9- Đúng gúp của đề tài:
2.1.1. Vai trũ của chương “Súng ỏnh sỏng” trong chương trỡnh Vật lớ PT
“Súng ỏnh sỏng” hay cũn gọi là Quang học súng là một phần của Quang học. Chương này chủ yếu nghiờn cứu về bản chất súng của ỏnh sỏng. Quang học súng cựng với Quang học lượng tử đĩ mụ tả một cỏch tổng quan nhất về lưỡng tớnh súng - hạt của ỏnh sỏng. Lý thuyết Quang học súng đĩ giải thớch thành cụng cỏc hiện tượng như tỏn sắc, giao thoa, nhiễu xạ ỏnh sỏng và một số ứng dụng của chỳng. Ngồi ra, chương cũn đề cập tới nguyờn tắc hoạt động của mỏy quang phổ, khảo sỏt cỏc tớnh chất và cụng dụng của cỏc bức xạ khụng nhỡn thấy… Chương “Súng ỏnh sỏng”, Vật lớ 12 cơ bản, đĩ trỡnh bày một cỏch cụ thể khụng chỉ về mặt định tớnh mà cả định lượng về bản chất súng của ỏnh sỏng. Nú đĩ thể hiện được mục tiờu hồn thiện kiến thức vật lớ phổ thụng, phự hợp với năng lực tư duy và khả năng suy luận logic của học sinh. [3],[4].
Bờn cạnh đú, kiến thức chương “Súng ỏnh sỏng” đĩ cú nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật nờn việc dạy học chương “Súng ỏnh sỏng” cú tỏc dụng rất lớn trong việc giỏo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh.
2.1.2. Cấu trỳc của chƣơng “Súng ỏnh sỏng” -Vật lớ 12 Cơ bản
Chương “Súng ỏnh sỏng” là một trong tỏm chương của chương trỡnh Vật lớ 12 cơ bản. Mục tiờu của chương là cung cấp những kiến thức cơ bản nhất về tớnh chất súng của ỏnh sỏng từ đú đi giải thớch cỏc hiện tượng như tỏn sắc, giao thoa, nhiễu xạ… của ỏnh sỏng.
So với cỏc chương khỏc trong chương trỡnh Vật lớ 12 cơ bản, chương “Súng ỏnh sỏng” được phõn phối số tiết ở mức khỏ lớn: tổng số 10 tiết, trong
đú 5 tiết lớ thuyết, 2 tiết bài tập và 2 tiết thực hành thớ nghiệm, 1 tiết kiểm tra; ngồi ra cũn 2 tiết bỏm sỏt luyện tập và ụn tập chương .
Cú thể hệ thống nội dung kiến thức chương Súng ỏnh sỏng theo sơ đồ.
Hỡnh 2.1. Sơ đồ chƣơng “ Súng ỏnh sỏng”.
2.1.3. Chuẩn kiến thức và kĩ năng chƣơng “Súng ỏnh sỏng”- vật lớ 12 cơ bản.[8]
a) Về kiến thức
- Mụ tả được hiện tượng tỏn sắc ỏnh sỏng qua lăng kớnh và nờu được hiện tượng tỏn sắc là gỡ.
- Nờu được mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú một bước súng xỏc định trong chõn khụng và chiết suất của mụi trường phụ thuộc vào bước súng của ỏnh sỏng trong chõn khụng.
- Nờu được hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng là gỡ.
- Trỡnh bày được một thớ nghiệm về sự giao thoa ỏnh sỏng và nờu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng.
- Nờu được võn sỏng, võn tối là kết quả của sự giao thoa ỏnh sỏng.
- Nờu được điều kiện để cú cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa ở một điểm. - Viết được cụng thức tớnh khoảng võn.
- Nờu được hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng chứng tỏ ỏnh sỏng cú tớnh chất súng và nờu được tư tưởng cơ bản của thuyết điện từ ỏnh sỏng.
- Trỡnh bày được nguyờn tắc cấu tạo của mỏy quang phổ lăng kớnh và nờu được tỏc dụng của từng bộ phận của mỏy quang phổ.
- Nờu được quang phổ liờn tục, quang phổ vạch phỏt xạ, quang phổ vạch hấp thụ là gỡ, cỏc đặc điểm chớnh và những ứng dụng chớnh của mỗi loại quang phổ.
- Nờu được phộp phõn tớch quang phổ là gỡ.
- Nờu được bản chất, cỏch phỏt, cỏc đặc điểm và cụng dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X.
- Kể được tờn của cỏc vựng súng điện từ kế tiếp nhau trong thang súng điện từ theo bước súng.
b) Về kĩ năng
- Giải được cỏc bài tập về hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng.
- Xỏc định được bước súng ỏnh sỏng theo phương phỏp giao thoa bằng thớ nghiệm.
c) Về thỏi độ
- Hỡnh thành lũng ham mờ, yờu thớch mụn Vật lớ, yờu thớch tỡm tũi khoa học. - Rốn luyện ý thức tự giỏc, chủ động trong học tập thụng qua tự giỏc hoạt động nhúm, cựng hợp tỏc với bạn và GV trong học tập.
- Rốn luyện tỏc phong làm việc tỉ mỉ, cẩn thận trung thực…trong học tập, trong khoa học và trong cụng việc.
- Cú ý chớ phấn đấu, tự tin vào bản thõn, mong muốn được khẳng định mỡnh trước tập thể.
- Cú ý thức sẵn sàng ỏp dụng những hiểu biết vật lớ của mỡnh vào thực tế để cải thiện điều kiện sống và bảo vệ mụi trường.
2.1.4. Nội dung dạy học chƣơng “Súng ỏnh sỏng”
Nội dung cơ bản trong chương “Súng ỏnh sỏng” được túm tắt như sau:
2.1.4.1. Tỏn sắc ỏnh sỏng, ỏnh sỏng trắng, ỏnh sỏng đơn sắc a) Cỏc khỏi niệm
Ánh sỏng trắng là tập hợp của rất nhiều ỏnh sỏng đơn sắc khỏc nhau cú màu biến thiờn liờn tục từ đỏ đến tớm. Ánh sỏng trắng là một trường hợp của ỏnh sỏng phức tạp, hay ỏnh sỏng đa sắc.
Ánh sỏng đơn sắc là ỏnh sỏng khụng bị tỏn sắc mà chỉ bị lệch khi đi qua lăng kớnh.
Hiện tượng tỏn sắc là sự phõn tỏch một chựm ỏnh sỏng phức tạp thành cỏc chựm ỏnh sỏng đơn sắc khỏc nhau.
b) Giải thớch hiện tƣợng tỏn sắc
Hiện tượng tỏn sắc ỏnh sỏng được giải thớch như sau:
Ánh sỏng trắng (ỏnh sỏng Mặt trời, ỏnh sỏng hồ quang điện, ỏnh sỏng đốn điện dõy túc…) là hỗn hợp của nhiều ỏnh sỏng đơn sắc, cú màu từ đỏ đến tớm.
Chiết suất của mụi trường trong suốt cú giỏ trị khỏc nhau đối với mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú màu khỏc nhau.
c) Ứng dụng hiện tƣợng tỏn sắc
Hiện tượng tỏn sắc giỳp ta giải thớch được một số hiện tượng tự nhiờn, vớ dụ như cầu vồng bảy sắc và được ứng dụng trong mỏy quang phổ lăng kớnh.
2.1.4.2. Nhiễu xạ ỏnh sỏng, Giao thoa ỏnh sỏng
a. Nhiễu xạ ỏnh sỏng: là hiện tượng ỏnh sỏng khụng tũn theo định luật truyền thẳng, quan sỏt được khi ỏnh sỏng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mộp những vật trong suốt hoặc khụng trong suốt.
Lưu ý: Hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng chỉ cú thể giải thớch được nếu thừa nhận ỏnh sỏng cú tớnh chất súng.
b. Giao thoa ỏnh sỏng
* Khỏi niệm: Hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng là hiện tượng chồng chất của hai hay nhiều súng ỏnh sỏng kết hợp, kết quả là trong trường giao thoa sẽ xuất hiện những võn sỏng và những võn tối xen kẽ nhau.
* Điều kiện giao thoa ỏnh sỏng
Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng là cỏc súng phải cú tớnh kết hợp, nghĩa là cựng tần số và cú độ lệch pha khụng đổi theo thời gian.
* Khoảng võn
Khoảng võn i là khoảng cỏch giữa hai võn sỏng hoặc hai võn tối liờn tiếp. Cụng thức tớnh khoảng võn: i D a l = Trong đú: i là khoảng võn (m) là bước súng ỏnh sỏng (m) D là khoảng cỏch từ hai nguồn S1S2 tới màn quan sỏt E (m)
a là khoảng cỏch hai nguồn S1S2 (m)
* Vị trớ của cỏc võn giao thoa
- Hiệu đường đi: d2 d1 a x. k
D l - = = (k= 0, 1, 2,...± ± ) - Vị trớ võn sỏng: x k D a l = (k= 0, 1, 2,...± ± ) - Vị trớ võn tối: 1 2 D x k a l ổ ửữ ỗ = ỗỗố + ữữứ (k= 0, 1, 2,...± ± ) * Ứng dụng giao thoa ỏnh sỏng - Đo bước súng ỏnh sỏng: =ia D
- Giải thớch một số hiện tượng tự nhiờn: Hỡnh ảnh giao thoa trờn bong búng xà phũng và trờn vỏng dầu.
Hỡnh 2.2 Sơ đồ thớ nghiệm Iõng về giao thoa ỏnh sỏng
2.1.4.3. Mỏy quang phổ, cỏc loại quang phổ 1. Mỏy quang phổ a) Định nghĩa Mỏy quang phổ là dụng cụ để phõn tớch một chựm ỏnh sỏng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khỏc nhau.
b) Cấu tạo và chức năng từng bộ phận của mỏy quang phổ lăng kớnh
- Ống chuẩn trực gồm một thấu kớnh hội tụ L1 và một khe hẹp F nằm tại tiờu diện của thấu kớnh, cú tỏc dụng tạo ra chựm sỏng song song từ nguồn sỏng.
Hỡnh 2.3 Mỏy quang phổ
Hỡnh 2.4. Mụ hỡnh cấu tạo mỏy quang phổ
- Hệ tỏn sắc gồm một hoặc vài lăng kớnh, cú tỏc dụng phõn tớch chựm sỏng song song từ thấu kớnh L1 chiếu tới thành nhiều chựm sỏng đơn sắc song song.
- Buồng tối hay buồng ảnh là một hộp kớn trong đú cú thấu kớnh L2 và cỏc tấm kớnh ảnh (để chụp ảnh quang phổ) hoặc tấm kớnh mờ để quan sỏt quang phổ, đặt tại tiờu diện L2.
c) Nguyờn tắc hoạt động của mỏy quang phổ lăng kớnh dựa trờn hiện tƣợng tỏn sắc ỏnh sỏng
Khi lú ra khỏi ống chuẩn trực, chựm ỏnh sỏng phỏt ra từ nguồn S mà ta cần nghiờn cứu sẽ trở thành một chựm song song. Chựm này qua lăng kớnh sẽ bị phõn tỏch thành nhiều chựm đơn sắc song song, lệch theo cỏc phương khỏc nhau.
Mỗi chựm sỏng đơn sắc ấy được thấu kớnh L2 của buồng ảnh làm hội tụ thành một vạch trờn tiờu diện của L2 và cho ta ảnh thật của khe F là một vạch màu. Tập hợp cỏc vạch màu đú tạo thành quang phổ của nguồn S.
2. Cỏc loại quang phổ
Hỡnh 2.5: Cỏc loại quang phổ vạch phỏt xạ
a. Quang phổ phỏt xạ. Mọi chất rắn, lỏng, khớ được nung núng đến nhiệt độ cao, đều phỏt ra ỏnh sỏng. Quang phổ của ỏnh sỏng do cỏc chất đú phỏt ra gọi là quang phổ phỏt xạ của chỳng. Gồm 2 loại:
* Quang phổ liờn tục
Quang phổ liờn tục là quang phổ gồm một dải ỏnh sỏng cú màu thay đổi một cỏch liờn tục từ đỏ đến tớm.
Cỏc vật rắn, chất lỏng và cỏc chất khớ cú ỏp suất lớn phỏt ra quang phổ liờn tục khi bị nung núng.
Quang phổ liờn tục khụng phụ thuộc vào bản chất của vật phỏt sỏng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. Ở mọi nhiệt độ, vật đều bức xạ. Khi nhiệt độ tăng dần thỡ cường độ bức xạ càng mạnh và vựng bức xạ cú cường độ lớn nhất dịch dần về phớa súng ngắn.
Ứng dụng: chế tạo ra một loại dụng cụ đo nhiệt độ của vật
* Quang phổ vạch phỏt xạ
Quang phổ vạch phỏt xạ là quang phổ gồm cỏc vạch màu riờng lẻ, ngăn cỏch nhau bởi những khoảng tối.
Quang phổ vạch phỏt xạ Quang phổ vạch hấp thụ Quang phổ liờn tục
Quang phổ vạch do chất khớ ở ỏp suất thấp phỏt ra, khi bị kớch thớch (khi đốt núng sỏng hoặc cú dũng điện phúng qua).
Cỏc nguyờn tử của cựng một nguyờn tố húa học, khi bị kớch thớch, phỏt ra cỏc bức xạ cú bước súng xỏc định và cho một quang phổ vạch phỏt xạ riờng, đặc trưng cho một nguyờn tố ấy.
Ứng dụng: xỏc định nguyờn tố hoỏ học cú mặt trong hỗn hợp hay hợp chất.
b. Quang phổ vạch hấp thụ
Quang phổ vạch hấp thụ của chất khớ (hay hơi kim loại) là quang phổ liờn tục thiếu một số vạch màu do bị chất khớ (hay hơi kim loại) đú hấp thụ.
Điều kiện để thu được quang phổ hấp thụ là nhiệt độ của đỏm khớ (hay hơi) hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn sỏng phỏt ra quang phổ liờn tục.
Ứng dụng: xỏc định nguyờn tố hoỏ học cú mặt trong hỗn hợp hay hợp chất.
2.1.4.4. Tia hồng ngoại, Tia tử ngoại, Tia X a) Tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại là bức xạ khụng nhỡn thấy, cú bước súng dài hơn 0,76
m đến khoảng vài milimột.
Bản chất của tia hồng ngoại là là súng điện từ. Mọi vật dự ở nhiệt độ thấp đều phỏt ra tia hồng ngoại.
Tia hồng ngoại cú tớnh chất:
- Tia hồng ngoại tỏc dụng nhiệt rất mạnh, dễ bị cỏc vật hấp thụ nờn dựng để sưởi, sấy... trong đời sống và sản xuất cụng nghiệp.
- Tia hồng ngoại cú khả năng gõy ra một số phản ứng hoỏ học, cú thể tỏc dụng lờn một số phim ảnh, như loại phim để chụp ảnh ban đờm, chụp ảnh Trỏi Đất từ vệ tinh.
- Tia hồng ngoại cú thể biến điệu được như súng điện từ cao tần, nờn được sử dụng trong cỏc bộ điều khiển từ xa của Tivi và cỏc thiết bị nghe nhỡn khỏc.
Tia hồng ngoại cú ứng dụng:
Tia hồng ngoại cú nhiều ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực qũn sự: ống nhũm hồng ngoại để quan sỏt ban đờm, camera hồng ngoại dựng quay phim, chụp ảnh ban đờm, tờn lửa tự động tỡm mục tiờu dựa vào tia hồng ngoại do mục tiờu phỏt ra...
b) Tia tử ngoại
Tia tử ngoại là bức xạ khụng nhỡn thấy, cú bước súng ngắn hơn 0,38
mđến cỡ 10-9
m.
Bản chất của tia tử ngoại là súng điện từ. Cỏc vật được nung núng đến nhiệt độ trờn 20000
C thỡ phỏt ra tia tử ngoại. Đốn hơi thủy ngõn, hồ quang điện phỏt ra tia tử ngoại.
Tia tử ngoại cú tớnh chất:
- Tia tử ngoại tỏc dụng mạnh lờn phim ảnh, làm ion húa khụng khớ và nhiều chất khớ khỏc.
- Tia tử ngoại kớch thớch sự phỏt quang của nhiều chất, cú thể gõy ra một số phản ứng quang hoỏ và phản ứng hoỏ học.
- Tia tử ngoại cú thể gõy ra một số hiện tượng quang điện.
- Tia tử ngoại bị thuỷ tinh, nước hấp thụ rất mạnh. Nhưng tia tử ngoại cú bước súng từ 0,18 mđến 0,4 mtruyền qua được thạch anh.
Tia tử ngoại cú ứng dụng:
Tia tử ngoại cú tỏc dụng sinh lớ: hủy diệt tế bào da, làm da rỏm nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc. Tia tử ngoại dựng để chữa bệnh, khử trựng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế, chữa bệnh cũi xương, tỡm vết nứt trờn bề mặt kim loại...
c) Tia X
Bức xạ cú bước súng từ 10-11
m đến 10-8 m (ngắn hơn bước súng của tia tử ngoại) được gọi là tia X (hay tia Rơn-ghen). Kim loại cú nguyờn tử lượng lớn bị chựm tia ờlectron (tia catụt) cú năng lượng lớn đập vào thỡ phỏt ra tia X.
Tia X cú tớnh chất:
- Tia X cú khả năng đõm xuyờn. Cú thể dựng chỡ làm màn chắn tia X. - Tia X tỏc dụng lờn phim ảnh, làm ion hoỏ khụng khớ và nhiều chất khớ khỏc. - Tia X cú tỏc dụng làm phỏt quang nhiều chất, cú thể gõy ra một số phản ứng quang hoỏ và phản ứng hoỏ học.
- Tia X cú thể gõy ra hiện tượng quang điện ở hầu hết cỏc kim loại. - Tia X cú tỏc dụng sinh lớ mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn...
Tia X cú ứng dụng:
Tia X dựng để chiếu điện, chụp điện để chẩn đoỏn xương gĩy, mảnh kim loại trong người, chữa bệnh ung thư. Trong cụng nghiệp, tia X được dựng để kiểm tra chất lượng cỏc vật đỳc, tỡm vết nứt, cỏc bọt khớ trong cỏc vật bằng kim loại. Ngồi ra tia X cũn được dựng để kiểm tra hành lý của hành khỏch đi mỏy bay, nghiờn cứu cấu trỳc vật rắn...
2.1.4.5. Thang súng điện từ
Thang súng điện từ bao gồm cỏc súng điện từ được sắp xếp theo sự giảm dần của bước súng như sau: súng vụ tuyến điện, tia hồng ngoại, ỏnh sỏng nhỡn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma.
Cỏc bức xạ trong thang súng điện từ đều cú cựng bản chất là súng điện từ, chỉ khỏc nhau về tần số (hay bước súng). [3],[4].[8].
2.2. Một số định hƣớng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức với sự hỗ trợ của PTDH hiện đại và bản đồ tƣ duy để phỏt huy tớnh tớch cực nhận thức cho học sinh.
2.2.1. Định hƣớng khi sử dụng PTDH hiện đại để hỗ trợ việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh.
2.2.1.1. Nguyờn tắc chung khi sử dụng PTDH
PTDH vừa điều khiển được hoạt động nhận thức một cỏch sinh động vừa là nguồn tri thức phong phỳ để lĩnh hội tri thức và rốn luyện kỹ năng. PTDH giỳp học sinh ụn luyện tri thức mà mỡnh đĩ lĩnh hội trước đú, giỳp cỏc em cú
thờm chất men hứng thỳ tiếp nhận tri thức và hỡnh thành cỏc kỹ năng, năng lực