bày về hệ thấu kính nên HS sẽ gặp lúng túng khi xác định ảnh của vật qua liên tiếp hai TK.
- Số bội giác cho trƣờng hợp ngắm chừng ở vô cực
2 1f f D G c
f1 là tiêu cự của vật kính f2 là tiêu cự của thị kính
* Kính thiên văn
- Cấu tạo: Đƣợc chế tạo từ hệ hai TKHT để tăng góc trông ảnh của vật lớn hơn nhiều lần góc trông vật trực tiếp để giúp quan sát các thiên thể ở xa.
- Số bội giác cho trƣờng hợp ngắm chừng ở vô cực
2 1
f f G
Trong đó: f1 là tiêu cự của vật kính f2 là tiêu cự của thị kính
3.1.3. Phân tích những thuận lợi và khó khăn khi dạy chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học” cụ quang học”
*Thuận lợi
- Quang hình học là môn học liên quan đến đƣờng truyền của ánh sáng qua các môi trƣờng trong suốt. Môn học này gắn liền với các hiện tƣợng xảy ra trong thế giới thực đang diễn ra xung quanh cuộc sống của chúng ta, điều này sẽ kích thích HS tham gia vào quá trình học tập.
- Các dụng cụ quang học hỗ trợ cho việc giảng dạy của chƣơng hầu hết đƣợc cung cấp đầy đủ nên sẽ tạo thuận lợi cho quá trình dạy học.
- HS đã đƣợc làm quen với các quang cụ: kính lúp, thấu kính, kính hiển vi trong chƣơng trình vật lí lớp 9 ở THCS, do vậy các em đã có sẵn những khái niệm cơ bản nên ở chƣơng trình học lớp 11 sẽ tiếp tục phát triển những kiến thức này đầy đủ và cụ thể hơn.
*Khó khăn
- Nội dung chƣơng trình học đƣợc giảm tải nên các bài học về hệ thấu kính không đƣợc đề cập trong chƣơng trình, đây là một khó khăn lớn cho GV và HS khi học các bài về mắt, kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn.
- Các công thức xây dựng trong SGK đều xét cho các trƣờng hợp đặc biệt nên dễ làm HS nhầm lẫn. Trong khi đó một số bài tập trong SGK vẫn cho các bài tập tổng quát. - Theo cấu trúc nội dung của SGK thì không hấp dẫn cho HS vì các bài học chƣa khái quát cao, HS sẽ cảm thấy khô khan và nặng nề. Thêm vào đó, khả năng tƣởng tƣợng
và kiến thức về hình học của HS không đƣợc tốt thì cũng là trở ngại lớn cho các em khi học.
- Đây là chƣơng cuối của chƣơng trình vật lí lớp 11 nên áp lực về thời gian và thi cử cũng ảnh hƣởng đến thời gian học tập. Theo phân phối chƣơng trình thì với 15 tiết/ 7 bài học là quá ít để có thể hoàn thành chƣơng trình. Do vậy, để dạy kịp theo phân phối chƣơng trình thì HS không có thời gian để luyện tập.
3.2. Yêu cầu cần đạt đƣợc 3.2.1. Yêu cầu về kiến thức 3.2.1. Yêu cầu về kiến thức *Lăng kính
- Mô tả đƣợc lăng kính là gì? Nêu đƣợc tác dụng của lăng kính: làm lệch tia sáng truyền qua nó và tác dụng tán sắc.
- Xây dựng các công thức của lăng kính.
*Thấu kính
- Nêu đƣợc thấu kính mỏng là gì? Phân biệt thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. Nêu đƣợc tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của thấu kính mỏng.
- Xác định các tia đặc biệt truyền qua thấu kính và sử dụng chúng để xác định ảnh của vật qua thấu kính đó.
- Phát biểu đƣợc định nghĩa độ tụ của thấu kính và nêu đƣợc đơn vị đo độ tụ. - Xây dựng công thức xác định vị trí ảnh và số phóng đại ảnh qua thấu kính. - Biết cách xác định ảnh của vật qua hệ thấu kính.
*Mắt và các tật của mắt
- Nêu đƣợc sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận và ở điểm cực viễn. Nêu đƣợc khái niệm góc trông và năng suất phân li.
- Nêu đƣợc đặc điểm của mắt cận, mắt viễn, mắt lão về mặt quang học và nêu cách khắc phục các tật này.
- Nêu đƣợc sự lƣu ảnh trên màng lƣới và nêu đƣợc ví dụ thực tế ứng dụng của hiện tƣợng này.
*Kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn
- Mô tả đƣợc nguyên tắc cấu tạo và công dụng của kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn.
đối với các trƣờng hợp ngắm chừng ở vô cực, ở cực cận và của kính hiển vi, kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực.
3.2.2. Yêu cầu về kĩ năng
- Thu thập thông tin từ quan sát thực tế, thí nghiệm, sƣu tầm tài liệu, tìm hiểu trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng, khai thác thông tin mạng internet,..
- Xử lí thông tin: phân tích, so sánh, tổng hợp, suy luận tƣơng tự, khái quát hoá,… để rút ra kết luận. Vận dụng đƣợc các công thức về lăng kính để tính đƣợc góc ló, góc lệch và góc lệch cực tiểu.
- Vẽ đƣợc đƣờng truyền của một tia sáng bất kì qua một thấu kính mỏng hội tụ, phân kì và hệ hai thấu kính đồng trục.
- Dựng đƣợc ảnh của một vật thật tạo bởi thấu kính, hệ thấu kính.
- Vận dụng công thức thấu kính và công thức tính số phóng đại để giải các bài tập về thấu kính, hệ thấu kính, mắt và các dụng cụ quang học.
- Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì bằng thí nghiệm.
- Vận dụng kiến thức đã học để thiết kế kính hiển vi và kính thiên văn đơn giản có thể quan sát tế bào vảy hành và các vật ở xa.
- Kĩ năng hợp tác nhóm, truyền đạt thông tin, thảo luận, báo cáo kết quả.
- Lắp ráp và thực hiện các thí nghiệm vật lí đơn giản. Thiết kế và chế tạo một quang cụ giúp quan sát vật nhỏ hoặc các vật ở xa.
3.2.3. Yêu cầu về thái độ
- Có tinh thần tự giác và hợp tác trong quá trình học tập. Có thái độ nghiêm túc và tôn trọng và học hỏi các thành viên trong nhóm học tập cũng nhƣ trong lớp.
- Có niềm say mê và yêu thích môn vật lí, tác phong làm việc khoa học, ý thức sẵn sàng áp dụng hiểu biết của mình vào các hoạt động thực tiễn.
3.3. Thiết kế các vấn đề của chƣơng và kế hoạch thực hiện giải quyết vấn đề 3.3.1. Các bƣớc cần thực hiện khi thiết kế các vấn đề 3.3.1. Các bƣớc cần thực hiện khi thiết kế các vấn đề
* Xác định mục tiêu
- Mục tiêu cần đạt đƣợc sau khi học xong chƣơng này là phải đƣợc xác định chính xác và cụ thể mục tiêu môn học và theo nhu cầu, nguyện vọng của GV và HS dựa trên mục tiêu đào tạo. Những mục tiêu này bao gồm mục tiêu kiến thức, kĩ năng và thái độ nhƣ đã đề cập ở mục 3.2. Mục tiêu chính của phƣơng pháp dạy học dựa trên vấn đề là dạy
cho học sinh biết cách phân tích và giải quyết vấn đề tuy nhiên để phù hợp với mục tiêu giáo dục và thi cử hiện nay ở Việt Nam thì cần phải đề ra mục tiêu cụ thể về kiến thức mà HS phải lĩnh hội đƣợc sau khi tìm hiểu về vấn đề.
* Xác định nội dung học tập
Dựa trên mục tiêu đã đƣợc xác lập, nội dung SGK, yêu cầu xã hội và lợi ích của học sinh… để xác định nội dung học tập. Nội dung cơ bản bao gồm:
- Kiến thức về lăng kính, đƣờng truyền của tia sáng qua lăng kính, các công thức liên quan.
- Trên cơ sở các kiến thức thu thập về lăng kính, HS sẽ tìm hiểu về thấu kính, giải thích đƣợc tính hội tụ, phân kì của thấu kính mép dày, mép mỏng đặt trong các môi trƣờng khác nhau. Xác định ảnh của vật qua thấu kính và hệ các thấu kính, các công thức của thấu kính.
- Tìm hiểu về cấu tạo quang học của mắt, các tật của mắt và các cách khắc phục tƣơng ứng. Tìm hiểu về mục đích của các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật nhỏ hay các vật ở xa. Xây dựng các công thức tính số bội giác cho các loại dụng cụ: kính lúp, kính thiên văn, kính hiển vi.
* Xác định vấn đề
- Các vấn đề đƣa ra phải liên quan đến thực tế các em đang sống, liên quan đến nội dung của chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học”. Vấn đề đó có thể là một sự kiện