6. Phương pháp nghiên cứu
2.3.4. Sử dụng phần mềm trong pha kiểm tra tri thức và vận dụng kết
Trong pha này: Tranh luận, thể chế hoá, vận dụng tri thức mới. Trong pha này, dưới sự hướng dẫn của GV, HS tranh luận, bảo vệ cái xây dựng được. GV chính xác hoá, bổ sung, thể chế hoá tri thức mới. Học sinh chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng.
Ví dụ trong bài “giao thoa ánh sáng”, sử dụng PMMP thí nghiệm để kiểm tra và khẳng định công thức tính khoảng vân giao thoa.
Hình 2.4. TNMP thực hành xác định bước sóng của ánh sáng
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức vật lí 12 ban cơ bản với sự hỗ trợ của phần mềm mô phòng thí nghiệm theo hướng tích cực hoá quá trình nhận thức của học sinh
2.4.1. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Tán sắc ánh sáng”
2.4.1.1. Những điểm cần lưu ý:
- Trong bài này có hai cách tiếp cận kiến thức khác nhau rõ rệt.
+ Phần đầu (gồm: thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu-tơn và thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn) sử dụng cách tiếp cận bằng thực nghiệm.
Cần phải làm thí nghiệm cho HS quan sát rồi rút ra kết luận. Trong SGK, ta mô tả thí nghiệm của Niu-tơn với ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên trong thí nghiệm mà ta sẽ thực hiện trên lớp, phải thay ánh sáng mặt trời bằng ánh sáng của ngọn đèn dây tóc nóng sáng, nhưng trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc cần phải có nguồn sáng trắng đủ mạnh, điều này thực tế trong thiết bị thí
nghiệm hiện có không đáp ứng được, do đó ta sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm.
+ Phần sau (Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng) ta sử dụng cách tiếp cận lý thuyết.
Trước hết, cần hướng dẫn HS nhớ lại kiến thức về lăng kính ở chương trình vật lí lớp 11. Chỉ cần hS phân tích một cách định tính là: Sau quá trình bị khúc xạ liên tiếp ở hai mặt lăng kính thì, nếu chiết suất của lăng kính càng lớn, tia ló càng bị lệch nhiều về phía đáy của lăng kính so với tia tới.
Sau đó, vận dụng kết luận trên vào thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng qua lăng kính ta suy ra kết quả: với cùng một lăng kính thì nđ<ndc<nv<nlục<nlam<nc<nt.
2.4.1.2. Mục tiêu dạy học
* Mục tiêu đối với quá trình dạy học
* Mục tiêu đối với kết quả học
- Mô tả được hai thí nghiệm của Niu-tơn, và nêu được kết luận rút ra từ mỗi thí nghiệm.
- Giải thích được hiện tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính bằng hai giả thuyết của Niu-tơn.
- Giải thích được một số hiện tượng tự nhiên như hiện tượng cầu vồng,...
2.4.1.3. Phương tiện dạy học
- Phần mềm dạy học (phần mềm mô phỏng thí nghiệm vật lí 12), máy tính, máy chiếu projecter, màn chiếu.
- Phiếu học tập.
2.4.1.4. Nội dung tóm tắt trình bày bảng
TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu-tơn
a. Dụng cụ thí nghiệm: Gương phắng G (dùng để phản chiếu ánh sáng mặt trời) (ta có thể dùng ánh sáng của đèn chiếu); màn chắn có khe hẹp S; màn hứng ảnh M; lăng kính P.
b. Bố trí thí nghiệm (dùng máy chiếu, chiếu hình ảnh mô tả cách bố trí thí nghiệm):
c. Tiến hành thí nghiệm (dùng phần mềm mô phỏng thí nghiệm mô tả hiện tượng xảy ra).
d. Kết quả: Trên màn ảnh M, thấy vệt sáng bị dịch xuống đáy của lăng kính, đồng thời bị trải dài thành một dải màu sặc sỡ.
e. Kết luận:
Chiếu một chùm sáng song song, hẹp của ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính ta thấy chùm sáng không những bị lệch về phía đáy của lăng kính mà còn bị tách thành một dải màu liên tục từ đỏ đến tím (tia đỏ bị lệch ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất).
Hình 2.6. Dải sáng màu liên tục từ đỏ đến tím gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời.
Hiện tượng chùm ánh sáng trắng qua lăng kính bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
2. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton
a. Dụng cụ thí nghiệm: Gương phắng G (dùng để phản chiếu ánh sáng mặt trời); màn chắn có khe hẹp F, màn M có khe hẹp F’; màn hứng ảnh M’; 2 lăng kính P và P’.
b. Bố trí thí nghiệm (Dùng máy chiếu chiếu cách bố trí thí nghiệm).
c. Tiến hành thí nghiệm (dùng phần mềm mô phỏng thí nghiệm kết hợp với máy chiếu để minh hoạ).
d. Kết quả
Chùm ánh sáng vàng, tách ra từ quang phổ Mặt Trời nhờ lăng kính P, sau khi đi qua lăng kính P’, chỉ bị lệch mà không bị đổi màu.
Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
3. Giải thích hiện tượng tán sắc
+ Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
+ Chiết suất của thủy tinh đối với các ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau thì khác nhau. Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ, và tăng dần khi chuyển sang màu da cam, màu vàng, … và có giá trị lớn nhất đối với ánh sáng tím.
Vì góc lệch của một tia sáng khúc xạ qua lăng kính tăng theo chiết suất, nên các chùm tia sáng có màu khác nhau trong chùm ánh sáng tới bị lăng kính làm lệch những góc khác nhau, do đó khi ló ra khỏi lăng kính, chúng không trùng nhau nữa
Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành
các chùm sáng đơn sắc.
4. Ứng dụng
Giải thích được một số hiện tượng tự nhiên, ví dụ: cầu vồng bảy sắc.
Ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính để phân tích một chùm sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc.
2.4.1.5. Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động 1 (3 phút): đặt vấn đề vào bài mới.
Trong thực tế khi đi vào một khu vườn hoa chúng ta thấy rất nhiều màu sắc của hoa rực rỡ dưới ánh sáng mặt trời. Hoặc ta sử dụng các kính mầu, ví dụ mầu đỏ làm cửa kính thì ánh sáng mặt trời đi qua ta thấy toàn mầu đỏ. Hoặc sau một cơn mưa rào nhẹ, vào lúc buổi sáng hoặc buổi chiều nắng, đứng quay lưng về phía mặt trời và nhìn lên bầu trời, có bẩy mầu nổi bật như vẽ trên bầu trời (đó là cầu vồng). (Chiếu các hình ảnh minh hoạ lên trên bảng (hình 2.7)).
Hình 2.7. Hình ảnh cầu vồng
Vậy nguyên nhân nào gây ra các hiện tượng như vậy?
Hoạt động 2 (15 phút): Tìm hiểu thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng
của Newton.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nhà bác học Niu-Tơn đã thực hiện thí
nghiệm như sau:
- Đưa phần mềm mô phỏng thí nghiệm tán sắc ánh sáng, chiếu lên bảng.
- Yêu cầu HS xác định các dụng cụ dùng trong thí nghiệm và hướng dẫn HS xác định tác dụng của các dụng cụ.
- Hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm chứng tỏ điều gì?
- Giới thiệu quang phổ của Mặt Trời. - Giới thiệu hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- HS quan sát thí nghiệm.
- Xác định các dụng cụ dùng trong thí nghiệm và tác dụng của chúng
- Nêu kết quả thí nghiệm.
- Kể tên các màu chính của dải màu thu được.
- Ghi nhận khái niệm.
- Ghi nhận hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- Trả lời câu hỏi C1.
Hoạt động 3 (9 phút): Tìm hiểu thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-
tơn.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Có phải thủy tinh đã làm thay đổi màu
sắc ánh sáng hay không? để kiểm nghiệm điều này ta phải thiết kế thí nghiệm như thế nào?
- Cho ánh sáng màu đi qua lăng kính.
- Giới thiệu hình vẽ 24.2 trong SGK.
- Chiếu thí nghiệm mô phỏng lên bảng:
- Giới thiệu ánh sáng đơn sắc.
- Xem hình vẽ 24.2 trong SGK.
- Quan sát và rút ra kết luận.
- Ghi nhận khái niệm ánh sáng đơn sắc.
Hoạt động 4 (10 phút): Giải thích hiện tượng tán sắc.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Ánh sáng trắng có phải là ánh sáng đơn
sắc không?
Đưa thí nghiệm mô phỏng tổng hợp ánh sáng trắng lên màn chiếu
- Giới thiệu sự phụ thuộc của chiết suất thủy tinh vào các loại ánh sáng đơn sắc khác nhau.
- Yêu cầu học sinh cho biết góc lệch của tia sáng qua lăng kính phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Giới thiệu sự tán sắc ánh sáng.
- Quan sát thí nghiệm và đưa ra kết luận.
- Ghi nhận sự phụ thuộc của chiết suất thủy tinh vào các loại ánh sáng đơn sắc khác nhau.
- Cho biết góc lệch của tia sáng qua lăng kính phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Ghi nhận khái niệm.
Hoạt động 5 (4 phút): Tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng tán sắc.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Giới thiệu một số ứng dụng của hiện
tượng tán sắc ánh sáng.
Chiếu lại một số hình ảnh đã chiếu ở đầu tiết dạy.
- Ghi nhận một số ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng.
Hoạt động 6 (4 phút): Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho học sinh tóm tắt những kiến thức
đã học trong bài.
Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài.
Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập trang 125 SGK và các bài tập từ 24.3 đến 24.5 SBT.
Ghi các bài tập về nhà.
2.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Tia hồng ngoại và tia tử ngoại”
2.4.2.1. Những điều cần lưu ý
Bài học dạy chủ yếu sử dụng cách tiếp cận bằng thí nghiệm, những thí nghiệm được cấp có độ nhạy không cao, ảnh hưởng đến việc tiếp cận kiến thức của HS, do đó nên mô tả thí nghiệm được trình bày trong SGK, sau đó sử dụng thí nghiệm mô phỏng để minh hoạ cho việc phát hiện ra tia hồng ngoại và tử ngoại.
2.4.2.2. Mục tiêu dạy học
- Nêu được bản chất, tính chất và một số ứng dụng của tia hồng ngoại. - Nêu được bản chất, tính chất và một số ứng dụng của tia tử ngoại.
- So sánh được bước sóng của tia tử ngoại, tia hồng ngoại với ánh sáng nhìn thấy.
2.4.2.3. Phương tiện dạy học
Giáo viên: Thí nghiệm hình 27.1 SGK. Vẽ phóng to hình 27.1. Học sinh: Ôn hiệu ứng nhiệt điện và nhiệt kế cặp nhiệt điện.
2.4.2.4. Nội dung tóm tắt trình bày bảng
TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI 1. Phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại
Ở ngoài quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, ở cả hai đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ mà mắt không nhìn thấy, nhưng nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang mà ta phát hiện được.
Bức xạ không nhìn thấy ở ngoài vùng màu đỏ của quang phổ gọi là tia hồng ngoại, ở ngoài vùng màu tím gọi là tia tử ngoại.
2. Bản chất và tính chất chung của tia hồng ngoại và tia tử ngoại a. Bản chất
Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng và đều là sóng điện từ.
Tia hồng ngoại có bước sóng từ 760 nm đến khoảng vài milimét. Tia tử ngoại có bước sóng từ 380 nm đến vài nanômét.
b. Tính chất
Tia hồng ngoại và tia tử ngoại cũng tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
3. Tia hồng ngoại a. Cách tạo ra
Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát bức xạ hồng ngoại ra môi trường.
Nguồn hồng ngoại thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điôt hồng ngoại.
b. Tính chất và công dụng
+ Tính chất nỗi bật nhất là có tác dụng nhiệt rất mạnh, được dùng để sấy khô, sưởi ấm.
+ Tia hồng ngoại có thể gây ra một số phản ứng hóa học. Nhờ đó người ta chế tạo được phim ảnh để chụp ảnh hồng ngoại ban đêm, chụp ảnh hồng ngoại nhiều thiên thể.
+ Tia hồng ngoại cũng có thể biến điệu được như sóng điện từ cao tần. Tính chất này cho phép chế tạo được những bộ điều khiển từ xa.
+ Tia hồng ngoại được ứng dụng nhiều trong quân sự: Ống nhòm hồng ngoại, camêra hồng ngoại, tên lửa điều khiển bằng tia hồng ngoại, …
a. Nguồn tia tử ngoại
Những vật có nhiệt độ cao từ 20000C trở lên đều phát tia tử ngoại. Nhiệt độ của vật càng cao thì phổ tử ngoại của vật càng kéo dài về phía sóng ngắn. Hồ quang điện, bề mặt của Mặt Trời là những nguồn tử ngoại mạnh.
Nguồn tử ngoại trong phòng thí nghiệm, nhà máy thực phẩm, bệnh viện, … là đèn hơi thủy ngân.
b. Tính chất
+ Tác dụng lên phim ảnh, do đó thường dùng phim ảnh để nghiên cứu tia tử ngoại.
+ Kích thích sự phát quang của nhiều chất. Được áp dụng trong đèn huỳnh quang.
+ Kích thích nhiều phản ứng hóa học. Được dùng làm tác nhân cho phản ứng hóa học.
+ Làm ion hóa không khí và nhiều chất khí khác. Gây tác dụng quang điện. + Có tác dụng sinh học: hủy hoại tế bào da, tế bào võng mạc, diệt khuẩn, diệt nấm mốc.
+ Bị nước, thủy tinh … hấp thụ rất mạnh nhưng lại có thể truyền qua được thạch anh.
c. Sự hấp thụ tia tử ngoại
Thủy tinh thông thường hấp thụ mạnh các tia tử ngoại. Thạch anh, nước và không khí hấp thụ mạnh các tia có bước sóng ngắn hơn 200nm.
Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có bước sóng dưới 300nm phát ra từ Mặt Trời.
d. Công dụng
+ Trong y học tia tử ngoại được dùng để tiệt trùng các dụng cụ phẩu thuật, để chữa một số bệnh như bệnh còi xương.
+ Trong công nghiệp thực phẩm, tia tử ngoại được dùng để tiệt trùng cho thực phẩm trước khi đóng gói hoặc đóng hộp.
+ Trong công nghiệp cơ khí, tia tử ngoại được dùng để tìm các vết nứt trên bề mặt các vật bằng kim loại.
2.4.2.5. Tiến trình dạy học cụ thể
Hoạt động 1 (10 phút): Tìm hiểu sự phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Làm thế nào để xác định có hay không
sự tồn tại của các bức xạ không nhìn thấy?
- Đưa thí nghiệm mô phỏng phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
GV nhắc lại tác dụng của cặp nhiệt điện. Di chuyển vị trí của mối hàn.
- Kết quả thí nghiệm chứng tỏ điều gì?
- Quan sát, nêu hiện tượng xảy ra: ánh sáng nhìn thấy có tác dụng nhiệt và ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy kim điện kế vẫn chỉ giá trị khác 0.
- Chứng tỏ ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy còn có bức xạ không nhìn thấy.
- Giới thiệu tia hồng ngoại, tia tử ngoại.
thấy ta có thể dựa vào tác dụng nhiệt.
Ghi nhận các khái niệm. Thực hiện C1.
Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu bản chất và tính chất chung của tia hồng
ngoại và tia tử ngoại.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Yêu cầu học sinh lập luận để rút ra bản
chất của tia hồng ngoại và tia tử ngoại. - Giới thiệu bước sóng của tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
- Giới thiệu tính chất chung của tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
- Lập luận để rút ra bản chất của tia hồng ngoại và tia tử ngoại. - Ghi nhận bước sóng của tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
- Ghi nhận tính chất chung của tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
Hoạt động 3 (10 phút): Tìm hiểu tia hồng ngoại.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh