4. Đặt một vật thật vuụng gúc với trục chớnh trước thấu kớnh hội tụ cú
3.2.3. Phõn tớch nội dung phần quang hỡnh học vật lý 11 nõng cao
Quang hỡnh học mặc dự được xõy dựng trờn những tư tưởng vật lý đơn giản, song nú thường gõy cho học sinh nhiều khú khăn. Những kiến thức về quang hỡnh học thường là hỡnh thức. Xuất phỏt tiền đề là cỏc hiện tượng quang hỡnh học đơn giản, rỳt ra định luật quan trọng như định luật khỳc xạ ỏnh sỏng. Trờn cơ sở đú khảo sỏt được cỏc tớnh chất của cỏc đường cỏc điểm của cỏc dụng cụ quang học và cỏc chi tiết quang học đơn giản, đưa ra cỏc định nghĩa về ảnh về vật, cỏc tớnh chất và ứng dụng. Khụng phải bao giờ chiếu tia sỏng từ mụi trường trong suốt này sang mụi trường trong suốt khỏc đều cú hiện tượng khỳc xạ, khi nào thỡ khụng cú khỳc xạ và khi đú cú hiện tượng gỡ xảy ra? GV giới thiệu hiện tượng phản xạ toàn phần và cỏc điều kiện xảy ra cũng như cỏc ứng dụng quan trọng của nú, nhấn mạnh sự quan trọng của hiện tượng. Trờn cơ sở cú sự tương đồng giữa cấu tạo của thuỷ tinh thể và thấu kớnh hội tụ, ta khảo sỏt đường đi của tia sỏng qua mắt và cỏc tớnh chất của ảnh thật cho bởi thuỷ tinh thể, từ đõy ta cho học sinh rỳt ra cỏc tớnh chất của mắt và cỏc dụng cụ bổ trợ cho mắt như cỏc kớnh cõn, viễn, lỳp, hiển vi, kớnh thiờn văn, thậm chớ cả kớnh nhỡn xa như ống nhũm. Ta cú sơ đồ cấu trỳc nội dung phần quang hỡnh học và sơ đồ lụgich của tiến trỡnh xõy dựng mạch kiến thức phần quang hỡnh học như hỡnh vẽ.
Những thiếu sút cơ bản, được phỏt hiện khi kiểm tra cỏc kiến thức về quang hỡnh học thường gặp là:
Học sinh khụng cú quan niệm rừ ràng về điểm sỏng và ảnh của nú. Khụng phải bao giờ cỏc em cũng hiểu rằng, ảnh của một điểm sỏng thu được là do sự giao nhau của cỏc tia trong toàn bộ chựm sỏng đi qua hệ thống quang học, chứ khụng phải chỉ là do sự giao nhau của hai tia. Hai tia được chọn là những tia đơn giản nhất đối với việc vẽ ảnh trong cỏc điều kiện của bài toỏn
đó cho. Thực tế nếu yờu cầu một học sinh sau khi đó vẽ xong ảnh của một điểm sỏng S qua thấu kớnh chỉ rừ đường đi tiếp tục của một tia sỏng bất kỳ xuất phỏt từ điểm sỏng S, thỡ cõu hỏi này đặt học sinh vào cỏc tỡnh huống khú khăn
SƠ ĐỒ CẤU TRÚC NỘI DUNG PHẦN QUANG HèNH HỌC VẬT Lí 11 NÂNG CAO HIỆN TƢỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG HIỆN TƢỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN CÁC HIỆN TƢỢNG QUANG HèNH HỌC Điều kiện để cú hiện tượng phản xạ toàn phần Gúc giới hạn phản xạ toàn phần Ứng dụng Định nghĩa Cỏctrường hợp đặcbiệt Định luật khỳc xạ ỏnh sỏng Thấu kớnh hội tụ Lăng kớnh Thấu kớnh Thấu kớnh phõn kỳ
SƠ ĐỒ LOGIC CỦA TIẾN TRèNH XÂY DỰNG MẠCH KIẾN THỨC PHẦN QUANG HèNH HỌC
Từ cỏc kiến thức quang học được học và cỏc kiến thức quang học trong cuộc sống học sinh tỡm hiểu hiện tượng khỳc xạ ỏnh sỏng
Từ thớ nghiệm về hiện tượng khỳc xạ ỏnh sỏng thiết lập định luật khỳc xạ ỏnh sỏng,kết quả của cỏc trường hợp đặc biệt
Trờn cơ sở định luật khỳc xạ ỏnh sỏng ỏp dụng cho trường hợp ỏnh sỏng truyền từ mụi trường cú chiết suất lớn sang mụi trường cú chiết suất nhỏ rỳt ra hiện tượng phản xạ toàn phần và khỏi quỏt cú điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ,gúc giới hạn phản xạ toàn phần, ứng dụng điều kiện để cú hiện tượng phản xạ toàn phần giải thớch một số hiện tượng quang học cú liờn quan
Trờn cơ sở định luật khỳc xạvà kiến thức về đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh ,rỳt ra tớnh chất của cỏc đường, điểm cơ bản của thấu kớnh, từ đú xõy dựng khỏi niệm ảnh và cỏch dựng ảnh,tớnh chất của ảnh cho bởi cỏc thấu kớnh,thiết lập cỏc cụng thức thấu kớnh, độ phúng đại của hai loại thấu kớnh
Từ cỏc kiến thức về đường đi của tia sỏng, về tớnh chất của ảnh cho bởi thấu kớnh tỡm hiểu được đặc điểm quang hỡnh học của mắt.cỏc tật của mắt và cỏch sửa chữa.Rỳt ra điều kiện nhỡn rừ của mắt .
Từ định luật khỳc xạ ỏnh sỏng giới thiệu khỏi niệm chiết suất tỷ đối và tuyệt đối ,hệ thức liờn hệ với vận tốc ỏnh sỏng...Nờu ý nghĩa vật lý của chiết suất
Vẽ đường đi của ỏnh
sỏng trong hiện tượng khỳc xạ ỏnh sỏng .Hỡnh thành khỏi niệm ảnh vật Tớnh thuận nghịch của chiều truyền ỏnh sỏng
Trờn cơ sở định luật khỳc xạ, vẽ được đường đi của cỏc tia sỏng qua lăng kớnh . Thiết lập cỏc cụng thức lăng kớnh, gúc lệch cực tiểu,lăng kớnh phản xạ toàn phần
Từ cỏc kiến thức thực tế và tớnh chất của ảnh cho bởi thấu kớnh hội tụ đưa ra khỏi niệm kớnh lỳp. kết hợp điều kiện nhỡn rừ vật ta xõy dựng được cỏc cỏch ngắm chừng và ưu nhược của từng cỏch.Xõy dựng cụng thức tớnh G
Từ cỏc kiến thức thực tế và tớnh chất của ảnh cho bởi thấu kớnh hội tụ đưa ra khỏi niệm kớnh hiển vi. Kết hợp điều kiện nhỡn rừ vật ta xõy dựng được cỏc cỏch ngắm chừng và ưu nhược của từng cỏch.Xõy dựng cụng thức tớnh G
Từ cỏc kiến thức thực tế và tớnh chất của ảnh cho bởi thấu kớnh hội tụ đưa ra khỏi niệm kớnh thiờn văn.kết hợp điều kiện nhỡn rừ vật ta xõy dựng được cỏc cỏch ngắm chừng và ưu nhược của từng cỏch.Xõy dựng cụng thức
Bởi vỡ rằng cỏc hiện tượng xảy ra ở bề mặt giới hạn của hai mụi trường, đượcvẽ trong sỏch giỏo khoa, cũng như do cỏc giỏo viờn vẽ trờn bảng, thường để cho mặt giới hạn là mặt phẳng nằm ngang, học sinh nhớ hỡnh vẽ nhất định đú vẽ đường đi của cỏc tia sỏng .Do đú đụi khi chỉ cần thay đổi hoàn cảnh đi một chỳt - mặt giới hạn được đặt lệch hoặc, chẳng hạn, tia sỏng đi tới lăng kớnh khụng phải từ phớa đỏy như người ta thường vẽ, mà lại từ phớa đỉnh đó đưa tới những sai lầm nghiờm trọng trong việc vẽ đường đi của cỏc tia sỏng.Điều đú chứng tỏ rằng cỏc em học sinh chỉ nhớ một cỏch hỡnh thức một số phộp vẽ nào đú chứ chưa phải đó nắm vững cỏc định luật cơ bản của quang hỡnh học.
Do đú khi kiểm tra kiến thức của học sinh để biết học sinh nắm cỏc định luật cơ bản của quang hỡnh học nờn thường xuyờn thay đổi vị trớ của mặt giới hạn giữa cỏc mụi trường, thay đổi hướng của tia sỏng tới v.v....
Trong cỏc bài kiểm tra được đưa ra trong phần quang hỡnh học,cần cú một loạt cỏc cõu hỏi,bài tập vẽ đường đi của một tia sỏng qua lăng kớnh,để giỳp ta cú thể kiểm tra sự hiểu biết cỏc định luật cơ bản của quang hỡnh học, cũng như về cỏch vẽ đường đi của cỏc tia sỏng trong những hoàn cảnh rất khỏc nhau. Ngoài ra cỏc kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần cũng cần được kiểm tra bằng những bài tập đú. Việc thu lấy ảnh nhờ cỏc thấu kớnh và việc làm quen với cỏc ứng dụng của chỳng trong cỏc dụng cụ và cỏc mỏy quang học là một bộ phận quan trọng trong những kiến thức của học sinh về quang hỡnh học.
Học sinh cần phải biết vẽ ảnh và khi ỏp dụng cụng thức thấu kớnh phải biết dự đoỏn cú phõn tớch rằng ảnh thu được ở khoảng cỏch là bao nhiờu, phải biết xỏc định tớnh chất của ảnh, độ lớn của nú, hay cần phải đặt vật ở khoảng cỏch là bao nhiờuđể thu được một ảnh xỏc định,độ tụ của thấu kớnh là bao nhiờu v.v...
Thụng thường học sinh biết cụng thức của thấu kớnh. Tuy nhiờn trong khi giải cỏc bài tập một cụng thức thấu kớnh là khụng đủ, bởi vỡ trong phương
trỡnh được lập ra dựa trờn cụng thức thấu kớnh cú hai ẩn số. Ở đõy khụng phải lỳc nào học sinh cũng biết cỏch đưa thờm cỏc cụng thức khỏc thuộc về thỏu kớnh như cụng thức tớnh độ phúng đại và độ tụ của thấu kớnh, để cú đủ số phương trỡnh cần cho việc giải bài tập đó cho.
Đụi khi học sinh gặp khú khăn trong việc ỏp dụng cụng thức thấu kớnh cũng là do chưa cú sự hiểu biết rừ ràng về qui tắc lấy dấu của cỏc đại lượng đưa vào cụng thức.
Học sinh cần nắm rừ đối với ảnh ảo trong cụng thức thấu kớnh cũng như trong cụng thức tớnh độ phúng đại, khoảng cỏch từ nú đến thấu kớnh cú dấu õm.
Cần cú cỏc bài tập về thấu kớnh được đưa vào bài kiểm tra giỳp ta kiểm tra tất cả cỏc vấn đề nờu trờn.
Trong khi nghiờn cứu quang học, học sinh học sinh sẽ trau dồi và phỏt triển thờm những kỹ năng và kỹ xảo thực hành, cần thiết và thực tế cần sử dụng sau này .Đú là cỏc kỹ năng và kỹ xảo dưới đõy : đo cỏc kớch thước dài bằng thước hay thước dõy, kiểm tra đường thẳng trong phộp vẽ đường đi của cỏc tia sỏng, sử dụng thấu kớnh với tớnh cỏch là một dụng cụ quang học, sử dụng nguồn sỏng ( đốn chiếu sỏng với búng đốn điện nhỏ sỏng dưới hiệu điện thế thấp ), sử dụng ỏcqui hoặc pin, lắp cỏc mạch điện, vẽ đường đi của cỏc tia sỏng trong cỏc dụng cụ quang học
Học sinh lớp 11 cần phải biết xỏc định bằng thực nghiệm chiết suất của thuỷ tinh hay của nước, xỏc định bằng thực nghiệm tiờu cự và độ phúng đại của thấu kớnh
Cần phải kiểm tra những kiến thức thực hành thiết yếu này của học sinh. Như vậy sau khi học xong phần quang hỡnh học, thỡ học sinh cú thể cú: 1) Khả năng nhớ :Phỏt biểu được cỏc định nghĩa hiện tượng vật lý như hiện tượng khỳc xạ ỏnh sỏng, hiện tượng phản xạ toàn phần, cỏc khỏi niệm vật lý như khỏi niệm gúc phản xạ toàn phần, khỏi niệm chiết suất, thỏu kớnh hội tụ và
thấu kớnh phõn kỳ, kớnh lỳp, kớnh hiển vi, kớnh thiờn văn, cỏc định luật vật lý, điều kiện cú hiện tượng phản xạ toàn phần
2) Khả năng hiểu : Nhận định được những điểm khỏc biệt và tương đồng giữa cỏc cấu tạo của kớnh lỳp với kớnh hội tụ, kớnh hiển vi với kớnh thiờn văn, đường truyền của tia sỏng qua thấu kớnh hội tụ, thấu kớnh kỳ với đường truyền của tia sỏng qua lăng kớnh,
3) Khả năng ỏp dụng: Biết tớnh toỏn và ỏp dụng cỏc cụng thức để tớnh độ lớn của ảnh, vị trớ của ảnh, độ phúng đại của ảnh, độ bội giỏc của ảnh trong cỏc trường hợp nghắm chừng của cỏc dụng cụ quang học, vận dụng được cỏch vẽ ảnh của vật qua cỏc chi tiết quang học vẽ ảnh trong cỏc trường hợp cụ thể.
4) Khả năng phõn tớch