10. Cấu trúc luận văn
2.2.3.Bài “Kính thiên văn"
2.2.3.1. Kiến thức cần xây dựng
- Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt khi nhìn những vật ở rất xa, có tác dụng tạo ra ảnh có góc trông lớn hơn rất nhiều so với góc trông vật trực tiếp. - Kính thiên văn khúc xạ: hệ gồm hai thấu kính
+Vật kính: là một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (cỡ vài chục cm trở lên) +Thị kính: là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn(cỡ vài cm trở lên) -Kính thiên văn phản xạ: hệ gồm
+Vật kính:là một gương cầu lõm
+Thị kính:là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn.
(Khoảng cách giữa vật kính và thị kính thay đổi được nhờ dịch chuyển thị kính lại gần hoặc ra xa vật kính)
65
-Thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách dịch chuyển thị kính lại gần hay ra xa vật kính sao cho ảnh cuối cùng nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
-Công thức số bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực: G=
2 1
f f
- Để tạo ra kính thiên văn có số bội giác lớn khi ngắm chừng ở vô cực, ta dùng vật kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài, còn thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn.
2.2.3.2. Câu hỏi đề xuất vấn đề
- Khi quan sát trực tiếp các vật ở rất xa, ta không thể nhìn rõ các vật, vì góc trông vật nhỏ hơn nhiều năng suất phân li của mắt. Để nhìn rõ vật, ta phải dùng một dụng cụ quang học gọi là kính thiên văn.Vậy kính thiên văn có cấu tạo ra sao? Dùng nó như thế nào?
66
2.2.3.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức
Kính thiên văn có cấu tạo ra sao? Dùng nó như thế nào? Làm thế nào để tạo ra kính thiên văn có số bội giác lớn khi ngắm chừng ở vô cực?
- Kính thiên văn có thể được cấu tạo bởi hệ hai linh kiện quang học:
+Linh kiện thứ nhất: tạo ảnh (A1B1 của vật cần quan sát AB) ở vị trí gần. +Linh kiện thứ hai: dùng như kính lúp để quan sát ảnh A1B1.
Mắt đặt sau linh kiện quang học thứ hai nhìn ảnh cuối cùng dưới góc trông lớn hơn rất nhiều so với góc trông vật trực tiếp.
- Căn cứ vào hình vẽ tạo ảnh của vật cho bởi kính thiên văn khi ảnh ảo A2B2 hiện lên ở vô cực, tính tan và tan 0.
- Thay tan và tan 0 vào công thức định nghĩa số bội giác của kính thiên văn khi
ngắm chừng ở vô cực, xác định được cách tạo ra một kính thiên văn có số bội giác lớn
khi ngắm chừng ở vô cực.
-Điều kiện để mắt nhìn rõ một vật:
+Vật nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
+Góc trông vật lớn hơn hoặc bằng năng suất phân li của mắt. -Tác dụng, cấu tạo của kính lúp và kính hiển vi
-Kính thiên văn dùng để nhìn rõ những vật ở rất xa
-Số bội giác G của một dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt : G= 0 0 tan tan
Trong đó: là góc trông ảnh của vật qua quang cụ, 0 là góc trông vật trực tiếp khi vật đặt ở xa.
67 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.3.4. Mục tiêu dạy học
- Trong khi học:
+ Tham gia đề xuất giải pháp: kính thiên văn có thể được cấu tạo bởi hệ hai linh kiện quang học: linh kiện thứ nhất để tạo ảnh A1B1 (của vật AB) ở vị trí gần; linh kiện thứ hai dùng làm kính lúp để quan sát ảnh A1B1.
-Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt khi nhìn những vật ở rất xa, có tác dụng tạo ra ảnh có góc trông lớn hơn rất nhiều so với góc trông trực tiếp vật.
-Kính thiên văn khúc xạ: hệ gồm vật kính là một thấu kính hội tụ (tiêu cự dài) và thị kính là một thấu kính hội tụ (tiêu cự ngắn) được lắp đồng trục.
-Kính thiên văn phản xạ: hệ gồm vật kính là một gương cầu lõm (tiêu cự dài) và thị kính là một thấu kính hội tụ (tiêu cự ngắn).
-Thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách dịch chuyển thị kính lại gần hoặc ra xa vật kính để tạo ảnh (ảo) A2B2 nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
-Công thức số bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực: G=
2 1
f f
- Để tạo ra kính thiên văn có số bội giác lớn khi ngắm chừng ở vô cực, ta dùng vật kính là một
thấu kính hội tụ có tiêu cự dài, còn thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn.
- Sử dụng 2 thấu kính hội tụ 01 và 02 có tiêu cự lần lượt là 1,2m và 4cm đặt đồng trục. Vật cần quan sát AB coi như ở xa vô cực chiếu chùm tia sáng song song (với
một trục phụ bất kì) tới thấu kính 01. Ảnh
A1B1 hiện lên ở tiêu diện ảnh của thấu kính 01.
-Điều chỉnh khoảng cách giữa hai thấu kính sao cho ảnh A1B1 tạo bởi thấu kính 01 nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính 02; ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB.
- Một mắt tốt có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là Dc=25 cm đặt sát sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
- Một mắt tốt có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là Dc=25 cm đặt sát sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên ở vô cực. -Vẽ ảnh của vật thật tạo bởi hệ.
+Ngắm chừng ở vô cực: G=
2 1
f f
-Các phương án thiết kế kính thiên văn:
+Phương án 1: Hệ gương cầu lõm 01- thấu kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn.
+Phương án 2: Hệ gương cầu lồi 01- thấu kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn.
+Phương án 3: Hệ thấu kính hội tụ 01- thấu
kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn.
+Phương án 4: Hệ thấu kính phân kì 01- thấu kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn.
-Nếu dùng phương án 2 và 4, ảnh ảo A1B1 nằm ngoài khoảng giữa hai linh kiện quang học nên rất khó điều chỉnh sao cho ảnh này nằm trong khoảng tiêu cự của linh kiện quang học thứ 2, (thấu kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn), để ảnh cuối cùng A2B2 là ảnh ảo. Phương án 1 và 3 là tối ưu.
-Vật AB ở rất xa, qua vật kính (gương cầu lõm, thấu kính hội tụ 01) cho ảnh thật A1B1. Mắt đặt sau thị kính (thấu kính hội tụ 02), điều chỉnh khoảng cách giữa vật kính và thị kính sao cho A1B1 nằm trong khoảng 02F2
để thị kính tạo ra ảnh ảo A2B2 lớn hơn A1B1, nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vẽ ảnh của vật tạo bởi hệ thấu kính hội tụ 01- thấu kính hội tụ 02 có tiêu cự ngắn.
F2’ 02 B1 A2 B2 F1’ A1 01 A B I F2’ 02 B1 B2 F1’ A1 2 F 01 A B 0M J F2
68
+Căn cứ vào giải pháp đó, đưa ra được các phương án thiết kế kính thiên văn:
Phương án 1: Hệ gương cầu lõm 01- thấu kính hội tụ 02 tiêu cự ngắn.
Phương án 2: Hệ gương cầu lồi 01- thấu kính hội tụ 02 tiêu cự ngắn.
Phương án 3: Hệ thấu kính hội tụ 01- thấu kính hội tụ 02 tiêu cự ngắn.
Phương án 4: Hệ thấu kính phân kì 01- thấu kính hội tụ 02 tiêu cự ngắn. + Phân tích được tính khả thi của từng phương án, lựa chọn được các phương án tối ưu là phương án 1 và 3.
+Xác định được sự tạo ảnh và dựng được ảnh của một vật ở rất xa qua kính thiên văn khúc xạ, kính thiên văn phản xạ.
+Xác định được cách ngắm chừng qua kính thiên văn.
+Tham gia xây dựng công thức số bội giác của kính thiên văn khúc xạ trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
+Trả lời được câu hỏi: “Làm thế nào để tạo ra một kính thiên văn có số bội giác lớn khi ngắm chừng ở vô cực?”
-Sau khi học:
+Nêu được công dụng, tác dụng của kính thiên văn.
+Nêu được sự giống nhau và khác nhau giữa kính thiên văn khúc xạ và kính hiển vi về Cấu tạo , tác dụng của từng bộ phận chính
Cách ngắm chừng.
+Nêu được sự tạo ảnh qua kính thiên văn. +Có kĩ năng dựng ảnh qua kính thiên văn.
+Chứng minh được công thức tính số bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực và biết áp dụng công thức đó để giải bài toán.
+Lựa chọn vật kính, thị kính và lắp ráp được kính thiên văn khúc xạ, dùng kính đó để quan sát vật ở xa.
69
2.2.3.5. Đồ dùng dạy học các góc
Cấu tạo của kính thiên văn.Cách ngắm chừng qua kính thiên văn. Số bội giác của kính thiên văn trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực
Dông cô NhiÖm vô Thêi
gian Gãc tr¶I nghiÖ m - Máy tính có phần mềm: Quang hình học –Mô phỏng và thiết kế. -Giấy, bút và thước. -Phiếu học tập số 1.
-Học sinh đọc câu hỏi và làm theo hướng dẫn trong phiếu học tập số 1. 10 phót Gãc vËn dông
- Hình vẽ “Sơ đồ kính thiên văn khúc xạ và sự tạo ảnh của vật qua kính trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.”
-Phiếu học tập số 2.
-Học sinh đọc câu hỏi và làm theo hướng dẫn trong phiếu học tập số 2. 10 phót Gãc ThiÕt kÕ 1 - Máy tính có phần mềm: Quang hình học –Mô phỏng và thiết kế. -Giấy, bút và thước. -Phiếu học tập số 3.
-Học sinh đọc câu hỏi và làm theo hướng dẫn trong phiếu học tập số 3. 10 phót Gãc ThiÕt kÕ 2
- Hình vẽ “Sơ đồ kính thiên văn khúc xạ và sự tạo ảnh của vật qua kính trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.” (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Giấy, bút và thước.
-Sách giáo khoa: mục 1-trang 265- sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao. - Phiếu học tập số 4.
-Học sinh đọc câu hỏi và làm theo hướng dẫn trong phiếu học tập số 4. 10 phót Phiếu học tập Gãc tr¶I nghiÖm Phiếu học tập số 1
+Nhiệm vụ 1:Học sinh sử dụng máy tính có phần mềm Quang hình
học-mô phỏng và thiết kế tiếnhành thí nghiệm ảo.
- Bƣớc 1: Sử dụng 2 thấu kính hội tụ 01 và 02 có tiêu cự lần lượt là 1,2m và 4cm đặt đồng trục. Vật cần quan sát AB coi như ở xa vô cực chiếu chùm tia sáng song song (với một trục phụ bất kì) tới thấu kính 01. Ảnh A1B1 hiện lên ở tiêu diện ảnh của thấu kính 01.
-Bƣớc 2: Điều chỉnh khoảng cách giữa hai thấu kính sao cho ảnh A1B1 tạo bởi thấu kính 01 là ảnh thật nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính 02; ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB.
70
sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
-Bƣớc 4: Một mắt tốt có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là Dc=25 cm đặt sát sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên ở vô cực.
+Nhiệm vụ 2:Vẽ ảnh của vật tạo bởi kính thiên văn khúc xạ trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực?
Gãc vËn dông
Phiếu học tập số 2
Bài toán: “Hình vẽ sơ đồ kính thiên văn khúc xạ và sự tạo ảnh của vật qua kính trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
Cho: f1, f2 lần lượt là tiêu cự của thấu kính 01 và 02.
Em hãy lập công thức tính số bội giác của kính thiên văn khúc xạ trong
trường hợp ngắm chừng ở vô cực theo các dữ kiện nói trên?
Em hãy so sánh cáu tạo của kính thiên văn khúc xạ với cấu tạo của kính
hiển vi? Trả lời:…… ……… Gãc ThiÕt kÕ 1 Phiếu học tập số 3
Đặt vấn đề: Trong nghiên cứu thiên văn, để quan sát rõ các vật ở rất xa Trái đất, cần phải tạo ra một loại dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt sao cho trông thấy ảnh của thiên thể dưới góc trông lớn hơn rất nhiều so với khi nhìn trực tiếp bằng mắt.
Tương tự như với kính hiển vi, ta thấy kính thiên văn có nguyên tắc cấu tạo là:
I F2’ 02 B1 B2 F1’ A1 2 F 01 A B 0M J
71
+Muốn tăng góc trông thì trước hết phải tạo ra ảnh thật của vật ở vị trí gần nhờ linh kiện quang học thứ nhất.
+Sau đó nhìn ảnh này qua linh kiện thứ hai để thấy ảnh cuối cùng dưới
góc trông lớn hơn.
Nhiệm vụ: Dùng phần mềm Quang hình học- mô phỏng và thiết kế, các
em hãy thiết kế các mô hình kính thiên văn?
-Bƣớc 1: Chiếu chùm sáng song song (coi như được phát ra từ vật cách Trái đất rất xa) tới một trong số các dụng cụ quang em đã học (gương cầu lồi, gương cầu lõm, thấu kính hội tụ , thấu kính phân kì) sao cho tạo ra ảnh thậtở vị trí gần .
-Bƣớc 2: Đặt thêm một linh kiện quang học thứ hai đồng trục, đằng sau linh kiện quang học thứ nhất sao cho có thể nhìn thấy ảnh cuối (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cùng cho bởi hệ dưới góc trông lớn hơn.
Câu hỏi : Các em đã thiết kế được mấy mô hình kính thiên văn? Nêu cấu tạo của các kính thiên văn đó?
Trả lời……… Gãc ThiÕt kÕ 2 Phiếu học tập số 4
Bài toán: “Hình vẽ sơ đồ kính thiên văn khúc xạ và sự tạo ảnh của một vật (ở xa vô cực) qua kính trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
1/ Em hãy phân tích sơ đồ tạo ảnh để suy ra chức năng của thấu kính 01 và thấu kính 02? Suy ra nguyên tắc cấu tạo của kính thiên văn?
2/ Với nguyên tắc cấu tạo kính thiên văn như trên, em hãy suy luận để đưa ra các mô hình kính thiên văn khác? Vẽ sơ đồ tạo ảnh của một vật (ở xa vô cực) với các mô hình đó?
(Gợi ý: tham khảo sách giáo khoa – mục 1-trang 265)
Trả lời:……… ……… I F2 ’ 02 B1 B2 F1’A1A2 01 A B 0M J
72
Dự kiến câu trả lời của học sinh
Gãc tr¶I nghiÖm
Dự kiến câu trả lời của học sinh
Phiếu học tập số 1
+Nhiệm vụ 1: Học sinh sử dụng máy tính có phần mềm Quang hình
học-mô phỏng và thiết kế tiến hành thí nghiệm ảo.
- Bƣớc 1: sử dụng 2 thấu kính hội tụ 01 và 02 có tiêu cự lần lượt là 1,2m và 4cm đặt đồng trục. Vật cần quan sát AB coi như ở xa vô cực chiếu chùm tia sáng song song (với một trục phụ bất kì) tới thấu kính 01. Ảnh A1B1 hiện lên ở tiêu diện ảnh của thấu kính 01.
-Bƣớc 2: điều chỉnh khoảng cách giữa hai thấu kính sao cho ảnh A1B1 tạo bởi thấu kính 01 là ảnh thật nằm trong khoảng tiêu diện ảnh của thấu kính 02; ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB.
-Bƣớc 3: Một mắt tốt có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là Dc=25 cm đặt sát sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên trong giới hạn nhìn rõ của mắt.
-Bƣớc 4: Một mắt tốt có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là Dc=25 cm đặt sát sau thấu kính 02. Điều chỉnh khoảng cách giữa 01 và 02 sao cho ảnh cuối cùng cho bởi hệ A2B2 là ảnh ảo, ngược chiều với vật AB hiện lên ở vô