4 .Mục tiêu nghiên cứu
9. Cấu trúc của đề tài khóa luận
2.8 Bài tập có nội dung thực tế về “Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, và tia rơn ghen”
rơn ghen”.
2.8.1 Phân tích nội dung kiến thức. Phân tích: Phân tích:
Tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia rơn ghen có rất nhiều ứng dụng trong đời sống (trong công nghiệp, trong y tế,…). Qua bài học này giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh giải thích được một số ứng dụng trong đời sống.
Tia hồng ngoại : Ứng dụng quan trọng nhất của tia hồng ngoại là dùng
để sấy hoặc sưởi. Trong công nghiệp, người ta dùng tia hồng ngoại để sấy khô các sản phẩm sơn (như vỏ ôtô, vỏ tủ lạnh,…), hoặc các hoa quả như chuối, nho, …
Trong y học, người ta dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm ngoài da cho máu lưu thông được tốt.
Tia tử ngoại : Trong công nghiệp người ta sử dụng tia tử ngoại để phát
hiện các vết nứt nhỏ, vết xước trên bề mặt các sản phẩm tiện. Muốn vậy người ta xoa lên bề mặt sản phẩm một lớp bột phát quang rất mịn. Khi đưa sản phẩm vào chùm tia tử ngoại, các vết đó sẽ sáng lên.
Tia Rơnghen: Trong cơng nghiệp, tia Rơnghen dùng để dị các lỗ hỏng,
khuyết tật nằm bên trong các sản phẩm đúc.
Nội dung kiến thức:
Tia hồng ngoại.
+ Tia hồng ngoại là những tia bức xạ khơng nhìn thấy được, có bước
sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ ( λ > 0,75 µm ).
+ Nguồn phát sinh :
Các vật bị nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại. + Tính chất và tác dụng :
Có bản chất là sóng điện từ.
Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt. Tác dụng lên một loại kính ảnh đặc biệt (kính ảnh hồng ngoại).
Tia tử ngoại.
+ Tia tử ngoại là những bức xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng tím (λ < 0,40 µm).
+ Nguồn phát sinh :
Những vật bị nung nóng trên 3000ºC phát ra một lượng đáng kể tia tử ngoại. Các hồ quang điện hoặc đèn thủy ngân là những nguồn phát ra tia tử ngoại.
+Tính chất và tác dụng
Có bản chất là sóng điện từ. Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh.
Có thể làm cho một số chất phát quang. Có tác dụng ion hóa khơng khí.
Có khả năng gây ra một số phản ứng quang hóa, quang hợp. Có tác dụng gây hiệu ứng quang điện.
Có tác dụng sinh học.
Bị thủy tinh, nước,… hấp thụ mạnh.
Tia Rơnghen. + Bản chất tia Rơnghen :
Khơng mang điện vì khơng bị lệch trong điện trường hoặc từ trường. Thực chất, tia Rơnghen là loại sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia tử ngoại (từ 10 -12 m đến 10 -8 m).
+ Cơ chế phát sinh ra tia Rơnghen :
Các electron trong tia âm cực được tăng tốc trong điện trường mạnh, thu được động năng rất lớn. Khi đập vào đối âm cực, chúng gặp các nguyên tử của đối âm cực, xuyên sâu vào lớp bên trong của vỏ nguyên tử, tương tác với các hạt nhân nguyên tử và các electron của lớp này, làm phát ra sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, gọi là bức xạ hãm, đó chính là tia Rơnghen.
+ Tính chất của tia Rơnghen:
Có khả năng đâm xuyên mạnh. Có khả năng ion hóa chất khí. Có tác dụng sinh lý. Có tác dụng lên kính ảnh.
2.8.2 Bài tập
Bài 1: Trong các phịng điều trị vật lí trị liệu của các bệnh viện thường
có trang bị một số bóng đèn dây tóc Vonfram có cơng suất từ 250w đến 1000w. Người ta dùng những bóng đèn này để làm gì?
Gợi ý: Những bóng đèn dây tóc Vonfram có cơng suất từ 250w đến
1000w này là những nguồn phát tia hồng ngoại. Người ta sử tác dụng nhiệt của các tia hồng ngoại do chúng phát ra trong việc chữa bệnh.
Chẳng hạn, một người bị chứng đau lưng, người ta chiếu tia hồng ngoại vào chỗ đau, giúp máu lưu thơng tốt làm giảm đau và có tác dụng tương đối lâu dài.
Bài 2: Những cơng nhân làm việc tại những tại những lị lửa nóng như
lị luyện kim, lị nấu thủy tinh… cần đeo loại kính đặc biệt dùng để chống nóng, để khỏi hại mắt, loại kính đó được làm theo ngun tắc nào ?
Gợi ý: Loại kính những người cơng nhân làm việc tại những tại những lò
lửa nóng như lị luyện kim, lị nấu thủy tinh… cần dùng được làm theo nguyên tắc: có thể dùng màng mỏng khử phản xạ bằng giao thoa, ta có thể phủ lên mặt kính nhiều màng mỏng có độ dày chiết suất khác nhau và những màng kim loại rất mỏng (có thể phản xạ, đồng thời cho ánh sáng truyền qua). Như thế ta có thể thực hiện được một kính cho ánh sáng một màu đi qua và chặn lại các ánh sáng màu khác gọi là những kính lọc sắc giao thoa.
Kính lọc sắc giao thoa tốt hơn kính lọc sắc bằng thủy tinh màu, nó có thể cho ánh sáng đơn sắc. Kính lọc sắc giao thoa có thể áp dụng cho cả ánh sáng khơng nhìn thấy (như tia hồng ngoại, tia tử ngoại). Người ta đã làm được kính lọc sắc hồng ngoại. Kính này cho tất cả các tia nhìn thấy truyền qua và cản tia hồng ngoại lại. Đó là "kính chống nóng" vì những tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt rất mạnh, những cơng nhân ở lị luyện kim, lị nấu thủy tinh thường dùng loại kính này.
"Kính chống nóng" cịn được dùng trong máy phóng ảnh màu để chống những "tia nhiệt" phát ra từ nguồn sáng mạnh, ảnh hưởng phim màu và giấy
ảnh màu. Cũng theo nguyên tắc trên người ta có thể làm một gương lọc sắc giao thoa, phản xạ tất cả các tia nhìn thấy và cho tia hồng ngoại truyền qua. Đó là "gương lạnh" được sử dụng trong các dụng cụ chiếu sáng mà khơng làm nóng vật được rọi sáng.
Bài 3: Những người làm nghề nấu thủy tinh cho biết, nếu thường xuyên
nhìn vào lị lửa mắt có thể bị mờ. Hãy giải thích tại sao ?
Gợi ý: Ta biết, vật càng nóng bức xạ càng mạnh. Các lị lửa là những
nguồn bức xạ hồng ngoại mạnh. Nếu vật hấp thụ ít hoặc phản xạ tia hồng ngoại, thì nhiệt độ của nó tăng rất ít. Nhưng ngược lại, những vật hấp thụ mạnh tia này sẽ nóng lên rất nhanh trong đó có nước. Thành phần cấu tạo của mắt có tỉ lệ nước rất lớn, do đó người làm việc gần các lị lửa lâu ngày thường mất các bệnh mờ mắt, thủy tinh thể có thể bị đục dần. Để bảo vệ mắt, những người thường tiếp xúc với lị nóng cần phải đeo kính chống tia hồng ngoại.
Bài 4: Khi chụp ảnh của những vật rất xa và cần có những tấm ảnh rõ
nét, người ta thường dùng phương pháp chụp ảnh bằng ống kính hồng ngoại. Hãy giải thích vì sao như vậy ?
Gợi ý: Ánh sáng thông thường khi truyền đi xa trong khơng khí dễ bị các
phần tử trong khơng khí gây ra hiện tượng tán xạ. Với tia hồng ngoại, vì nó có bước sóng dài nên rất ít bị khơng khí hoặc những phần tử nhỏ lơ lửng trong khơng khí (như hơi nước chẳng hạn) tán xạ, nếu dùng phim bắt nhạy tia hồng ngoại, ta có thể chụp được những bức ảnh của những vật ở rất xa một cách rõ nét và có thể chụp về ban đêm.
Nếu chụp ảnh bằng phim hồng ngoại về ban ngày, ta phải dùng kính lọc sắc chặn tất cả những ánh sáng nhìn thấy. Từ độ cao hàng trăm km những vệ tinh nhân tạo vẫn chụp được ảnh rất rõ bằng tia hồng ngoại.
Đối với phim ảnh thông thường, độ nét giảm đi theo khoảng cách vì khơng khí tán xạ ánh sáng các màu lam, tím, … kết quả là làm mờ cảnh vật ở xa và làm cho tấm ảnh cũng bị mờ.
Bài 5: Quan sát những người thợ hàn điện, khi làm việc họ thường dùng
mặt nạ có tấm kính tím để che mặt. Họ cho biết làm như vậy là tránh làm hỏng da mặt và lóa mắt. Lời giải thích như vậy có đúng với hiểu biết của em về tia tử ngoại khơng? Hãy giải thích xem nào ?
Gợi ý: Ánh sáng phát ra từ khi hàn điện có rất nhiều tia tử ngoại. Tia tử
ngoại lại có tác dụng sinh lý rất mạnh có thể phân hủy tế bào. Mặt khác, khi nhìn ánh sáng chói lịa trong một thời gian dài sẽ làm hỏng mắt, một trong những việc quan trọng trong an toàn lao động là phải làm thế nào để ngăn cản những tia tử ngoại, không cho chúng tác dụng đến mặt và mắt của cơng nhân trong q trình làm việc. Tấm kính tím có tác dụng như vậy. Nó khơng những tránh làm cho da mặt tiếp xúc trực tiếp với tia tử ngoại mà cịn tác dụng làm giảm độ chói của nguồn sáng để cơng nhân có thể nhìn rõ vật phải hàn, mà khơng bị lóa mắt.
Bài 6: Khi chế tạo xong các loại bàn "Máp" (loại bàn có mặt phẳng rất
chính xác), người ta thường kiểm tra bằng cách xoa lên mặt một lớp bột phát quang mịn, rồi chiếu tia tử ngoại lên nó. Làm như vậy có tác dụng gì ?
Gợi ý: Tia tử ngoại là tia có tác dụng làm phát quang một số chất.
Khi xoa lớp bột phát quang lên bề mặt sản phẩm, nếu bề mặt sản phẩm có những vết nứt thì bột phát quang sẽ chui vào các vết nứt đó. Khi dùng tia tử ngoại chiếu lên lớp bột, sự sáng của lớp bột trong các kẽ của vết nứt giúp người ta phát hiện và sữa chữa các vết nứt kịp thời.
Bài 7: Vì sao các mặt đèn hình của vơ tuyến truyền hình được chế tạo rất
dày, liệu việc làm ấy có phải chỉ do ngun nhân sợ bị vỡ hay khơng? Hay cịn nguyên nhân nào khác nữa? Hãy giải thích xem sao ?
Gợi ý: Trong đèn hình của vơ tuyến truyền hình hay những ống phóng
điện tử nói chung, khi các electron đến đập vào màn huỳnh quang thì chúng bị dừng lại đột ngột. Phần lớn động năng của electron biến thành năng lượng kích thích sự phát quang của màn huỳnh quang, một phần nhỏ biến thành
nhiệt làm nóng màn huỳnh quang, một phần nhỏ biến thành năng lượng tia Rơnghen có bước sóng dài .
Mặt đèn hình được chế tạo dày thực chất có tác dụng chặn tia Rơnghen này, tránh nguy hiểm cho những người ngồi trước máy.
Bài 8: Các bác sĩ thường chụp X-Quang cho bệnh nhân cho biết: Khi
chiếu điện người ta phải dùng các tia Rơnghen cứng (tia Rơnghen có bước sóng ngắn) mà khơng dùng các tia Rơnghen mềm (tia Rơnghen có bước sóng dài). Có phải nguyên nhân là các tia Rơnghen cứng có khả năng đâm xuyên tốt hơn so với tia Rơnghen mềm khơng ? Hãy giải thích điều đó?
Gợi ý: Các tia Rơnghen cứng có khả năng đâm xuyên tốt hơn so với tia
Rơnghen mềm đó là điều dễ thấy. Tuy nhiên điều quan trọng hơn mà người ta quan tâm là các tia Rơnghen cứng đâm xuyên mạnh hơn nghĩa là ít bị hấp thụ hơn; cịn tia Rơnghen mềm vì đâm xuyên yếu nên bị hấp thụ nhiều. Khi tia Rơnghen bi hấp thụ, nó gây ra một số tác dụng khơng có lợi cho cơ thể như tác dụng nhiệt làm nóng, tác dụng sinh lí làm hủy tế bào … Do đó người ta dùng tia Rơnghen cứng trong chiếu điện, chụp điện cho bệnh nhân.
Bài 9: Các tia Rơnghen tạo thành từ ống Rơnghen. Trong q trình hình
thành, có phải mọi tia Rơnghen trong chùm Rơnghen phát ra đều có cùng một bước sóng khơng? Tại sao lại có tia Rơnghen cứng, và tia Rơnghen mềm? Hãy giải thích?
Gợi ý: Trong một ống Rơnghen, tia Rơnghen phát ra một bước sóng duy
nhất. Tuy nhiên giá trị của bước sóng là bao nhiêu cịn tùy thuộc vào các yếu tố khác, chẳng hạn khi electron đập vào Catốt nó truyền bao nhiêu nhiệt cho đối Catốt và bứt bao nhiêu electron ở đối Catốt ra… Những điều này sẽ quy định giá trị bước sóng của tia Rơnghen phát ra. Tia Rơnghen có bước sóng lớn nhất ứng với trường hợp khơng có một electron nào bứt ra khỏi đối Catốt.
XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI GIẢNG THEO HƯỚNG
TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH VỚI SỰ TĂNG CƯỜNG SỬ DỤNG BÀI TẬP THỰC TẾ.
Bài 1: SỰ TÁN SẮC ÁNH SÁNG
(SÁCH GIÁO KHOA THÍ ĐIỂM 12 -BỘ 2, BAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN) A. MỤC TIÊU.
1. Kiến thức:
- Phát biểu được khái niệm sự tán sắc ánh sáng.
- Nêu được khái niệm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng và chùm ánh đó khi đi qua lăng kính.
2. Kỹ năng:
GV rèn luyện cho HS:
- Kỹ năng hoạt động nhóm học tập.
- Kỹ năng tiến hành, quan sát và thu thập kết quả thí nghiệm.
- Kỹ năng vận dụng kiến thức đã học giải thích một số hiện tượng trong thực tế cuộc sống.
3. Thái độ:
GV bồi dưỡng cho HS:
- Thái độ tích cực trong học tập - Hợp tác trong nhóm học tập. - Trung thực trong khoa học.
B. CHUẨN BỊ.
1. Giáo viên. -Bộ thí nghiệm quang hình học biểu diễn.
2. Học sinh. - Ơn tập lại kiến thức quang hình học đã học.
- Chuẩn bị cho bài học mới.
C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC.
Hoạt động 1: Kiểm tra bài củ
-Chơi trị chơi ơ chữ: GV chia lớp thành 4 nhóm học tập, các nhóm cử đội trưởng và đặt tên cho nhóm của mình. Đội trưởng chọn 1 câu hỏi cho nhóm của mình.
Câu 1: Hiện tượng ánh sáng bị đổi phương khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. KHÚC XẠ. Câu 2: Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng phụ thuộc vào yếu tố nào? TỐC ĐỘ TRUYỀN.
Câu 3: Cáp quang là ứng dụng của hiện tượng này? PHẢN XẠ TOÀN PHẦN. Câu 4: Ánh sáng Mặt Trời cịn có tên gọi là gì? ÁNH SÁNG TRẮNG.
Câu 5: Đây là hiện tượng ta hay bắt gặp sau cơn mưa dông? CẦU VỒNG.
Hoạt động 2: Tổ chức tình huống học tập, đề xuất có vấn đề
GV chiếu cho HS xem một số hình ảnh của cầu vồng.
GV yêu cầu HS giải thích các vấn đề “Cầu vồng được tạo ra như thế nào? Thông thường người ta chỉ quan sát được cầu vồng có một cung trịn vào buổi sáng hay buổi chiều khi mặt trời đã xuống thấp, vì sao vậy?”
Ý kiến của HS chưa thật chính xác xuất hiện tình huống có vấn đề. GV: Bài học hơm nay của chúng ta sẽ giải thích những vấn đề nêu trên.
Hoạt động 3: Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản
* Tác dụng tán sắc ánh
sáng trắng.
- Yêu cầu học sinh nhắc lại khái niệm ánh sáng trắng.
- Hiện tượng gì xảy ra khi ánh sáng trắng truyền qua lăng kính?
-GV giới thiệu thí nghiệm mời 4 HS đại diện 4 nhóm lên tiến hành và quan sát thí nghiệm và đưa ra nhận xét.
GV giới thiệu quang
phổ của ánh sáng Mặt Trời .
Yêu cầu HS đưa ra khái niệm về sự tán sắc ánh sáng.
-Phát biếu xây dựng bài. -Tiến hành và quan sát thí nghiệm.
-Nhận xét.
I. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng (hay thí nghiệm I) của Niu – Tơn (1672)
Nhận xét: Chùm ánh sáng
màu trắng khi đi qua lăng kính khơng cịn ngun màu trắng, mà đã nhuốm đủ bảy màu của cầu vồng.
Dải sáng màu này gọi là “Quang phổ của Mặt Trời”.
Khái niệm: Hiện
tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng một chùm ánh sáng trắng khi đi qua lăng kính khơng những bị khúc xạ về phía đáy lăng kính , mà cịn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.
sáng trắng là một dải màu như màu cầu vồng từ đỏ đến tím.
Hoạt động 4: Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc (thí nghiệm II) của Niu-Tơn.
Đây là một TN khó tiến hành nên GV chỉ giới thiệu TN của Niu-Tơn đã làm. Và giới thiệu 1 TN bằng flash cho HS nhận xét hiện tượng.
Đưa ra 2 kết luận sau:
- Lăng kính khơng làm thay đổi màu của ánh sáng đơn sắc. Chùm ló ra khỏi lăng kính màu gì, thì chùm tia sáng vào lăng kính cũng có màu đó. Tia đỏ lệch ít nhất và tia tím lệch nhiều nhất.
- Bảy màu trên quang phổ không phải do thuỷ tinh đã nhuộm màu cho ánh sáng, mà đã có sẵn trong chùm ánh sáng tới.