chương “ Súng ỏnh sỏng” và chương “ Lượng tử ỏnh sỏng” trong chương trỡnh Vật lớ 12 cơ bản.
Về kiến thức: - Đối với chƣơng “Súng ỏnh sỏng”
+ Mụ tả được hiện tượng tỏn sắc ỏnh sỏng qua lăng kớnh. + Nờu được hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng là gỡ.
+ Trỡnh bày được thớ nghiệm về giao thoa ỏnh sỏng.
+ Nờu được võn sỏng, võn tối là kết quả của sự giao thoa ỏnh sỏng. + Nờu được điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng.
+ Nờu được hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng chứng tỏ rằng ỏnh sỏng cú tớnh chất súng và nờu được tư tưởng cơ bản của thuyết điện từ ỏnh sỏng.
+ Nờu được mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú một bước súng nhất định.
+ Nờu được chiết suất của mụi trường phụ thuộc vào bước súng ỏnh sỏng trong chõn khụng.
+ Nờu được quang phổ liờn tục, quang phổ vạch phỏt xạ, quang phổ vạch hấp thụ là gỡ và cỏc đặc điểm chớnh của mỗi loại quang phổ này.
+ Nờu được bản chất, tớnh chất và cụng dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X.
+ Kể được tờn của cỏc vựng súng điện từ kế tiếp nhau trong thang súng điện từ theo bước súng
- Đối với chƣơng “Lƣợng tử ỏnh sỏng”
+ Trỡnh bày được thớ nghiệm Hộc về hiện tượng quang điện là gỡ + Phỏt biểu được định luật về giới hạn quang điện
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Nờu được ỏnh sỏng cú lưỡng tớnh súng – hạt. + Nờu được hiện tượng quang điện trong là gỡ. + Nờu được quang điện trở và pin quang điện là gỡ.
+ Nờu được sự tạo thành quang phổ vạch phỏt xạ và hấp thụ của nguyờn tử hiđrụ.
+ Nờu được sự phỏt quang là gỡ.
+ Nờu được laze là gỡ và một số ứng dụng của laze
Về kĩ năng: - Đối với chƣơng “Súng ỏnh sỏng”
+ Vận dụng được cụng thức
a D i
+ Xỏc định được bước súng ỏnh sỏng theo phương phỏp giao thoa bằng thớ nghiệm
- Đối với chƣơng “Lƣợng tử ỏnh sỏng”
+ Vận dụng được thuyết lượng tử ỏnh sỏng để giải thớch được định luật về giới hạn quang điện. [36]
2.3 Xõy dựng tiến trỡnh dạy học một số kiến thức chƣơng “ Súng ỏnh sỏng” và chƣơng “Lƣợng tử ỏnh sỏng” chƣơng trỡnh vật lớ 12 cơ bản
2.3.1 Thiết kế tiến trỡnh dạy học bài 1 : " Giao thoa ỏnh sỏng "
A. Mục tiờu
1. Về kiến thức
* Trong khi học học sinh (HS):
- Tham gia thiết kế phương ỏn T/N - Tiến hành T/N , trỡnh bày kết quả T/N. - Tham gia xõy dựng kiến thức mới.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
* Sau khi học (HS) :
- Nờu được hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng là gỡ - Trỡnh bày được thớ nghiệm về giao thoa ỏnh sỏng
- Nờu được võn sỏng, võn tối là kết quả của sự giao thoa ỏnh sỏng
- Viết được cỏc cụng thức cho vị trớ của cỏc võn sỏng, tối và cho khoảng võn.
- Nờu được hiện tượng giao thoa chứng tỏ ỏnh sỏng cú tớnh chất súng và nờu được tư tưởng cơ bản của thuyết súng điện từ ỏnh sỏng.
- Nờu được mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú một bước súng xỏc định. - Nờu được điều kiện để xỏy ra hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng
2. Về kĩ năng
- HS cú được cỏc kĩ năng thao tỏc T /N và quan sỏt hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng - Vận dụng được cụng thức a D i , xỏc định được bước súng ỏnh sỏng theo phương phỏp giao thoa bằng thớ nghiệm.
- Giải được cỏc bài toỏn cơ bản về giao thoa với ỏnh sỏng đơn sắc
3. Về thỏi độ tỡnh cảm
- Trung thực, khỏch quan, hợp tỏc, biết lắng nghe ý kiến người khỏc và tham gia chủ động, tớch cực để xõy dựng kiến thức mới.
B. Chuẩn bị
1. Xỏc định mục tiờu nghiờn cứu
Trờn cơ sở nghiờn cứu lớ luận kết quả diều tra , hiểu biết của HS, chỳng tụi nghiờn cứu tổ chức DH một số nội dung kiến thức của bài theo hướng tớch cực hoỏ hoạt động nhận thức của học sinh cụ thể: yờu cầu học sinh tự chuẩn bị thớ nghiệm về nhiễu xạ ỏnh sỏng (đốn pin loại nhỏ và hai tấm bảng con đen, trong đú một tấm cú khoột lỗ trũn nhỏ) , gợi ý để họ cú thể tự giải thớch và nờu được hiện
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng . Từ đú tạo tỡnh huống cú vấn đề khi cho ỏnh sỏng đú tiếp tục nhiễu xạ qua cỏc khe hẹp như thớ nghiệm bố trớ SGK thỡ hiện tượng gỡ xảy ra, như vậy sẽ lụi cuốn học sinh quan sỏt và tham gia vào thớ nghiệm về giao thao ỏnh sỏng, rồi giải thớch và đưa kết quả. Sử dụng sơ đồ hỡnh vẽ và kiến thức hỡnh học để học sinh tự tỡm được kết quả d2- d1 và cựng sự gợi ý của GV tỡm được cỏc cụng thức vị trớ võn sỏng, tối , khoảng võn, từ đú tỡm ra phương ỏn đo bước súng ỏnh sỏng đơn sắc . Yờu cầu học sinh chuẩn bị thước kẻ cú sơn bảy màu: đỏ da cam, vàng , lục, lam, chàm, tớm và điền bước súng tương ứng cỏc màu .
2. Dự kiến xõy dựng phương ỏn dạy học
* Về nội dung:
Kiến thức sẽ được tổ chức cho HS xõy dựng dựa trờn cơ sở " Lựa chọn và phối hợp cỏc PPDH tớch cực " kết hợp với việc sử dụng CNTT để làm nổi bật trọng tõm của bài học:
* Về phương phỏp:
- Quỏ trỡnh DH được tiến hành thụng qua 5 hoạt động của GV và HS, trong đú cú 2 hoạt động sử dụng CNTT.
- Tổ chức cho HS thảo luận, đỏnh giỏ cỏc ý kiến: Chia lớp thành cỏc nhúm (mỗi nhúm 4 em đến 6 em), cú 1 T/N do GV và HS cựng làm, 1T/N cho HS tự làm theo nhúm.
3. Chuẩn bị thiết bị dạy học
* Đối với GV: - T/N về hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng - Chuẩn bị giỏo ỏn điện tử. - Mỏy chiếu, mỏy vi tớnh
- Phiếu hướng dẫn T/N và phiếu học tập.
* Đối với HS: Mỗi nhúm một bộ T/N về nhiễu xạ ỏnh sỏng (đốn pin loại nhỏ và ba tấm bảng con đen, trong đú hai tấm cú khoột lỗ trũn nhỏ) , thước kẻ cú sơn bảy màu: đỏ da cam, vàng , lục, lam, chàm, tớm
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
C. Sơ đồ logớc tiến trỡnh xõy dựng kiến thức:
1 . Hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng
Nờu vấn đề Thảo luận nhúm Phõn tớch khỏi quỏt Đàm thoại Giải quyết vấn đề Quan sỏt thực tế, tiờn hành thớ nghiệm PP dạy học
Phương tiện dạy học
Chiếu đốn pin qua tấm bảng thứ nhất để tạo điểm sỏng S, chiếu điểm sỏng S qua tấm bảng thứ hai cú khoột lỗ trũn nhỏ, đặt tấm bảng thứ ba cũn lại đối diện với lỗ trũn đú, quan sỏt vệt sỏng trũn trờn tấm bảng thứ ba và đo đường kớnh thỡ thấy lớn hơn nhiều so với đường kớnh ở lỗ trũn nhỏ trờn tấm bảngthứ hai
Giả thuyết 1:
Ánh sỏng khụng truyền thẳng trong mọi trường hợp
Giả thuyết 2:
Ánh sỏng vẫn truyền thẳng nhưng vật cản nú bị lệch đi so với phương truyền
Nhớ lại hiện tượng lan truyền của súng nước, khi gặp vật cản thỡ nú sẽ bị nhiễu súng. Nếu vậy coi sự truyền của ỏnh sỏng như súng nước, và điểm sỏng S (ở bảng thứ nhất) như nguồn phỏt súng thỡ khi gặp vật cản là cỏc một ở lỗ trũn (bảng thứ hai) thỡ sẽ bị nhiễu súng do đú ỏnh bị lệch phương truyền so với phương ban đầu. Vậy kết quả thớ nghiệm trờn hoàn toàn giải thớch được khi ta thừa nhận ỏnh sỏng cú tớnh chất súng
.Kết Luận:
Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ỏnh sỏng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ỏnh sỏng
Ta đó biết ỏnh sỏng truyền thẳng, vậy tại sao đường kớnh của vệt sỏng lại lớn hơn nhiều so với đường kớnh của lỗ trũn nhỏ?
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng
Đối với “Súng cơ học” ta thấy cú hiện tượng giao thoa khi cú sự chồng chập của hai hay nhiều súng kết hợp.
Giả thuyết: Cú thể xảy ra hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng khi cú sự chồng chập của hai nguồn súng ỏnh sỏng kết hợp ( cú chỗ sỏng được tăng cường nờn sỏng hơn, cú chỗ ỏnh sỏng triệt tiờu nhau nờn sỏng kộm hơn hoặc khụng sỏng)
Tiến hành thớ nghiệm với ỏnh sỏng Laze
Kết quả : vạch sỏng (đỏ), tối xen kẽ
Quan sỏt thớ nghiệm ảo .(giao thoa của ỏnh sỏng trắng
Và ỏnh sỏng đơn sắc
Kết quả: Cú vạch sỏng (đỏ), tối xen kẽ
Cú vạch sỏng (nhiều màu), tối xen kẽ Khi nhỡn ỏnh sỏng mặt trời phản xạ trờn bong búng xà, trờn vỏng dầu ta thấy cú những võn mầu sặc sỡ. Tại sao vậy? Đ F K M1 M2 F1 F2 Nờu vấn đề Thực nghiệm Mụ hỡnh CNTT Phõn tớch khỏi quỏt. Đàm thoại Giải quyết vấn đề PP dạy học
Phương tiện dạy học
Quan sỏt thực tế
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3. Vị trớ cỏc võn giao thoa. Khoảng võn
Giải thớch: ỏnh sỏng qua khe F bị nhiễu xạ trở thành nguồn phỏt
súng ỏnh sỏng mới chiếu vào hai khe hẹp F1, F2 khi đú ỏnh sỏng nhiễu xạ và cựng rọi vào màn ảnh quan sỏt. Vậy tại đõy sẽ cú vựng hai súng ỏnh sỏng từ hai nguồn F1, F2 (thoả món hai súng kết hợp) gặp nhau . Khi đú cú những vị trớ hai súng gặp nhau cựng pha, tăng cường lẫn nhau tạo thành vạch sỏng (đỏ), cú những vị trớ hai súng gặp nhau ngược pha , triệt tiờu lẫn nhau tạo thành vạch tối. Thớ nghiệm với ỏnh sỏng trắng thỡ vạch sỏng cú nhiều màu vỡ nú là tổng hợp của cỏc ỏnh sỏng đơn sắc.
Kết luận: Vậy hiện tượng giao thoa cũng xảy ra với ỏnh sỏng: tại chố hai súng ỏnh sỏng gặp nhau tăng cường lẫn nhau tạo nờn vạch sỏng (gọi là võn sỏng), những chỗ hai súng gặp nhau triệt nhau tạo thành vạch tối (gọi là võn tối)
Giả thuyết: Đối với súng cơ ta đó biết trong hiện tượng giao thoa tại vị trớ hai súng gặp nhau tăng cường lẫn nhau (biờn độ cực đại) thỡ hiệu đường đi của hai súng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyờn lần bước súng. Tại điểm hai súng gặp nhau triệt tiờu nhau (biờn độ cực tiểu) thỡ hiệu đường đi bằng một số nửa nguyờn lần bước súng.
Vấn đề đặt ra: Tương tự như súng cơ ta cũng xỏc định được vị trớ võn sỏng, tối bắt đầu từ việc tỡm hiệu đường đi của nguồn tới điểm chiếu
Ta đó quan sỏt thấy cỏc võn sỏng, tối trong hệ võn. Vậy làm thế nào để xỏc định được vị trớ võn sỏng, tối ?
Khoảng cỏch giữa cỏc võn?
Nờu vấn đề
PP dạy học
Phương tiện dạy học
Quan sỏt thực tế
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Sơ đồ rỳt gọn thớ nghiệm Y-õng Đặt: khoảng cỏch hai khe F1F2= a I là trung điểm của F1F2
A là điểm trờn màn M
O là giao của đường trung trực của F1F2 với màn M D là khoảng cỏch từ hai nguồn đến màn M
là bước súng ỏnh sỏng d1= A F1, d2= A F2 , x= OA , D=IO Mụ hỡnh CNTT H A O x F1 F2 D I
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Xột hai tam giỏc vuụng: A F1H và A F2H ta cú:
2 2 2 2 2 2 2 1 2 , 2 D x a d D x a d Vậy ta cú 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 d d ax d d ax d d
Vỡ a, x dài kkụng quỏ 2mm cũn D dài cỡ 1m nờn : d2 d1 2D
Vậy ta cú: D ax d d2 1 2 a D x d2 d1
Nếu tại A là võn sỏng hiệu đường đi của tia sỏng từ hai nguồn tới A bằng nguyờn lần bước súng : d2d1 k với
... 2 , 1 , 0 k Vậy khoảng cỏch từ O đến võn sỏng thứ k là a D k x với ... 2 , 1 , 0
k gọi là bậc giao thoa - Vị trớ võn tối: a D k x 2 1 với k0,1,2... võn tối khụng cú khỏi niệm bậc giao thoa
* Khoảng võn: khoảng võn i là khoảng cỏch giữa hai võn sỏng, hoặc hai võn tối liờn tiếp:
a D k k a D x x i k k 1 1
* Xột tại O thỡ x=0, k=0, d2-d1= 0 khụng phụ thuộc . Vậy tại O cú võn sỏng bậc 0 với mọi ỏnh sỏng đơn sắc gọi là võn sỏng trung tõm
* Ứng dụng: Đo bước súng ỏnh sỏng:
D ia
, ở đõy đo được D, i , a
* Bước súng ỏnh sỏng và màu sắc : Mỗi ỏnh sỏng đơn sắc cú một bước súng trong chõn khụng xỏc định
* Điều kiện cú giao thoa ỏnh sỏng: hai súng tham gia giao thoa phải là hainguồn súng kết hợp (hai nguồn phải phỏt ra hai súng ỏnh sỏng cú cựng bước súng và hiệu số pha dao động của hai nguồn phải khụng đổi theo thời gian)
Phõn tớch khỏi quỏt. Đàm thoại Giải quyết
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
D. Tiến trỡnh dạy học cụ thể
Phần 1: Hiện tƣợng nhiễu xạ ỏnh sỏng
1. Đặt vấn đề:
GV: Ta đó biết đối với súng nước đang lan truyền khi gặp vật cản nú bớ nhiễu súng , hay núi nú bị nhiễu xạ khi gặp vật cản . Vậy liệu ỏnh sỏng đang truyền theo đường thẳng khi gặp vật cản nú cú nhiễu hay khụng?
2. Giải quyết vấn đề:
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
Thớ nghiệm về sự nhiễu xạ ỏnh sỏng.
-Sơ đồ T /N về sự nhiễu xạ ỏnh sỏng
HS : Vẽ tia sỏng đi thẳng
HS1: Chiếu đốn vào tấm bỡa thứ
nhất (B1), ỏnh sỏng qua một lỗ rất nhỏ trờn B1
HS2: Đặt tấm bỡa thứ hai (B2) song
GV: Vẽ mụ hỡnh thớ nghiệm lờn bảng và giải thớch : Đ là đốn, B1 là tấm bỡa cú khoột một lỗ rất nhỏ O1 , cũn B2 là tấm bỡa cú khoột lỗ trũn đường kớnh cỡ 5mm, B3 là tấm bỡa khụng khoột lỗ nào. Cũn cỏc đường thẳng xuất phỏt từ O1, O2 là tượng trưng cho đường đi của tia sỏng
GV: Yờu cầu cỏc nhúm HS bố trớ thớ nghiệm trờn mặt bàn ( như hỡnh vẽ ) và dự đoỏn hỡnh thu được trờn B3.
GV: Cỏc hóy làm T/N để kiểm tra kết quả của cỏc em?
GV: Hướng dẫn HS làm T/N theo nhúm Đ
B1 B2 B3
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
song với B1 và cho ỏnh sỏng lọt qua lỗ trũn đường kớnh cỡ 5mm trờn B2 . HS3 : Đặt tấm bỡa thứ ba (B3) hứng ỏnh sỏng đó lọt qua B2 HS4: Ghi chộp những nhận xột mà cả nhúm cựng quan sỏt thấy Nhúm HS thảo luận : vệt sỏng cú hỡnh dạng giống hỡnh dạng của lỗ trũn trờn B2 nhưng rộng hơn hỡnh vẽ dự đoỏn trước khi làm TN. Vậy ỏnh sỏng qua lỗ trũn nú đó bị loe ra ở chỗ mộp của lỗ trũn. Vậy ỏnh sỏng đó bị lệch hướng truyền thẳng nếu khụng thỡ vệt sỏng trờn B3 đó cú đường kớnh bằng đường kớnh của mặt đỏy của hỡnh nún đỉnh O1, mặt bờn tựa lờn chu vi của lỗ trũn O2 mà ta đó dự đoỏn.
HS (Đại diện nhúm) : ỏnh sỏng khi qua lỗ trũn O2 thỡ bị loe ra từ chỗ mộp lỗ trũn . Kết quả này cho thấy ỏnh sỏng bị lệch hướng truyền thẳng.
Giải thớch kết quả thớ nghiệm :