Trả lời
Sự khác nhau của ba loại quang phổ:
- Quang phổ liên tục: dải màu từ đỏ đến tím, nối liền nhau một cách liên tục - Quang phổ vạch phát xạ: gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối
- Quang phổ vạch hấp thụ: trên nền quang phổ liên tục thiếu một số vạch màu và thay vào đó là những vạch tối.
Nguồn phát và ứng dụng của từng loại quang phổ trong nghiên cứu và cuộc sống:
- Quang phổ liên tục:
+ Nguồn phát: các chất rắn, lỏng, khí ở áp suất cao khi bị nung nóng
+ Ứng dụng: đo nhiệt độ của các vật ở xa như Mặt trời, các thiên thể, ... hoặc đo nhiệt độ của các lò luyện kim, ...
- Quang phổ vạch phát xạ:
+ Nguồn phát: các chất khí hoặc hơi ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích (khi nóng sáng hoặc khi có dịng điện phóng qua)
+ Ứng dụng: xác định cấu tạo hóa học, mẫu chất, tốc độ của các vật ở xa (xác định thiên thể ở xa được cấu tạo từ những loại nguyên tố nào, ...). Ứng dụng của quang phổ vạch phát xạ trong y học là đo phổ phát xạ của nguyên tử. Ba nguyên tố được y học sử dụng để đo sự phát xạ của nguyên tử đó là Natri, Kali và Liti. Người ta cũng dùng Natri, Kali và Liti cùng với cặp điện cực nhằm xác định bức xạ mà nhiệt độ thường không thể xảy ra sự phát xạ. Sự phát xạ của nguyên tử là cơ sở quan trọng để phân tích những tế bào kích thước 1mg/l. Ngồi ra, bằng các thiết bị phân tích, ta có thể xác định thành phần của một số nguyên tố có trong cơ thể như Lưu huỳnh, Sắt hay Photpho,… Sự phát triển của các thiết bị phân tích hiện đại hơn có thể cho biết các nguyên tố như Đồng, Kẽm, Nhôm hay Sắt trong máu. Điều này rất quan trọng trong việc theo dõi các đặc tính của hemoclialialyis hỗ trợ trong điều trị.
- Quang phổ vạch hấp thụ:
+ Nguồn phát: trên đường đi của nguồn phát quang phổ liên tục đặt một đám khí hay hơi có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục
+ Ứng dụng: nhận biết sự có mặt hay xuất hiện của một nguyên tố hóa học nào đó trong hỗn hợp hay hợp chất. Ngồi ra, quang phổ hấp thụ nguyên tử được biết đến là một trong những phương pháp quang phổ hay được dùng để định tính và định lượng trong hóa phân tích. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một loại phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử được dùng để phân tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại vật mẫu khác nhau của các chất hữu cơ và vô cơ
Bài 7: “Ánh sáng phức tạp chiếu vào bề mặt mơi trường trong suốt thì sẽ bị
tán sắc thành các ánh sáng đơn sắc” – đây là hiện tượng tán sắc ánh sáng. Nghe thì có vẻ đơn giản nhưng hiện tượng này lại có nhiều ứng dụng trong cuộc sống lắm đấy! Em hãy nêu nguyên nhân, một số ứng dụng của hiện tượng này và giải thích.
Trả lời
Nguyên nhân: ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Chiết suất của các mơi trường là khác nhau đối với các màu khác nhau, nhỏ nhất đối với màu đỏ và lớn nhất đối với màu tím.
Ứng dụng của hiện tượng tán sắc: máy phân tích quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc. Cấu tạo của máy gồm 3 bộ phận chính: ống chuẩn trực, hệ tán sắc, buồng ảnh. Trong đó, hệ tán sắc gồm một hay nhiều lăng kính dùng để phân tích chùm sáng ra thành nhiều thành phần đơn sắc khác nhau. Ngoài ra, nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển như cầu vồng, ... là ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng.
2.2.5. Một số thuận lợi – khó khăn trong việc sử dụng BTVLTT nhằm phát triển năng lực GQVĐ của HS phát triển năng lực GQVĐ của HS
- Thuận lợi
Dễ dàng sử dụng các bài tập Vật lí mở đầu để đưa ra tình huống thực tiễn giúp HS phát hiện và làm rõ vấn đề cần giải quyết. Từ đó, đề xuất giả thuyết để giải quyết vấn đề.
Một số bài tập Vật lí thực tiễn xây dựng kiến thức mới có sử dụng thí nghiệm khá đơn giản hoặc được thiết kế sẵn, HS có thể đề xuất và tiến hành được.
Các bài tập Vật lí thực tiễn củng cố - vận dụng hoặc bài tập Vật lí tìm hiểu thực tiễn được sử dụng khá dễ dàng, giúp HS phát triển các thành tố của năng lực GQVĐ.
Có thể kết hợp dạy chung bài tập xây dựng kiến thức của bài “tia hồng ngoại – tia tử ngoại” với bài tập xây dựng kiến thức bài “Tia X” vì cả hai đều mang tính chất tìm hiểu thơng tin.
- Khó khăn
HS khó hình dung được ánh sáng là sóng
Một số thí nghiệm tuy dụng cụ khá đơn giản hoặc được thiết kế sẵn nhưng thao tác khó thực hiện.
Một số bài học kiến thức mới chủ yếu dưới dạng thơng tin tìm hiểu (tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X, các loại quang phổ) nên khó phát triển thành tố đề xuất và lựa chọn giải pháp, khó phát triển hành vi vận dụng giải pháp vào tình huống mới.
2.3. Tiến trình dạy học một số bài thuộc chương “Sóng ánh sáng” có sử dụng bài tập Vật lí thực tiễn bài tập Vật lí thực tiễn
2.3.1. Tiến trình dạy học bài “Tán sắc ánh sáng” có sử dụng bài tập Vật lí thực tiễn thực tiễn
Thời lượng: 2 tiết trên lớp
Phương pháp dạy học: dạy học giải quyết vấn đề
a. Mục tiêu dạy học
Kiến thức, kỹ năng
- HS hiểu được hiện tượng tán sắc ánh sáng và nguyên nhân của nó.
- HS biết được một số ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng trong cuộc sống
- HS hiểu được thế nào là ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng Năng lực
- Phát hiện vấn đề: ánh sáng trắng bị đổi thành nhiều màu khác nhau khi chiếu vào kim cương.
- Đề xuất và lựa chọn giải pháp: + Đề xuất được giả thuyết:
Giả thuyết 1: ánh sáng trắng gồm nhiều màu sắc khác nhau.
Giả thuyết 2: lăng kính khơng làm đổi màu ánh sáng chiếu qua nó.
+ Thiết kế được phương án thí nghiệm (mơ tả dụng cụ, cách tiến hành) kiểm tra tính đúng đắn của 2 giả thuyết trên.
- Thực hiện và đánh giá giải pháp: thực hiện được thí nghiệm, nêu kết quả thu được từ thí nghiệm, giải thích được nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng và vận dụng để giải một số bài tập liên quan.
b. Hoạt động dạy học
Hoạt động 1: Phát hiện và làm rõ vấn đề
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Yêu cầu HS thực hiện bài tập mở đầu sau:
Bài 1: Quan sát hình ảnh ánh sáng rọi
qua kim cương:
- Quan sát hình ảnh trên, em có nhận xét gì về màu sắc của ánh sáng trước và sau khi chiếu qua kim cương?
- Em hãy phát biểu vấn đề phát hiện được?
Gợi ý: ánh sáng trước khi chiếu vào kim cương có màu gì? Ánh sáng sau khi đi ra khỏi kim cương có màu gì? Vấn đề phát hiện được ở đây là gì?
- HS thảo luận nhóm và trả lời:
- Ánh sáng ban đầu màu trắng, chiếu qua kim cương thấy xuất hiện nhiều màu rực rỡ.
- Tại sao ánh sáng trắng lại bị đổi màu sau khi chiếu qua kim cương như vậy?
Hoạt động 2: Đề xuất giải pháp và giải quyết vấn đề, rút ra kiến thức mới
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Các em hãy đề xuất giả thuyết (câu trả lời dự kiến) cho vấn đề trên.
- Làm thế nào để có thể kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết trên.
- Chúng ta sẽ kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết trên bằng cách thực hiện bài
HS thảo luận nhóm và trả lời:
Giả thuyết: ánh sáng trắng gồm nhiều ánh sáng có màu khác nhau tạo thành. Ta cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết trên.
tập sau (bài tập xây dựng kiến thức số 1)
Bài 2A: Từ hình ảnh nhiều màu sắc rực
rỡ sau khi chiếu qua kim cương..., em hãy mơ tả và sau đó tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết ánh sáng trắng gồm nhiều ánh sáng khác nhau tạo thành (dụng cụ, cách tiến hành, kết quả). Em hãy nhận xét kết quả thu được.
Gợi ý: cần nguồn ánh sáng trắng, môi trường trong suốt, màn quan sát. Nguồn sáng trắng đơn giản nhất là Mặt trời, mơi trường trong suốt có thể là nước, lăng kính thủy tinh, ... Màn hứng ảnh là tờ giấy trắng, ... Chọn lăng kính thủy tinh vì dùng lăng kính có thể quan sát rõ các góc tới, góc ló, đường đi tia sáng, ... Hứng một tia sáng Mặt trời vào lăng kính và quan sát tia ló bằng cách hứng tờ giấy phía sau.
- GV nhận xét câu trả lời và cách tiến hành thí nghiệm của các nhóm
- GV đưa ra vấn đề: Vô số các màu xuất hiện là do lăng kính phân tích tia sáng Mặt trời hay lăng kính làm đổi màu ánh sáng?
- Hãy đề xuất giả thuyết để giải quyết vấn đề trên.
- Em hãy: (bài tập xây dựng kiến thức số 2)
Bài 3A:
+ Dụng cụ: gương hứng ánh sáng Mặt trời, lăng kính thủy tinh, màn hứng ảnh, màn hứng có lỗ hẹp
+ Tiến hành: dùng gương hứng ánh sáng Mặt trời qua một màn có lỗ hẹp sao cho có 1 tia sáng Mặt trời đi qua lăng kính. Sau đó dùng màn hứng ảnh và quan sát hình ảnh thu được trên màn.
+ Kết quả: trên màn quan sát, ta thu được dải màu như dải màu cầu vồng, gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
+ Rút ra kết luận: ánh sáng trắng hay ánh sáng Mặt trời là tổng hợp của các màu hiện ra trên màn
- Giả thuyết: Lăng kính làm đổi màu ánh sáng Mặt trời.
- Ta tiến hành một thí nghiệm khác để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết.
a) Em hãy mơ tả và tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết lăng kính có làm đổi màu ánh sáng Mặt trời hay không? (dụng cụ, cách tiến hành, kết quả). Em hãy rút ra kết luận về kết quả thu được.
Gợi ý: cần một tia sáng chỉ có một màu cho đi qua lăng kính, màn hứng ảnh quan sát. Có thể sử dụng đèn tạo ra ánh sáng một màu hay tách ra một tia sáng từ vô số ánh sáng sau khi đi qua lăng kính. Màn hứng ảnh là tờ giấy trắng, ... Chọn cách tách ra một tia sáng một màu từ chùm sáng ló ra khỏi lăng kính vì chưa chắc có đèn tạo ra ánh sáng một màu
b) Em hãy giải thích vì sao ánh sáng Mặt trời đi qua kính màu
đỏ thì ánh sáng ló ra có màu đỏ? Cịn khi đi
qua kính xanh thì ánh sáng ló ra có màu xanh?
- GV nhận xét cách tiến hành thí nghiệm và câu trả lời của các nhóm, rút ra kết luận: lăng kính khơng làm đổi màu ánh sáng trắng. Ánh sáng trắng gồm nhiều ánh sáng có màu khác nhau tạo thành.
- GV tổng kết: + Ánh sáng có một màu nhất định và a) + Dụng cụ: gương hứng tia sáng Mặt trời, 2 lăng kính, màn hứng ảnh, 2 màn hứng có một lỗ hẹp. + Tiến hành: dùng gương hứng ánh sáng Mặt trời qua một màn có lỗ hẹp sao cho có 1 tia sáng Mặt trời đi qua lăng kính số 1. Sau đó dùng màn hứng khác có lỗ hẹp nhỏ đặt ngay vị trí màu vàng, như vậy màu vàng không bị chắn lại mà truyền qua lỗ hẹp đó. Tiếp theo, dùng lăng kính 2 đặt sau, ngược chiều với lăng kính 1 và quan sát tia sáng ra khỏi 2 lăng kính trên màn hứng ảnh sau cùng.
+ Kết quả: trên màn quan sát, ta thu được một màu vàng.
+ Rút ra kết luận: giả thuyết đặt ra là chưa chính xác: lăng kính khơng làm đổi màu tia sáng mà chỉ phân tích ánh sáng Mặt trời ra thành các thành phần ánh sáng khác nhau. Các ánh sáng thu được trên màn là thành phần của ánh sáng Mặt trời
b) Vì kính đỏ có tác dụng hấp thụ hết tia sáng màu khác, chỉ cho màu đỏ đi qua nên ánh sáng ló ra có màu đỏ. Kính xanh cũng vậy, chỉ cho màu xanh đi qua nên ánh sáng ló ra có màu xanh
khơng bị tán sắc khi truyền qua lăng kính được gọi là ánh sáng đơn sắc. Hiện tượng phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. Ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng:
a) Em hãy giải thích tại sao chùm sáng trắng khi đi qua lăng kính bị phân tách ra thành nhiều màu khác nhau, màu đỏ ở phía trên, trải dài tới màu tím ở phía dưới.
Gợi ý: Ở lớp 11 ta đã học góc lệch của tia sáng khi đi qua lăng kính có góc chiết quang A nhỏ được tính bởi cơng thức gì
D = (n – 1)A.
Các ánh sáng màu khác nhau có góc lệch khác nhau không?
Dựa vào công thức, cho biết nguyên nhân nào làm cho các góc lệch của các tia sáng khác nhau?
Chiết suất của lăng kính thủy tinh đối với màu nào lớn nhất, bé nhất?
b) Tia sáng Mặt trời chiếu vào nước sẽ xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Em hãy cho biết tia sáng nào lệch nhiều nhất
- HS thảo luận nhóm và trả lời:
a) Góc lệch của tia sáng là: D = (n – 1)A Do chiết suất của thủy tinh đối với các màu khác nhau thì khác nhau. Vì vậy, các góc lệch của các tia sáng qua lăng kính khác nhau nên ta thấy một chùm sáng trắng giống như bị phân tách ra thành nhiều màu khác nhau. Tia đỏ lệch ít nhất vì chiết suất n đối với màu đỏ bé nhất. Tia tím lệch ít nhất vì chiết suất n đối với màu tím bé nhất
b) Khi xảy ra hiện tượng khúc xạ ở mặt nước, tia sáng tím lệch nhiều nhất, góc khúc xạ của tia đỏ lớn nhất vì nđỏ < ntím nên rđỏ > rtím.
và góc khúc xạ của tia sáng màu nào là lớn nhất.
GV tổng kết: chiết suất của thủy tinh đối với các màu khác nhau thì khác nhau. Chiết suất của lăng kính thủy tinh đối với màu đỏ bé nhất và lớn nhất đối với màu tím. Chiết suất tăng dần từ đỏ tới tím.
Hoạt động 3: Vận dụng kiến thức để giải quyết tình huống mới
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
GV giao hai bài tập củng cố - vận dụng sau và yêu cầu HS thảo luận nhóm và trả lời:
Bài 4A: Bạn Minh Phi học rất giỏi mơn
Vật lí. Vào ngày nghỉ cuối tuần, bạn Phi đi bơi và thấy ánh sáng Mặt trời rọi xuống đáy bể bơi tạo thành một dải màu sắc rất đẹp như dải màu cầu vồng. Bạn thắc mắc không biết ánh sáng Mặt trời đã rọi xuống bể bơi dưới một góc bao nhiêu nên đã tìm cách tính góc đó. Bạn Phi đo được độ dài vệt sáng dưới đáy bể là 1,5 cm, chiều cao bể nước là 1,2m chứa đầy nước. Bạn tìm được thơng tin chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,328 và 1,343. Em hãy cho biết bạn đã tính như thế nào?
Gợi ý: - có thể vẽ hình cho HS xem - Nhắc lại công thức định luật khúc xạ
- HS thảo luận nhóm và trả lời : Trả lời: Ta có: 𝑛1𝑠𝑖𝑛𝑖 = 𝑛2đ𝑠𝑖𝑛𝑟đ ⇒ 𝑠𝑖𝑛𝑟đ =𝑠𝑖𝑛𝑖 𝑛2đ = 𝑠𝑖𝑛𝑖 1,328⇒ 𝑟đ = 𝑠𝑖𝑛−1(𝑠𝑖𝑛𝑖 𝑛2đ)
ánh sáng
- Áp dụng công thức lượng giác trong tam giác vuông
Bài 5A: a) Em hãy giải thích tại sao trên