6. Phương pháp nghiên cứu
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.