Quang hình học thuộc chương trình Vật lý 11 cơ bản là một phần của Quang học trong đó dùng phương pháp hình học để giải thích các hiện tượng liên quan đến ánh sáng. Các kiến thức về phần quang hình học là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình vật lí phổ thông. Trong chương trình Vật lý 11 cơ bản, phần học này được chia thành hai chương; chương “Khúc xạ ánh sáng” được dạy trong 4 tiết gồm 2 tiết nghiên cứu lý thuyết và 2 tiết bài tập; chương “Mắt. Các dụng cụ quang học” được giảng dạy trong 15 tiết gồm 8 tiết nghiên cứu lý thuyết, 5 tiết bài tập và 2 tiết thực hành. Một số kiến thức ở mức độ cơ bản trong phần học này đã được đề cập trong chương trình Vật lý cấp THCS, trong chương trình Vật lý 11 cơ bản, các kiến thức này được đề cập chi tiết và sâu sắc hơn.
2.3.1. Mục tiêu dạy học a) Về kiến thức a) Về kiến thức Chủ đề Mức độ cần đạt Ghi chú Khúc xạ ánh sáng. 1. Định luật khúc xạ Kiến thức:
- Phát biểu được định luật
- Chấp nhận hiện tượng phản xạ toàn
ánh sáng. Chiết suất. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng. 2. Hiện tượng phản xạ toàn phần. Cáp quang khúc xạ ánh sáng và viết được biểu thức của định luật này.
- Nêu được chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì - Nêu được tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật khúc xạ ánh sáng
- Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này
- Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ về ứng dụng của cáp quang phần xảy ra khi: gh ii Mắt và các dụng cụ quang 1. Lăng kính 2. Thấu kính mỏng 3. Mắt 4. Kính lúp. Kính hiển vi. Kính thiên văn.
Kiến thức
- Mô tả được lăng kính là gì - Nêu được tác dụng của lăng kính đối với ánh sáng trắng và tính chất của lăng kính làm lệch tia sáng truyền qua nó.
- Nêu được tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự của thấu kính là gì.
- Phát biểu được định nghĩa
- Không yêu cầu HS sử dụng các công thức lăng kính để tính toán.
- Không yêu cầu HS tính toán với công thức: 1 2 1 1 ( 1)( ) D n R R
độ tụ của thấu kính và nêu được đơn vị của độ tụ
- Nêu được số phóng đại của ảnh tạo bởi thấu kính là gì. - Nêu được sự điều tiết của mắt khi nhìn ở điểm cực cận và ở điểm cực viễn.
- Nêu được góc trông và năng suất phân li là gì. - Trình bày các đặc điểm của mắt cận, mắt viễn, mắt lão về mặt quang học và nêu tác dụng của kính cần đeo để khắc phục các tật này.
- Nêu được sự lưu ảnh trên màng lưới là gì và nêu được ví dụ thực tế ứng dụng hiện tượng này.
- Nêu được nguyên tắc cấu tạo và công dụng của kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn.
b) Mục tiêu kỹ năng
- Kỹ năng vận dụng kiến thức
+ Vận dụng được hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng
+ Vận dụng được công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần
+ Vận dụng được công thức thấu kính và công thức số phóng đại để giải các bài tập.
+ Vẽ được đường truyền của một tia sáng bất kì qua một thấu kính mỏng hội tụ, phân kì.
+ Dựng được ảnh của một vật thật tạo bởi thấu kính. + Giải được các bài tập về mắt cận và mắt lão.
+ Vẽ được ảnh của vật thật tạo bởi kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn và giải thích tác dụng tăng góc trông ảnh của mổi loại kính.
+ Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng thí nghiệm. - Kỹ năng về thí nghiệm
+ Đề xuất được phương án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết.
+ Biết sử dụng thước đo góc, nguồn điện và biết cách lắp các dụng cụ thí nghiệm.
+ Biết bố trí thí nghiệm để kiểm kiểm chứng định luật khúc xạ ánh sáng và đều kiện phản xạ toàn phần.
+ Biết quan sát ảnh của một vật qua thấu kính mỏng.
+ Biết cách được và ghi chép các số liệu thí nghiệm, xử lí kết quả thí nghiệm và đưa ra kết luận.
- Kỹ năng diễn đạt ngôn ngữ
+ Biết cách sử dụng mô hình tia sáng để xác định ảnh của vật.
+ Biết lập luận về sự tạo ảnh của vật qua thấu kính để xác định ảnh thật hay ảnh ảo từ đó rút ra kết luận thấu kính đó là thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kỳ.
c) Mục tiêu thái độ, tình cảm.
- Có thái độ nghiêm túc, tinh thần tự giác, tích cực trong học tập.
- Biết lắng nghe ý kiến của GV và các bạn, biết suy nghĩ để tiếp thu hay phản bác một ý kiến nào đó.
- Mạnh dạn đưa ra ý kiến của cá nhân và tìm lí lẽ để bảo vệ nó - Có tác phong làm việc khoa học, cẩn thận tỉ mỉ khi làm thí nghiệm. - Có ý thức vận dụng những hiểu biết Vật lý vào đời sống học tập
- Có ý thức áp dụng những hiểu biết Vật lý vào thực tế để phục vụ đời sống. - Ý thức giữ gìn đôi mắt của mình.
2.3.2. Cấu trúc phần quang hình học
Chương VI: “ Khúc xạ ánh sáng”
Chương VII: “Mắt. Các dụng cụ quang học”.
a) Chương “Khúc xạ ánh sáng” đề cập các vấn đề liên quan đến hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Kiến thức cơ bản của chương là các khái niệm về chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối, hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng, nguyên lý thuận nghịch của sự truyền ánh sáng; góc tới giới hạn, góc khúc xạ giới hạn, điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần, ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần để chế tạo sợi quang học và cáp quang.
Kiến thức phần “Quang hình học” chương trình cơ bản vật lí 11, được xây dựng dựa trên nguyên tắc kế thừa những kiến thức mà học sinh đã được học ở cấp THCS, đồng thời mở rộng nâng cao những kiến thức ấy bằng cách tìm hiểu sâu hơn những khái niệm, định luật, cũng như ứng dụng của nó trong đời sống và khoa học kĩ thuật, xét nhiều về mặt định lượng, dùng kết quả thí nghiệm để xây dựng biểu thức cho một định luật: định luật khúc xạ ánh sáng...
Kiến thức đầu tiên được ôn lại là hiện tượng khúc xạ ánh sáng và một phần định luật khúc xạ ánh sáng mà HS đã được học ở THCS. Tuy nhiên ở sách giáo khoa cơ bản vật lí 11 đã mở rộng thêm bằng cách dựa trên kết quả thí nghiệm để tìm ra quy luật sự thay đổi độ lớn của góc khúc xạ (r) và độ lớn của góc tới (i) và đưa ra biểu thức cụ thể về mối quan hệ giữa hai đại lượng đó: sin
sinr
i
const
Trong đó (n) được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (MT1) với môi trường chứa tia tới (MT1), từ đó suy ra chiết suất tuyệt đối của một môi trường, cuối cùng là nhận xét về chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt khác nhau.
Phần tính thuận nghịch của chiều truyền sáng là kiến thức mà học sinh gặp lần đầu tiên. Hiện tượng phản xạ toàn phần, ứng dụng của hiện tượng hản
xạ toàn phần cũng là những kiến thức mới đối với HS, bởi các nội dung này ở THCS các em chỉ được biết đến qua phần đọc thêm.
b) Trong chương “Mắt. Các dụng cụ quang học” HS được nghiên cứu về đường đi của tia sáng và sự tạo ảnh của vật qua các dụng cụ quang học; cấu tạo và hoạt động của mắt, các tật của mắt và cách sửa tật. Trong chương này HS được học về lăng kính, tính chất của lăng kính; các khái niệm liên quan đến thấu kính như thấu kính mỏng, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự, độ tụ, độ phóng đại, các công thức thấu kính, đơn vị đo của các đại lượng; sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận và cực viễn, năng suất phân li và sự lưu ảnh của mắt, đặc điểm của mắt bị tật và cách khắc phục; cấu tạo, công dụng của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; công thức tính số bội giác của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; cách dựng ảnh của vật qua thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; thực hành thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính.
Kiến thức về thấu kính mỏng thì được trình bày mang tính kế thừa và nâng cao hơn, có tính định lượng hơn bởi các công thức: xác định vị trí ảnh hay vật, công thức xác định hệ số phóng đại,...HS còn được tìm hiểu thêm một số ứng dụng trong đời sống của thấu kính: trong việc khắc phục các tật của mắt, trong kính lúp giúp quan sát những vật nhỏ,...HS được tìm hiểu thêm về các bộ phận cũng như công dụng của các bộ phận của mắt. Các dụng cụ phức tạp hơn và cũng bổ trợ cho mắt tốt hơn (dùng quan sát những vật rất nhỏ, hay những vật ở rất xa), chính là kính hiển vi, kính thiên văn chính là những kiến thức phổ thông cuối cùng mà HS sẽ được tìm hiểu.