8. Cấu trúc của luận văn
2.2. Xây dựng bài tập Vật lí gắn với thực tiễn phần "Quang học" Vật lí
2.2.2.1. Bài tập xây dựng kiến thức mới
Bài 1: Ngay từ thế kỷ thứ I sau CN, trong cuốn Quang học, Ptolémée đã
miêu tả thí nghiệm đã từng đƣợc Euclide nhắc đến: Đ t một cái bát to lên bàn và thả xuống đáy bát một đ ng tiền xu. Hãy ng i ở một ch sao cho bạn khơng thể nhìn thấy đ ng tiền xu nếu hông hơi nhổm ngƣời lên. Nghĩa là đ ng xu đã nằm ngoài tầm mắt của bạn. Sau đó hãy đổ nƣớc từ từ vào trong bát. Mức nƣớc tăng lên và đến một l c nào đó, bạn sẽ nhìn thấy đ ng xu mà khơng phải nhổm ngƣời lên. Em hãy giải thích hiện tƣợng?
Hướng dẫn giải bài tập:
Bƣớc 1: (Hiểu vấn đề) Cùng một vị trí nh n, hi hơng có nƣớc thì khơng
nhìn thấy đ ng xu, hi có nƣớc thì nhìn thấy đ ng xu.
Bƣớc 2: (Giải pháp thực hiện) Khi đổ nƣớc ánh sáng từ đáy bát truyền đến
mắt ta sẽ bị khúc xạ ở m t phân cách giữa nƣớc và khơng khí.
Bƣớc 3: (Lập luận lơgic) Khi hơng có nƣớc, các tia sáng xuất phát từ đ ng
xu hông đi vào mắt; có nƣớc, tia sáng bị lệch về phía đáy do hiện tƣợng khúc xạ và đi vào mắt nên ta có thể nhìn thấy nó.
Bƣớc 4: (Đánh giá giải pháp) Ta thấy khi nhìn xuống nƣớc cảm giác nhƣ
các vật dƣới nƣớc gần m t nƣớc hơn so với thực tế.
Bƣớc 5: (Vận dụng vào tình huống mới) Ngƣời thợ bắt cá bằng cách phi lao
muốn phi vào bụng con cá lại thƣờng ngắm vào đầu cá để phi, tại sao lại nhƣ vậy?
Hướng dẫn giải bài tập
Bƣớc 1: Hiện tƣợng cầu v ng (dải màu) xuất hiện sau cơn mƣa.
Bƣớc 2: Sau cơn mƣa cịn nhiều hạt nƣớc trong hơng hí và trong đám mây.
Hiện tƣợng phân tích ánh sáng trắng thành những chùm sáng màu khác nhau trải dài thành giải dƣới dạng một hình cung.
Bƣớc 3: Qua những giọt nƣớc nhỏ chùm ánh sáng trắng (chùm ánh sáng m t
trời) bị phân tích ra thành các chùm sáng có màu: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
Bƣớc 4: Cầu v ng bản chất là sự phân tích ánh sáng trắng khi chùm ánh sáng
M t trời bị khúc xạ và phản xạ qua các giọt nƣớc mƣa.
Bƣớc 5: Quan sát bong bóng xà phịng, váng dầu mỡ ở ngồi nắng ta thấy các
giải màu đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Giải thích hiện tƣợng?
2.2.2.2. Bài tập vật lí gắn với thực tiễn hoạt đ ng trên lớp
Bài 3: Khi nhìn con nhện qua giọt nƣớc ta thấy hình ảnh thu nhỏ và ngƣợc chiều của nó trên giọt nƣớc.Tại sao lại nhƣ vậy?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Hình ảnh thu nhỏ và ngƣợc chiều của con nhện cúc trên giọt nƣớc. Bƣớc 2: Giọt nƣớc nhƣ một thấu kính hội tụ.
Bƣớc 3: Giọt nƣớc nhƣ một thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ f. con nhện nằm ngồi khoảng 2f nên hình ảnh của nó qua giọt nƣớc bị thu nhỏ và ngƣợc chiều.
Bƣớc 4: Ta thấy các thợ ảnh dựa vào hiện tƣợng này để chụp đƣợc những bức
ảnh rất độc đáo.
Bƣớc 5: Ngƣời ta có thể dùng quả cầu pha lê đƣa ra ánh sáng m t trời để
nhóm lửa. Tại sao lại làm đƣợc nhƣ vậy?
Bài 4: Bếp hồng ngoại truyền nhiệt trực tiếp bằng cách sử dụng bóng đèn nhƣ bóng đèn sợi đốt bình thƣờng nhƣng nó nóng hơn rất nhiều vì đây là bóng halogen. Halogen có khả năng tái tạo dây tóc Vonfram, các nguyên tử Vonfram bị bật trở lại một cách có hiệu quả tái tạo lại dây tóc khi nó bắt đầu phân hủy. Nghĩa là tuổi thọ của đèn sẽ đƣợc kéo dài lâu hơn. Nhiệt độ của một bóng đèn halogen thƣờng là 250- 600 °C, rất nóng và đủ để nấu chín thực phẩm.
Mặt bếp chỉ cho tia hồng ngoại đi qua và phát nhiệt. Mặt bếp đƣợc làm từ thủy tinh hữu cơ hoặc gốm ceramic đƣợc tích hợp nhiều thấu kính hội tụ (16 thấu kính/ cm2). Tại sao cần dùng nhiều thấu kính hội tụ?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Tia h ng ngoại tạo nhiệt chiếu qua m t bếp h ng ngoại. Dùng nhiều
thấu kính hội tụ trên m t bếp h ng ngoại.
Bƣớc 2: Cơng dụng của thấu kính hội tụ: Hội tụ các tia h ng ngoại ở các tiêu điểm. Bƣớc 3: Các thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ đƣợc thiết kế sao cho các tia
h ng ngoại đi qua sẽ tập trung trên m t bếp, tập chung nhiệt vào phần đ t n i để nấu.
Bƣớc 4: Ta thấy bếp h ng ngoại thƣờng tỏa nhiệt lớn ở phần m t đun nấu nên
Bƣớc 5: Một b nh nƣớc giữ nhiệt có m t ính phía trên, đ t ngồi trời và có nhiều
thấu kính hội tụ xung quanh. Tại sao lại dùng các thấu kính hội tụ xung quanh?
Bài 5: Ở đèn hải đăng (đèn dẫn đƣờng cho tàu thuyền đi biển), có một thấu kính hội tụ L, đƣờng kính vài chục centimet (thấu kính L phải lớn và có tiêu cự ngắn). Đặt nguồn sáng S (bóng điện cơng suất rất lớn hoặc đèn đốt nóng bằng khí C2H2) ở phía sau thấu kính ánh sáng của đèn có thể truyền đƣợc khá xa, tầm xa xấp xỉ 100km. Tại sao cần dùng thấu kính hội tụ?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Thấu kính hội tụ dùng trong đ n hải đăng để truyền ánh sáng đi xa. Bƣớc 2: Đ c điểm của ánh sáng đi qua thấu kính hội tụ.
Bƣớc 3: Khi đ t ngu n sáng S ở tiêu điểm của thấu kính thì ánh sáng tập
chung đi qua thấu kính là song song. Nên truyền đi đƣợc rất xa.
Bƣớc 4: Ta thấy ngọn hải đăng h trợ cho ngƣời đi biển định hƣớng và xác
định vị trí của tàu thuyền, báo hiệu chƣớng ngại vật nguy hiểm, giúp cho tàu thuyền ở xa tránh va chạm đƣợc với các dải đá ngầm, bãi cạn.
Bƣớc 5: Đề xuất cách giúp máy ảnh chụp đƣợc các vật ở xa?
Bài 6: Một số ngƣời cận thị khi về già thƣờng đeo kính hai trịng: Trịng trên dùng để nhìn xa, trịng dƣới dùng để nhìn gần. Trịng nhìn gần đƣợc cấu tạo từ một kính nhỏ dán vào phần dƣới của trịng nhìn xa. Vì sao những ngƣời cận thị khi về già lại phải đeo kính nhƣ vậy?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Ngƣời già cận thị phải đeo ính cận để nh n xa, đeo ính viễn để
nhìn gần.
Bƣớc 2: Do cùng mắc tật mắt cận và mắt lão.
Bƣớc 3: Những ngƣời cận thị hông nh n đƣợc những vật ở xa. Khi về già,
mắt bị lão hoá nên c ng hơng thể nhìn những vật ở gần nhƣ mắt bình thƣờng. Lẽ ra họ phải dùng hai loại kính khác nhau, kính cận thị để nhìn
những vật ở xa (nhƣ hi đi đƣờng để quan sát chẳng hạn), và ính lão dùng để nhìn những vật ở gần ( hi đọc sách báo…).
Bƣớc 4: Việc dùng hai loại kính riêng biệt nhƣ vậy có nhiều bất tiện nên trên
thực tế, ngƣời ta chế tạo loại ính có hai trịng để ngƣời già có nhiều thuận tiện hơn. Tròng trên dùng để nh n xa, tròng dƣới dùng để nhìn gần.
Bƣớc 5: Khi ngƣời già bị cận thị một bên và hai bên mắt bị mắt lão, thì phải
đeo ính nhƣ thế nào?
Bài 7: Hai em nhìn vào hình, một em nhìn ở phía bên trái, một em nhìn ở phía bên phải và cho biết em nhìn thấy con gì? Tại sao lại nhìn ra đƣợc?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Nhận biết con vật trong hình ảnh.
Bƣớc 2: Chùm sáng từ hình ảnh truyền tới mắt, ảnh hiện trên màng lƣới, xuất
hiện “lu ng thần inh” đƣa thông tin của ảnh lên lão.
Bƣớc 3: Có hai trƣờng hợp: + Trƣờng hợp 1: Nhìn bên trái thấy con vịt.
+ Trƣờng hợp 2: Nhìn bên phải thấy con thỏ. Hình ảnh mà ta nhìn thấy khơng chỉ do mắt mà cịn do gó nhìn, góc trơng của mắt.
Bƣớc 4: Ta thấy còn rất nhiều hình ảnh xuất hiện trong tự nhiên nhƣ hiện
tƣợng trên.
Bài 8: Những ngƣời thợ sữa đồng hồ thƣờng dùng một cái kính nhỏ. Kính đó thuộc loại kính gì? Họ sử dụng kính đó nhƣ thế nào?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Công dụng và cách sử dụng kính của ngƣời thợ đ ng h .
Bƣớc 2: Đó là ính l p: Thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn(khoảng từ 4 cm - 5
cm) nên có số bội giác lớn.
Bƣớc 3: Họ thƣờng sử dụng kính này theo ba cách khác nhau tuỳ vào trƣờng
hợp cụ thể:
- Cách thứ nhất: Đ t vật quan sát ở đ ng tiêu điểm của thấu ính để ảnh của vật hiện lên ở vơ cực, dùng cách này có ƣu điểm mắt đ t ở sau kính ch nào c ng đƣợc.
- Cách thứ hai: Đ t vật gần và sau tiêu điểm vật, sao cho ảnh của nó ở đ ng điểm cực cận của mắt. Khi đó, mắt phải đ t sát vào kính (quang tâm của mắt gần nhƣ trùng với quang tâm của ính), cách dùng này có ƣu điểm là cho ta độ phóng đại lớn, nhƣng có nhƣợc điểm là mắt phải điều tiết cực đại, nếu nhìn lâu sẽ làm cho mắt chóng mỏi.
- Cách thứ ba: Đ t cho quang tâm của mắt trùng với tiêu điểm ảnh của ính, đ t vật gần và sau tiêu điểm sao cho ảnh của vật nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt. Cách này có ƣu điểm là khi vật xê dịch chút ít, sao cho ảnh
của nó vẫn nằm trong giới hạn nhìn rõ, thì mắt vẫn nhìn rõ ảnh. Cách này rất tiện lợi cho ngƣời thợ sữa đ ng h vì anh ta có thể quan sát đƣợc các bộ phận khác nhau của đ ng h , cùng một lúc.
Bƣớc 4: Trên thực tế, để đảm bảo quang tâm của mắt đ t đ ng tiêu điểm của
ính, ngƣời ta thƣờng lắp kính vào một đầu ống nhựa, đầu kia của ống lắp vào hốc mắt, và đƣợc giữ bằng lớp da m t ho c bằng một dây buộc vào sau đầu.
Bƣớc 5: Ngƣời ta dùng ính l p để đọc những dịng chữ nhỏ, hãy giải thích? Bài 9: Giả thiết rằng ngƣời đối thoại với bạn đang đeo kính và ngồi đối diện với bạn qua một cái bàn. Hiển nhiên rằng với tƣ cách là một ngƣời lịch sự, bạn không đề nghị anh ta cho bạn đeo thử chiếc kính đó và khơng đề cập đến chiếc kính trong cuộc nói chuyện. Bạn có thể xác định đƣợc anh ta đang đeo kính cận hoặc kính viễn hay khơng?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Xác định loại kính (kính cận ho c kính viễn) của ngƣời đối diện mà
hơng động đến kính.
Bƣớc 2: Kính cận là kính phân kì, kính viễn là kính hội tụ. Đ c điểm tạo ảnh
của kính hội tụ và phân kì.
Bƣớc 3: Nhìn ảnh mắt của ngƣời đó. Mắt ở sau kính phân kì sẽ thấy nhỏ hơn,
cịn mắt sau kính hội tụ sẽ lớn hơn. Từ đó suy ra ngƣời đeo ính bị cận thị hay viễn thị.
Bƣớc 4: Cách này dễ xác định nhất ngƣời đó bị cận thị hay viễn thị.
Bƣớc 5: Trong phịng có một kính hội tụ và một ính phân đƣợc chiếu sáng mởi một bóng đ n điện (sợi đốt). Nêu cách xác định loại thấu kính?
Bài 10: Tại sao mặt cánh quạt của máy bay hƣớng về buồng ngƣời lái đƣợc sơn màu đen?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Cánh quạt hƣớng về phía bu ng lái sơn màu đen. Bƣớc 2: Màu đen hơng tán xạ ánh sáng tới nó.
Bƣớc 3: Khi sơn màu trắng ánh sáng m t trời sẽ phản xạ tới mắt làm lóa mắt
ngƣời lái.
Bƣớc 4: HS tự đánh giá.
Bƣớc 5: Tại sao phòng làm việc thƣờng sơn màu trắng và màu xanh?
Bài 11: Tại sao vỏ tàu biển ở các nƣớc nhiệt đới thƣờng đƣợc sơn màu trắng?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Màu vỏ tàu biển ở các nƣớc nhiệt đới màu trắng. Bƣớc 2: Màu trắng hấp thụ nhiệt ít.
Bƣớc 3: Màu trắng hấp thụ nhiệt từ ánh nắng m t trời ít. Để giúp vỏ tàu khỏi
bị nóng lên nhiều.
Bƣớc 4: HS tự đánh giá.
Bƣớc 5: Tại sao đi ở Bắc Cực ngƣời ta thƣờng m c áo màu đen?
2.2.2.3. Bài tập về nhà (thí nghiệm)
Bài 12: Xác định góc tới và góc khúc xạ trong hiện tƣợng khúc xạ của tia sáng đi từ nƣớc ra khơng khí
Hướng dẫn giải bài tập:
Bƣớc 1: Hiểu vấn đề
Giả thiết: Tia sáng đi từ nƣớc ra khơng khí. Kết luận: Đo góc tới và góc khúc xạ.
Bƣớc 2: Giải pháp thực hiện
Nhúng tấm phẳng vào chậu nƣớc theo phƣơng thẳng đứng, có một phần ở trên m t nƣớc ( chọn tấm g đủ cao để cạnh dƣới của nó chạm vào đáy chậu nƣớc). Dùng bút k , đinh ghim các vị trí, thƣớc đo độ.
r i B I N N’ M M’ A D C . . . .
Bƣớc 3: Lập luận lôgic
K vạch ngang mực nƣớc (cắm 2 đinh ghim ở 2 điểm MM’ r i dùng thƣớc nối MM’). Cắm 2 đinh ghim hác vào phần tấm phẳng nhúng trong nƣớc ở 2 vị trí AB (hình vẽ).
Ghé mắt trong m t phẳng của tấm r i cắm tiếp 2 đinh ghim vào vị trí C, D của phần tấm phẳng không nằm trong nƣớc sao cho mắt thấy 2 đinh ghim A,B và C,D nằm trên cùng một đƣờng thẳng.
Rút tấm phẳng ra khỏi nƣớc và nối các đoạn thẳng CD,AB. Chúng cắt nhau tại I trên đƣờng ghi mực nƣớc. K pháp tuyến NIN’ của m t nƣớc. AI là tia tới góc AIN’= i là góc tới, IC là tia khúc xạ góc NIC = r là góc khúc xạ
Dùng thƣớc đo độ để đo i và r, làm lại 3 lần r i lấy giá trị trung bình của i, r.
Bƣớc 4: Đánh giá giải pháp
Cách khác: làm một cái thƣớc đo độ to bằng tấm bảng để đo nhanh và chính xác hơn.
Bƣớc 5: Vận dụng vào tình huống mới
Đo góc tới và góc khúc xạ của tia sáng đi từ dầu vào nƣớc?
Bài 13: Làm thế nào để chế tạo đƣợc một kính lúp nếu bạn chỉ có: Một tấm nhơm mỏng, một giọt nƣớc và một chiếc đinh?
Hướng dẫn giải bài tập :
Bƣớc 1: Với các dụng cụ một tấm nhôm mỏng, một giọt nƣớc và một chiếc
đinh chế tạo kính lúp.
Bƣớc 2: Giọt nƣớc nhƣ một thấu kính hội tụ. Nên ta cần giữ giọt nƣớc trên
miếng nhôm.
Bƣớc 3: Dùng đinh đục một l nhỏ trên tấm nhơm, sau đó nhỏ giọt nƣớc nên.
Giọt nƣớc sẽ bám ở l đó nhƣ một kính lúp (thấu kính hội tụ).
Bƣớc 4: Ta thấy giải pháp là tối ƣu để quan sát các vật. Có thể giữ giọt nƣớc
trên chiếc đinh nhƣng hó hơn.
2.3. Xây dựng một số bài giảng sử dụng bài tập gắn với thực tiễn trong dạy học phần "Quang học” vật lí 9 THCS, định hƣớng phát triển tính dạy học phần "Quang học” vật lí 9 THCS, định hƣớng phát triển tính tích cực cho học sinh.
2.3.1. Tiến trình dạy học bài: Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng.
Tiết 44: HIỆN TƢỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức:
- Nhận biết đƣợc hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng.
- Quan sát đƣợc thí nghiệm quan sát đƣờng truyền của tia sáng đi từ khơng hí sang nƣớc và ngƣợc lại.
- Phân biệt đƣợc hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng với hiện tƣợng phản xạ ánh sáng.
2. Kỹ năng:
- Nghiên cứu một hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng bằng thí nghiệm. - Tìm ra qui luật đƣờng truyền của tia sáng qua hiện tƣợng khúc xạ.
3 Thái đ :
- Có tác phong nghiên cứu hiện tƣợng để thu thập thông tin.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên:
* M i nhóm HS :
- 1 bộ TN hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng, ngu n điện và đ n laze. - 1 cái bát, đ a, nƣớc.
2. Học sinh:
- Học bài c và chuẩn bị trƣớc bài
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
1, Hoạt đ ng 1(1 phút): Ổn định tổ chức. Kiểm tra bài cũ.
2, Hoạt đ ng 2(3 phút): Đặt vấn đề bằng bài tập gắn với thực tiễn số 1
GV đ t ra vấn đề cho HS: Ngay từ thế kỷ thứ I sau CN, trong cuốn Quang học, Ptolémée đã miêu tả thí nghiệm đã từng đƣợc Euclide nhắc đến: Đ t một cái bát to lên bàn và thả xuống đáy bát một đ ng tiền xu. Hãy ng i ở một ch sao