II: Dạy học theo góc chương“Sóng ánh sáng”Vật lí 12 THPT theo hướng phát
2.5. Thiết kế kế hoạch bài dạy “Giao thoa ánh sáng” Vật lí 12 THPT hiện hành
hành (Thực hiện theo kiểu 2)
I. Mục tiêu
1. Về kiến thức:
- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng (Hướng dẫn tự học).
- Tiến hành được thí nghiệm Y - âng về sự giao thoa ánh sáng và nêu được những điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.
- Xây dựng được biểu thức xác định vị trí vân sáng, vân tối trên màn giao thoa. - Hiểu được ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng là đo được bước sóng ánh sáng.
- Biết được mỗi ánh sáng đơn sắc có 1 bước sóng xác định trong chân không.
2. Về năng lực:
Bài học nhắm đến các chỉ số hành vi của các năng lực: Năng lực cốt lõi là giải quyết vấn đề; năng lực thực nghiệm; năng lực hợp tác. Các năng lực này được cụ thể hố tại các hoạt động ở các góc, HS chứng kiến tiến trình giải quyết vấn đề, trực tiếp thực hiện các khâu quan sát, mơ tả kết quả thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm, rút ra kết luận vấn đề nghiên cứu, từ đó tại các góc khác nhau các em được hình thành một số kĩ năng quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề trong học tập Vật lí.
3. Về phẩm chất:
Trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ học tập và vận dụng kiến thức vào cuộc sống cần hình thành và phát triển phẩm chất: trung thực, trách nhiệm.
II. Thiết bị dạy học và học liệu
Mục tiêu bài học phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, nên các thiết bị và học liệu như sau:
1. Thiết bị, học liệu dùng chung: máy tính, điện thoại thơng minh, ảnh chụp về hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng để trình chiếu qua máy chiếu, thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, sách giáo khoa Vật lí 12.
2. Phương tiện, học liệu ở từng góc:
Tên góc Phương tiện, học liệu
Góc 1 Sách giáo khoa, phiếu học tập, bút, vở, …
Góc 2 Bộ thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, phiếu học tập, … Góc 3 Máy tính, smartphone, phiếu học tập, …
28 Góc 4 Sách giáo khoa, phiếu học tập, giấy A0, bút dạ, …
Các phiếu học tập ở các góc như sau: 2.1. Góc 1
- Nhiệm vụ:
+ Xem sách giáo khoa bài 25 “Giao thoa ánh sáng” Vật lí 12 trang 128. + Trả lời các câu hỏi nội dung cần nghiên cứu sau.
CH1: Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng?
CH2: Sau khi có hiện tượng nhiễu xạ, F1 và F2 có được coi là hai nguồn sóng kết hợp khơng? Vì sao?
CH3: Tại sao trên màn ảnh M lại xuất hiện những vạch sáng, vạch tối?
CH4: Phân tích bảng số liệu 25.1 “Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không”, cho biết quan hệ giữa bước sóng và màu sắc ánh sáng?
- Sản phẩm yêu cầu: Chọn một em bất kì trong nhóm báo cáo nội dung đã nghiên cứu.
2.2. Góc 2
- Nhiệm vụ: Xây dựng phương án thí nghiệm và làm thí nghiệm về giao thoa ánh sáng như trong hình 25.2 và trả lời hai câu hỏi sau:
CH1: Khi nào tại vị trí A là một vân sáng? Khi đó khoảng cách từ vân sáng tại A đến O được xác định bằng công thức nào?
CH2: Khi nào tại vị trí A là một vân tối? Khi đó khoảng cách từ vân tối tại A đến O được xác định bằng công thức nào?
CH3: Thế nào là khoảng vân? Xác định cơng thức tính khoảng vân?
- Sản phẩm yêu cầu: Học sinh báo cáo cách thực hiện thí nghiệm trước lớp.
A B O L M F1 F2 F K Đ A B O M F1 F2 H x D d1 d2 I a
29 2.3. Góc 3
- Nhiệm vụ: Quan sát clip thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng, thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng trên Youtube nhờ điện thoại thơng minh. Giải thích được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, giải thích được vì sao lại xuất hiện vân sáng và vân tối ở trên màn.
- Sản phẩm yêu cầu: Báo cáo kết luận mà các thành viên ở góc quan sát rút ra được.
2.4. Góc 4
- Nhiệm vụ: Dựa vào công thức khoảng vân i D a
= , áp dụng đo bước sóng ánh sáng Laze màu đỏ bằng phương pháp giao thoa. Thực hiện theo bảng sau:
- Khoảng cách giữa hai khe hep F1F2: a = …………………..(mm) - Độ chính xác của thước milimét: = ……………………(mm) - Độ chính xác của thước cặp: ,= …………………...(mm)
- Số khoảng vân đánh dấu: n = ……………………
Lần đo D D L(mm) L(mm) 1 2 3 4 5
- Tính giá trị trung bình của bước sóng: . .
a L n D
=
- Tính sai số tỉ đối của bước sóng: a L D
a L D
= + +
- Viết kết quả áp dụng đo bước sóng: =
- Sản phẩm yêu cầu: Chỉ ra được kiến thức Vật lí trong ứng dụng đó và giá trị của bước sóng ánh sáng laze đỏ.
III. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: Quan sát hình ảnh, trả lời câu hỏi, tiếp nhận vấn đề (5 phút)
Hoạt động của GV
Tạo tình huống có vấn đề
30 CH1: Em hãy nêu một số điểm tương đồng
giữa âm và ánh sáng ?
CH2: Âm lại có tính chất sóng. Liệu ánh sáng có tính chất ấy hay khơng?
Cho HS xem đoạn video mô tả váng dầu, hoặc liên hệ thực tế váng dầu, bong bóng xà phòng → định hướng HS vào sự giao
thoa ánh sáng (khi nhìn ánh sáng Mặt Trời phản xạ trên váng dầu, bong bóng xà phịng …. , ta thấy có các vân màu sặc sỡ). Tại sao vậy?
- Cùng truyền theo đường thẳng, cùng tuân theo định luật phản xạ… - Suy nghĩ (có lẽ là có, nếu vậy chắc ánh sáng cũng có thể nhiễu xạ và giao thoa)
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức mới về giao thoa ánh sáng thông qua tổ chức hoạt động học theo các góc đã thiết kế (30 phút).
Tại góc 1
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Trợ giúp nhóm HS tại các góc:
+ Hỗ trợ HS phân tích thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng hình 25.1
+ Hỗ trợ HS phân tích hiện tượng giao thoa ánh sáng qua thí nghiệm Y-âng ở hình 25.2
Và trả lời câu hỏi nội dung của bài trong phiếu.
- Thu lại kết quả sản phẩm của nhóm - Hướng dẫn học sinh chuyển góc.
- Thực hiện được:
+ Phân tích thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng hình 25.1
+ Phân tích hiện tượng giao thoa ánh sáng qua thí nghiệm Y-âng ở hình 25.2
+ Trả lời các câu hỏi nội dung.
+ Hồn thành sản phẩm của góc trên tờ giấy A4.
31 Tại góc 2
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Trợ giúp nhóm HS tại các góc:
+ Hỗ trợ HS làm thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng.
- Thu lại kết quả của nhóm
- Hướng dẫn học sinh chuyển góc.
- Thực hiện thí nghiệm và trả lời các câu hỏi nội dung trong phiếu học tập
Tại góc 3
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Trợ giúp nhóm HS tại các góc:
+ Hỗ trợ HS vào clip trên Youtube để quan sát các thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng, thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng
- Thu lại kết quả của nhóm
- Hướng dẫn học sinh chuyển góc.
- Thực hiện được:
Vào xem được các thí nghiệm và trả lời được nội dung yêu cầu trong phiếu.
Tại góc 4
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Trợ giúp nhóm HS tại các góc:
+ Hỗ trợ HS làm thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng laze đỏ.
- Hướng dẫn học sinh chuyển góc.
- Thực hiện được:
Thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng laze đỏ.
Xử lí số liệu và tính tốn được bước sóng ánh sáng laze đỏ trong khơng khí.
32 Báo cáo, thảo luận kết quả thí nghiệm, rút ra kết luận
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Yêu cầu các nhóm HS báo cáo kết quả TN.
- Đánh giá quá trình và kết quả làm việc của các góc.
- Đại diện các nhóm HS báo cáo kết quả hoạt động ở các góc:
Kết luận:
- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
- Thí nghiệm Y-âng chứng tỏ hai chùm sáng kết hợp gặp nhau, giao thoa được với nhau. Khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. - Cơng thức xác định vị trí vân sáng k D x k a = k: bậc giao thoa.
k=0: vân sáng trung tâm k=1: vân sáng bậc 1 k= 2: vân sáng bậc 2 ..................................
- Công thức xác định vị trí vân tối
' 1 ( ' ) 2 k D x k a = +
Vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa, khơng có vân tối trung tâm Vân tối thứ nhất: k =0; k = -1
Vân tối thứ hai: k =1; k = -2 ................................................ - Cơng thức tính khoảng vân: i .D
a
=
Trong đó: là bước sóng ánh sáng, a =F1F2 là khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp (khoảng cách giữa hai khe hẹp), D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến
33 màn quan sát.
- Ứng dụng của giao thoa sóng ánh sáng là đo bước sóng ánh sáng.
- Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng hay tần số trong chân khơng hồn tồn xác định.
Hoạt động 3. Luyện tập (5 phút)
GV giao nhiệm vụ (thơng qua màn hình máy chiếu)
Nội dung:
Câu 1: Trong các thí nghiệm sau đây, thí nghiệm nào có thể sử dụng để đo bước
sóng ánh sáng?
A. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Newton. B. Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng. C. Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng.
D. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc.
Câu 2: Để hai sóng ánh sáng kết hợp, có bước sóng , tăng cường lẫn nhau khi giao thoa với nhau thì hiệu đường đi của chúng phải:
A. bằng 0 B. bằng (k- 2 1 ) (k= 0,1, 2…) C. bằng k (k= 0,1, 2…) D. bằng (k + ) 4 1 (k= 0,1, 2…)
Câu 3: Khoảng vân là khoảng cách giữa:
A. Hai vân sáng hoặc hai vân tối cạnh nhau. B. Một vân sáng và một vân tối cạnh nhau. C. Hai vân sáng. D. Hai vân tối.
Câu 4: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với nguồn sáng đơn sắc, hệ vân trên
màn có khoảng vân i. Nếu khoảng cách giữa hai khe còn một nửa và khoảng cách từ hai khe đến màn gấp đơi so với ban đầu thì khoảng vân giao thoa trên màn
A. giảm đi bốn lần. B. không đổi. C. tăng lên hai lần. D. tăng lên bốn lần.
Câu 5: Trong thí nghiệm Y–âng về giao thoa ánh sáng, nếu thay ánh sáng đơn sắc
màu lam bằng ánh sáng đơn sắc màu vàng và giữ nguyên các điều kiện khác thì trên màn quan sát
A. khoảng vân tăng lên. B. khoảng vân giảm xuống. C. vị trí vân trung tâm thay đổi. D. khoảng vân không thay đổi.
Đáp án:
34
Hoạt động 4. Vận dụng, tìm tịi mở rộng (5 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV giới thiệu mở rộng thêm về ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là: năng suất phân giải của các dụng cụ quang học như kính hiển vi, kính thiên văn,.. Cách tử nhiễu xạ, máy quang phổ cách tử.
- Lớp váng dầu mỡ trên mặt nước được giải thích như thế nào?
- Giới thiệu đĩa CD.
Đĩa CD là một trong các loại đĩa quang, chúng thường được chế tạo bằng chất dẻo có đường kính 4,75 inch(12,065cm), dùng phương pháp ghi quang học để lưu trữ khoảng 80 phút âm thanh hoặc 700 MB dữ liệu máy tính đã được mã hóa theo kỹ thuật số. Khi nghiêng đĩa CD thì ta quan sát được đĩa có màu sắc sặc sở. Đó là kết quả của hiện tượng nào?
- HS lắng nghe.
- Trả lời cho câu hỏi đưa ra ở hoạt động 1.
Khi ánh sáng của mặt trời chiếu vào lớp dầu mỡ sẽ xuất hiện một sóng phản xạ ở ngay bề mặt của lớp váng này. Một sóng ánh sáng sau khi khúc xạ vào bên trong lớp váng ngay lập tức sẽ bị phản xạ ở mặt dưới rồi trở lại mặt trên. Hai sóng này gặp nhau ở bề mặt bên trên và giao thoa với nhau. Hơn nữa, trong ánh sáng trắng của mặt trời có nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng và tần số khác nhau nên vân sáng của ánh sáng đơn sắc không trùng với nhau mà ngược lại sẽ cho những quang phổ có màu sắc sặc sỡ.
- Màu sắc sặc sở của đĩa CD khi nghiêng là kết quả hiện tượng giao thoa ánh sáng, giao thoa giữa tia sáng phản xạ ở mặt trên và mặt dưới của lớp nhựa trong suốt trên đĩa CD.
35
III. Thực nghiệm sư phạm 3.1. Mục đích thực nghiệm
Trên cơ sở tiến trình dạy học đề xuất ở mục II, tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của đề tài, cụ thể là: Nếu vận dụng cơ sở lý luận của phương pháp dạy học theo góc vào dạy học các nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 chương trình chuẩn theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề đồng thời giúp học sinh nâng cao chất lượng kiến thức; kích thích sự hứng thú, tự lực, tích cực học tập; rèn luyện kỹ năng Vật lí; rèn luyện kỹ năng sống cho học sinh.
Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo trên cơ sở lí luận của dạy học theo góc đối với đối tượng là học sinh.
Phân tích diễn biến thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của dạy học theo góc theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề đồng thời giúp học sinh nâng cao chất lượng kiến thức; kích thích sự hứng thú, tự lực, tích cực học tập; rèn luyện kỹ năng Vật lí; rèn luyện kỹ năng sống cho học sinh.
3.2. Đối tượng và thời gian thực nghiệm
Đối tượng thực nghiệm: thực nghiệm sư phạm được tiến hành trên đối tượng là học sinh lớp 12 năm học 2021-2022 của trường tơi.
- Nhóm thực nghiệm là lớp 12A2, lớp có 44 học sinh trong đó có 16 học sinh nữ và 28 học sinh nam. Lớp được dạy học theo phương pháp dạy học theo góc.
- Nhóm đối chứng là lớp 12A1 có 36 học sinh được dạy học theo phương pháp truyền thống ở chương “Sóng ánh sáng”.
Tơi chọn thực nghiệm hai lớp này vì sức học và kết quả học tập Vật lí của hai lớp này trong học kì I là khá đều nhau.
Thời gian thực nghiệm: Từ ngày 01/03/2022 đến ngày 10/03/2022.
3.3. Phương pháp thực nghiệm
Việc thực nghiệm được tiến hành ở học kì II năm học 2021 – 2022 ở trường tơi với hình thức thực nghiệm song song, trong đó có một lớp thực nghiệm và một lớp đối chứng.
Với các nội dung kiến thức được tiến hành theo phương pháp dạy học theo góc, tơi tổ chức lớp thành 4 góc. Khi chia góc tơi đã cho học sinh được chọn góc theo sở thích và cũng chú ý đến tỉ lệ nam nữ hợp lí, trình độ của các nhóm tương đối đồng đều. Mỗi nhóm theo góc đều có nhóm trưởng, thư kí là những em có năng lực và các thành viên. Để đảm bảo học sinh có thể thực hiện được nhiệm vụ của từng góc, tơi tiến hành các cơng việc cụ thể sau đây:
Giới thiệu đến học sinh phương pháp dạy học theo góc.
36 nảy sinh vấn đề cần giải quyết, qua đó thiết kế phiếu học tập theo từng góc giúp người học xác định nhiệm vụ cần giải quyết.
- Tiến hành tập huấn kĩ năng làm việc nhóm cho các thành viên trong từng góc. - Giới thiệu các nguồn tư liệu phục vụ cho từng góc, giải đáp thắc mắc, luận bàn