Tài liệu Nghiên cứu cấu trúc nội dung, biên soạn hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan chƣơng “giao thoa ánh sáng” bổ sung nguồn học liệu học phẩn sp139

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỘI DUNG, BIÊN SOẠN HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN CHƢƠNG “GIAO THOA ÁNH SÁNG” BỔ SUNG NGUỒN HỌC LIỆU HỌC PHẨN SP139 Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Trần Thƣơng Tín Mã số SV: 1090186 Lớp: Sƣ phạm Vật Lý Khóa: 35 Cần Thơ, Năm 2013 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh Lời cảm ơn Sau một thời gian dài nghiên cứu em đã hoàn thành luận văn của mình. Đó là kết quả của sự cố gắng của bản thân trong những năm tháng trên giảng đường Đại Học cùng với sự hướng dẫn tận tình của quý thầy cô trong những năm vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô trường Đại Học Cần Thơ, Khoa Sư Phạm và Bộ Môn Vật lý đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS-GVC Nguyễn Hữu Khanh đã tận tình chỉ dẫn cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các anh chị đi trước và bạn bè đặc biệt là các bạn lớp sư phạm vật lý khóa 35 đã giúp em rất nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài. Cuối lời, xin kính chúc thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe và công tác tốt. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không tránh khỏi hạn chế và thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến quý báu của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được phong phú và hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Trân trọng SVTH: Trần Thương Tín SVTH: Trần Thương Tín Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU ······················································································· 1 1. Lý do chọn đề tài ··············································································· 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ··········································································· 1 3. Giới hạn của đề tài ············································································· 1 4. Nhiệm vụ nghiên cứu ·········································································· 1 5. Phương pháp nghiên cứu ······································································ 2 6. Đóng góp của luận văn ········································································ 2 Phần NỘI DUNG ···················································································· 3 Chƣơng 1:MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ VÀ MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH ··········································································· 3 1.1. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG ······ 3 1.1.1. Mục tiêu dạy học Vật Lý ở trường phổ thông ········································· 3 1.1.2. Nhiệm vụ dạy học Vật Lý ở trường phổ thông ········································ 3 1.2. MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH THEO BẬC NHẬN THỨC CỦA NHÀ GIÁO DỤC HỌC BENJAMIN BLOOM ················································ 4 1.2.1. Mức nhận thức “ Biết” ··································································· 4 1.2.2. Mức nhận thức “ Hiểu” ·································································· 5 1.2.3. Mức nhận thức “ Vận dụng” ···························································· 5 1.2.4. Mức nhận thức “ Phân tích” ····························································· 6 1.2.5. Mức nhận thức “ Tổng hợp” ···························································· 6 1.2.6. Mức nhận thức “ Đánh giá” ····························································· 6 Chƣơng 2: THIẾT LẬP LẠI KIẾN THỨC CHƢƠNG “ GIAO THOA ÁNH SÁNG” MỘT CÁCH CÓ HỆ THỐNG ··································································· 8 2.1. NHỮNG CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG ········································ 8 2.1.1. Nguyên lý Huyghen ··································································· 8 2.1.2. Phương trình sóng ánh sáng ·························································· 9 2.1.3. Nguyên lý chồng chất ································································· 10 2.2. SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG. NGUỒN KẾT HỢP ································ 10 2.2.1. Sự giao thoa ánh sáng ································································· 10 2.2.2. Dao động kết hợp và không kết hợp ················································ 11 2.3. KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG KẾT HỢP ........ 12 2.3.1. Vị trí các cực đại và cực tiểu của giao thoa ········································ 12 2.3.2. Vị trí giao thoa, khoảng vân·························································· 14 2.3.3. Điều kiện bề rộng của khe ···························································· 15 2.3.4. Nguồn sáng trắng chiếu vào khe ···················································· 16 2.4. CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ ·················································································· 16 2.4.1. Nguyên tắc chung để tạo ra các sóng kết hợp từ các nguồn sáng thông thường··································································································· 16 2.4.2. Các thí nghiệm quan sát giao thoa ·················································· 16 SVTH: Trần Thương Tín Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 2.4.2.1. Khe Young ······································································· 16 2.4.2.1.1. Thí nghiệm Young························································ 16 2.4.2.1.2. Các dạng bài tập của giao thoa khe Young ··························· 19 2.4.2.2. Gương Fresnel ··································································· 31 2.4.2.3. Lưỡng lăng kính Fresnel ······················································· 32 2.4.2.4. Gương Lloyd ···································································· 34 2.4.2.5. Bán thấu kính Billet····························································· 35 2.4.2.6. Cường độ ánh sáng trong giao thoa với hai khe ···························· 35 2.5. CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO VÂN ĐỊNH XỨ ······························································································ 40 2.5.1. Giới thiệu ··············································································· 40 2.5.2. Bản mỏng có độ dày không đổi. Vân cùng độ nghiêng ·························· 44 2.5.2.1. Sự định xứ của vân······························································ 44 2.5.2.2. Vân cùng độ nghiêng ··························································· 45 2.5.3. Bản mỏng có độ dày thay đổi. Vân cùng độ dày ·································· 46 2.5.3.1. Vân cùng độ dày ································································ 46 2.5.3.2. Vân của nêm không khí ························································ 47 2.5.3.3. Vân tròn Newton ································································ 50 2.6. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƢỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG··················· 52 2.6.1. Khử các ánh sáng phản xạ trên mặt kính ··········································· 52 2.6.2. Kiểm tra các mặt kính phẳng hay lồi ··············································· 53 2.6.3. Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí. Giao thoa kế Relay ···················· 54 Chƣơng 3. SƠ LƢỢC VỀ TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ······························ 59 3.1. TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN LÀ GÌ? ··········································· 59 3.2. BẢN CHẤT CỦA TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ······························ 59 3.3. VAI TRÒ CỦA TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN TRONG DẠY HỌC ······ 59 3.3.1. Đối với giáo viên ······································································ 59 3.3.2. Đối với học sinh ······································································· 60 3.4. ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA PHƢƠNG PHÁP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ·································································································· 60 3.4.1. Ưu điểm ················································································· 60 3.4.2. Nhược điểm ············································································ 60 3.5. PHÂN LOẠI CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ······················ 60 Chƣơng 4: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN THEO CÁC BẬC NHẬN THỨC ································································· 62 4.1. BẢN CẤU TRÚC HAI CHIỀU ························································· 62 4.2. BÀI TẬP GIAO THOA VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ ·································· 62 4.3. BÀI TẬP GIAO THOA VÂN ĐỊNH XỨ ·············································· 72 Phần KẾT LUẬN ···················································································· 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH: Trần Thương Tín Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Phần MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam sẽ cơ bản trở thành một nước công nghiệp. Nhân tố quyết định thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế là con người, việc này cần được bắt đầu từ giáo dục phổ thông mà trước hết đó là một hệ thống phẩm chất và năng lực được hình thành trên một nền tảng kiến thức, kĩ năng đầy đủ và vững chắc. Để việc giáo dục phẩm chất và năng lực của học sinh được hoàn thiện. Từ năm 2005 thực hiện theo hai tiêu chí trong giáo dục “trường học thân thiện và học sinh tích cực”. Nên việc đào tạo đội ngũ giáo viên từ các sinh viên sư phạm phải được nâng cao chuyên môn cũng như phẩm chất đạo đức. Hiện nay trường ta đang chuyển sang học chế tín chỉ, để hoàn thành tốt các học phần thì sinh viên phải bỏ ra thời gian tự học rất nhiều. Hiện nay tài liệu học tập trên internet rất nhiều nhưng đa số là đại trà không có cấu trúc, nội dung tổng hợp. Vì vậy, một tài liệu mà có cấu trúc và nội dung tổng hợp sẽ giúp sinh viên tiết kiệm được rất nhiều thời gian trong việc tự học. Đối với khoa sư phạm cũng như bộ môn sư phạm vật lý thì tài liệu có nội dung tổng hợp và cấu trúc chặt chẽ để giúp sinh viên tiết kiệm thời gian là khá quan trọng. Từ những vấn đề đó, em chọn đề tài nghiên cứu là: “NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỘI DUNG, BIÊN SOẠN HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN CHƢƠNG “GIAO THOA ÁNH SÁNG” BỔ SUNG NGUỒN HỌC LIỆU HỌC PHẨN SP139” 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng trong học phần SP 139” và xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan nhằm hỗ trợ tài liệu học cho học phần SP 139. 3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI - Chỉ giới hạn trong chương giao thoa ánh sáng. - Chỉ sử dụng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm. 4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Với những mục đích lý luận và thực tiễn như đã nêu, em xác định những nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau: - Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và nhà nước về mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục trong giai đoạn hiện nay, các yêu cầu và định hướng về đổi mới phương pháp dạy học. - Tìm hiểu các đề tài, các bài viết liên quan tới chương giao thoa ánh sáng. - Nghiên cứu các quan điểm lý luận dạy học hiện đại về: Các phương pháp tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học Vật Lý, sử dụng bài tập trong dạy học Vật Lý, thiết kế tiến trình dạy học nhằm phát huy tính tích cực của học sinh. - Tìm hiểu thực trạng dạy và học chương “ Giao thoa ánh sáng” nhằm tìm ra những khó khăn của giáo viên và học sinh trong giảng dạy cũng như lĩnh hội kiến thức có liên quan. - Nghiên cứu kiến thức có liên quan tới chương “ Giao thoa ánh sáng” nhằm xác định những mục tiêu dạy học cụ thể. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh - Soạn thảo tiến trình thiết kế lại kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng”. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường nhằm đánh giá tính khả thi của các phương án thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học đã thiết kế, qua đó bổ sung, sửa chữa các phương án thí nghiệm và tiến trình dạy học đã thiết kế. 5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu của đề tài, tác giả lựa chọn sử dụng phối hợp các phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý luận dạy học: Nghiên cứu lý luận về bài tập và lý thuyết trong dạy và học Vật Lý ở trường THPT; các yêu cầu đối với một bộ bài tập ở trường phổ thông. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: + Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học nội dung kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng”. + Tổng kết kinh nghiệm: Tìm hiểu kinh nghiệm việc xây dựng và sử dụng bài tập. 6. ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Từ việc thực hiện đề tài, hi vọng đóng góp một phần nhỏ công sức của mình trong việc tạo nguồn học liệu cho sinh viên khi học học phần SP 139, cụ thể: * Hệ thống lại nội dung kiến thức chương giao thoa ánh sáng trong học phần SP 139. * Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan theo bậc nhận thức của Bloom. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ VÀ MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH 1.1. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG 1.1.1. Mục tiêu dạy học Vật Lí ở trƣờng phổ thông Dạy học Vật Lý trong trường trung học phổ thông nhằm giúp học sinh: Đạt được một hệ thống kiến thức Vật Lý phổ thông cơ bản và hiện đại phù hợp với những quan điểm hiện đại, bao gồm:  Các khái niệm về sự vật hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong đời sống và sản xuất.  Các đại lượng, các định luật và các nguyên lý vật lý cơ bản.  Những nội dung chính của một số thuyết vật lý quan trọng nhất.  Những ứng dụng phổ biến của vật lý trong đời sống và sản xuất.  Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp đặt thù của vật lý, trước hết là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình. Rèn luyện và phát triển các kỷ năng:  Quan sát các hiện tượng và các quá trình vật lý trong tự nhiên, đời sống thường ngày hoặc trong các thí nghiệm: điều tra, sưu tầm, tra cứu tư liệu từ các nguồn khác nhau để thu nhập các thông tin cần thiết cho việc học tập vật lý.  Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lý. Kĩ năng lắp ráp và tiến hành thí nghiệm vật lý đơn giản.  Phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kết luận, để ra các dự đón đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất của các hiện tượng hoặc quá trình vật lý, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm.  Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng và các quá trình vật lý, giải các bài tập vật lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản xuất ở mức độ phổ thông.  Sử dụng các thuật ngữ vật lý, các biểu bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng, chính xác các hiểu biết, cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lý thông tin. Hình thành và rèn luyện các thái độ tình cảm:  Có hứng thú học vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với những đóng gớp của vật lý học cho sự tiến bộ của xã hội và công lao của các nhà khoa học.  Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lý, cũng như việc áp dụng những hiểu biết đã đạt được.  Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống nhằm cải thiện đời sống, học tập cũng như để bảo vệ giữ gìn môi trường sống tự nhiên. 1.1.2. Nhiệm vụ dạy học Vật Lý ở trƣờng phổ thông - Môn Vật Lý có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo của giáo dục phổ thông. Việc dạy học vật lý có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh thức vật lý cơ bản ở trình độ phổ thông, bước đầu hình thành ở học sinh những kỉ năng và thói quen làm việc khoa học, góp phần tạo ra ở họ các năng lực nhận thức, năng lực hành động và các phẩm chất về nhân cách mà mục tiêu của giáo dục đề ra. Chuẩn bị cho học sinh tiếp tục tham gia lao động sản xuất, có thể thích ứng với sự phát triển của khoa học kỉ thuật, học nghề, trung cấp chuyên nghiệp hoặc đại học. - Môn vật lý có khả năng to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh tư duy logic và tư duy biện chứng, hình thành ở họ niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự nhiên cũng như khả năng nhận thức của con người, khả năng ứng dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất, cải thiện đời sống. 1.2. MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH THEO BẬC NHẬN THỨC CỦA NHÀ GIÁO DỤC HỌC BENJAMIN BLOOM Bloom phân chia việc đánh giá học tập của học sinh theo các mức độ khác nhau (gọi tắt là các bậc của Bloom). Theo ông, các bậc nhận thức của học sinh được xét theo mức độ từ dễ đến khó, từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp. Đó là: biết, hiểu, vận dụng, phân tích, tổng hợp và đánh giá. 1.2.1. Mức nhận thức “ Biết” Đây là mức thấp nhất nhưng cũng rất cơ bản của sự nhận thức. Nó chỉ yêu cầu người học nhớ được các sự kiện, khái niệm, định nghĩa, công thức, phương pháp, nguyên lý,…mà chưa cần phải hiểu sâu. Vì vậy, người học được coi là đạt mục tiêu này nếu họ phát biểu được định nghĩa, nêu các công thức mô tả hay kể lại được sự kiện… hay nói một cách khác, người học chỉ tái hiện lại đúng điều đã học, được nghe. Có thể chia mức độ hiểu thành: 1.2.1.1. Biết các điều đặc biệt. Học sinh phải nhớ lại các sự kiện đặc biệt, riêng lẻ. Đây là mức trí năng thấp nhất nhưng nó lại là nền tảng cho các trí năng phức tạp hơn, bao gồm: - Biết các ký hiệu đặc biệt, các biểu tượng đặc biệt của một vật, một sự kiện, định nhgiax một khái niệm quan trọng. VD: Hãy xác định phát biểu nào sao đây có thể dùng định nghĩa chu kỳ trong chuyển động sóng: A. Khoảng cách xa nhất mà hạt có thể dời chỗ kể từ vị trí đứng yên B. Thời gian cần thiết cho một hạt tạo thành một dao động hoàn chỉnh C. Số dao đôn gj trong một giây D. Tốc độ thay đổi theo một phương nào đó - Biết các sự kiện, biến cố đặc biệt, địa danh hay doanh nhân… 1.2.1.2. Biết các phương cách và các phương tiện thông thường để có thể xử lí các nhiệm vụ chuyên môn thông thường: - Biết các qui ước - Biết về những chuỗi diễn biến: bao gồm việc biết các tiến trình, chiều hướng diễn biến, chuyển động của các hiện tượng theo thời gian. - Biết các cách phân loại, cách sắp xếp căn bản bên trong một lĩnh vực, một vấn đề. - Biết các tiêu chuẩn: bao gồm các kiến thức về các chuẩn để thí nghiệm, xét đoán các sự kiện, nguyên lý, ý kiến. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh - Biết các phương pháp tìm hiểu, kỷ thuật dùng khảo sát các vấn đề và các hiện tượng. Ở đây chỉ giới hạn ở mức “ biết về phương pháp” hơn là “sử dụng phương pháp”. 1.2.1.3. Biết các điều tổng quan và và trừu tượng trong một lĩnh vực khoa học - Biết các nguyên lý và các điều tổng quan dùng tóm tắt các hiện tượng quan sát được hoặc để giải thích, mô tả, tiên đoán các hiện tượng sẽ xảy ra. - Biết các lý thuyết và cấu trúc: bao gồm kiến thức ở mức độ ghi nhớ lại các nguyên lý, các nhận định tổng quát, các hệ thức liên hệ giữa các phần đã học với nhau để các một cái nhìn tổng quát, rỏ ràng, có hệ thống về một hiện tượng, về một vấn đề hoặc một lĩnh vực. Vậy: Để kiểm tra mức độ biết của học sinh, có thể nêu các câu hỏi có động từ bắt đầu như: mô tả, phát biểu, liệt kê, nhớ lại, nhận biết, xác định, kể tên, định nghĩa. nhận dạng…Hoặc các từ hỏi như: như thế nào, ai, ở đâu, khi nào, bằng cách nào, là gì… 1.2.2. Mức nhận thức “ Hiểu” Ở bậc này, người dạy không chỉ yêu cầu học sinh nhớ được kiến thức mà còn phải hiểu thấu đáo chúng như: các sự việc, hiện tượng, các quá trình, các nguyên tắc, định luật, định nghĩa… Một số hoạt động sau đây có thể gọi là “ hiểu”. 1.2.2.1. Diễn giải được Khi tiếp thu một vấn đề nào đó, học sinh có thể diễn đạt lại chúng bằng lời lẽ riêng của mình, hoặc dưới một dạng thức khác với điều kiện bảo toàn được ý nghĩa ban đầu. Như vậy, khả năng này được được đánh giá dựa trên tiêu chí chính xác và trung thực. 1.2.2.2. Tóm tắt được Học sinh có thể xác định được mục đích hoặc tóm tắt một bài viết, có thể tóm gọn một đoạn bài học thành một cụm từ hoặc một từ đại diện ( tìm từ khóa). 1.2.2.3. Giải thích được Khả năng này cho phép học sinh có thể lý giải các hiện tượng, sự kiện thậm chí một quá trình làm việc nào đó ttrong thực tế, dựa vào những kiến thức đã được học. Vậy: Để kiểm tra mức độ “hiểu” của học sinh, có thể nêu các câu hỏi bắt đầu bằng các động từ như: giải thích, lí giải, hiểu thế nào, tóm tắt dưới dạng sơ đồ, dự đoán, cho ví dụ, diễn đạt…hoặc các từ hỏi “ tại sao” , “ …nghĩa là gì?”. 1.2.3. Mức nhận thức “ Vận dụng” Đạt được tiêu chuẩn này, người học không chỉ phải nhớ, hiểu mà còn phải có khả năng áp dụng những nguyên tắc, khái niệm… đã học để giải quyết các vấn đề nhỏ, các bài tập áp dụng và đặc biệt là đưa chúng vào thực tiễn để giải thích , cải tiến cho hợp lý hơn, khoa học hơn. Mục đích của của tiêu chuẩn này là làm cho học sinh luôn có thái độ đúng đắn trong học tập, phải biết rằng học để làm, kiến thức phải được sử dụng vào các công việc thực tế thì mới có ý nghĩa. Cần rèn luyện cho học sinh luôn có thói quen liên tưởng từ sách vở ra ngoài đời và ngược lại. Muốn giải quyết một khó khăn trong thực tế trước tiên học sinh cần biết sử dụng đúng những gì mình đã học được trong sách vở cộng với sự tích cực của trí tuệ. Sự sáng tạo cũng bắt nguồn từ những mối liên tưởng thường xuyên như vậy. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Vậy: Để kiểm tra mức độ “ vận dụng” ngoài các bài tập ra giáo viên thường hay nêu câu hỏi bắt đầu bằng các động từ như: Hãy tìm, hãy chỉ ra, hãy liên hệ, hãy giải thích, chứng minh… 1.2.4. Mức nhận thức “ Phân tích” Để đạt được tiêu chuẩn ở bậc này, người học không chỉ phải làm chủ tri thức của mình mà còn nhanh nhạy trong các thao tác tu duy. Phân tích là chia một chính thể ra thành nhiều bộ phận để đi sâu và các chi tiết bên trong, để hiểu bản chất của đối tượng. Phép chia ở đây cũng có thể hiểu theo nghĩa đen như chia một miếng bánh…nhưng chia là để xem xét kỉ các bộ phận và có cách chia phù hợp chứ không phải chia cơ học hay chia để chiếm hữu. Thường thì mỗi sự phân tích bao giờ cũng nhầm vào một mục đích cụ thể, nghĩa là việc nghiên cứu tùng bộ phận phải hướng đích. Sau khi chia mỗi bộ phận phải được nghiên cứu để hiểu sâu hơn, chi tiết hơn. Xâm nhập khắp các bộ phận của chính thể. Vậy: Để kiểm tra mức độ nhận thức “ phân tích” thì ta dùng các động từ như: phân tích, so sánh tìm tương phản, phân biệt, tìm điểm giống nhau, khác nhau của… tìm mối tương quan, liên hệ… 1.2.5. Mức nhận thức “ Tổng hợp” Tổng hợp là nhìn bao quát lên một chính thể gồm nhiều bộ phận ( sau khi phân tích) mô tả được bức tranh toàn cảnh của chính thể, các mối quan hệ giữa các bộ phận của các chỉnh thể với nhau và quan hệ giữa các chính thể với môi trường xung quanh. Bậc nhận thức này có yêu cầu cao đối với người học. Muốn đạt được yêu cầu thì người học phải hiểu thấu đáo đối tượng, biết phân tích nó rồi sau đó mới có thể mô tả toàn cảnh đối tượng đó bằng ngôn ngữ của mình, chú ý sắp xếp các bộ phận cấu thành ( đã phân tích) theo một trật tự hợp lý để có thể xếp nó vào một loại đối tượng đã biết hay tìm ra một đối tượng mới, từ đó tìm ra hướng giải quyết theo nhiệm vụ đã đặt ra hoặc tìm ra phương hướng phân tích tiếp theo. Phân tích và tổng hợp là hai hoạt động luôn luôn đi kèm nhau để tìm hiểu một hiện tượng, sự việc một cách trọn vẹn. Các hoạt động tư duy hỗ trợ hai hoạt động này là trừu tượng hóa, khái quát hóa. Vậy: Các động từ dùng để hỏi kiểm tra mức nhận thức này là: kết hợp, phối hợp, sáng tác, thiết kế, tổ chức, sắp xếp lại, cấu trúc lại, viết lại, tìm cách giải… 1.2.6. Mức nhận thức “ Đánh giá” Một người có khả năng đánh giá là người có thể thực hiện công việc sau: khi tìm hiểu một vấn đề, có thể nhận được vấn đề này đúng hay sai, hay hay là dở, chính xác hay không chính xác, có giá trị hay không có giá trị…và mức độ của nhận định đó ( cho điểm). Muốn có năng lực này, trước hết người học phải vững vàng về kiến thức, thuần thục các hoạt động tư duy như: phân tích và tổng hợp, so sánh, phân loại, trừu tượng hóa…Phải kiên định với những định chuẩn đã đặt ra. Tuy nhiên cũng phải biết kết hợp hoàn cảnh của đối tượng, của sự kiện để có thể “gia giảm” hợp lý các điểm số đánh giá. Có thể chia năng lực này theo các mặt công việc sau: SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh - Đánh giá nội dung: Sau khi hoàn thành một bài luận, một bài tập hoặc một bài viết nào đó, học sinh có thể xem lại để biết công việc của mình làm có đạt chuẩn hay không để có thể hoàn chỉnh nó. Bên cạnh đánh giá nội dung, một sự đánh giá sắc bén đôi khi cũng cần có, đó là đánh giá ý tưởng của công việc. Đây là một sự đánh giá trí tuệ con người thông qua việc trình bày. Trong học tập, học sinh có thể đánh giá độ khó của một bài tập, thậm chí đánh giá cách giải của bạn là hay, không hay…khi học sinh phát biểu, trao đổi nhóm, các em khác có thể nhận xét nội dung phát biểu, tranh luận của bạn. - Đánh giá hình thức: Các loại hình thức cần được đánh giá là: hình thức trình bày, hình thức văn chương, và hình thức logic trong cách nói và viết. - Đánh giá tư tưởng:Mỗi công việc đều mang một mục đích tư tưởng nhất định (đạo đức, nhân đạo, tính phục vụ, tính môi trường, thế giới quan,…) - Đánh giá mức độ: Ngoài việc định chuẩn cho các nội dung đánh giá, người đánh giá cần biết chia điểm hợp lý cho mỗi tiêu chí đánh giá. Ở bậc trí tuệ cao nhất này, người đánh giá cần biết lượng hóa từng tiêu chí, biết so sánh, phân loại …sao cho việc đánh giá được công bằng. Vậy: Có thể dùng các câu hỏi: Đánh giá, kết luận, nhận xét, phê bình, phê phán, bảo vệ, phán đoán,…để đánh giá hoạt động này. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Chƣơng 2: CẤU TRÚC LẠI KIẾN THỨC CHƢƠNG “ GIAO THOA ÁNH SÁNG” MỘT CÁCH CÓ HỆ THỐNG Ánh sáng mặt trời cũng như cầu vồng cho chúng ta thấy rằng nó là tổng hợp các màu trong vùng nhìn thấy. Các màu xuất hiện trong cầu vồng là do các sóng tới với bước sóng khác nhau lệch những góc khác nhau khi chúng đi qua những hạt mưa để tạo nên cầu vồng. Tuy nhiên những màu rục rỡ của bong bóng xà phòng và các váng dầu được tạo nên không phải do khúc xạ mà do sự giao thoa của ánh sáng phản xạ trên chúng. Các sóng giao thoa kết hợp với nhau làm tăng cường hoặc triệt tiêu vài màu sắc nào đó trong phổ của ánh sáng mặt trời dọi tới. Sự tăng cường hay triệt tiêu có tính chất chọn lọc đối với các bước sóng ánh sáng có nhiều ứng dụng. Khi ánh sáng đập lên mặt của của một khối thủy tinh thông thường chẳng hạn, thì khoảng 4% năng lượng ánh sáng tới là được phản xạ vì thế chùm ánh sáng truyền qua cũng sẽ bị yếu đi chừng ấy. Sự mất ánh sáng vô ích này có thể trở thành vấn đề trong các hệ quang học có nhiều thành phần. Một “lớp giao thoa” mỏng, trong suốt tráng lên bề mặt của khối thủy tinh có thể làm giảm lượng ánh sáng phản xạ (và do đó làm tăng ánh sáng truyền qua) nhờ giao thoa mà triệt tiêu đi. Màu hơi xanh của thấu kính máy ảnh chứng tỏ thấu kính đã được tráng một lớp như thế. Đôi khi chúng ta lại muốn làm tăng hơn là giảm đi độ phản xạ của mặt thủy tinh. Điều này cũng có thể thực hiện được nhờ phương pháp tráng giao thoa. Trong thực tế một sự tổ hợp các lớp giao thoa có độ dày và chiết suất khác nhau có thể làm phản xạ hoặc truyền qua gần hết vùng bước sóng ánh sáng mong muốn. thí dụ có thể mua các của kính có tráng các lớp giao thoa để phản xạ tốt tia hồng ngoại (do đó phòng sẽ ấm hơn do giữ lại đươc tia hồng ngoại) nhưng lại phản xạ kém ánh sáng khả kiến (nên dể dàng làm cho ánh sáng mặt trời đi vào trong nhà). Để hiểu được hiện tượng giao thoa chúng ta cần phải vượt ra ngoài những hạn chế của quang hình học và sử dụng toàn điện của quang học sóng. Thực tế, sự hiện diện của hiện tượng giao thoa, như chúng ta sẽ thấy, có lẽ là một bằng chứng đầy thuyết phục rằng ánh sáng là một sóng. 2.1. NHỮNG CƠ SỠ CỦA QUANG HỌC SÓNG 2.1.1. Nguyên lý Huyghen Người đầu tiên đề ra thuyết sóng ánh sáng có sức thuyết phục là nhà vật lý người Hà Lan Christian Huygens năm 1678. Lý thuyết của Huygens khó hiểu hơn thuyết điện động lực học của Maxevell về sau này nhưng lại đơn giản hơn về mặt toán học nên vẫn còn dùng cho đến ngày nay. Ưu điểm lớn của nó là giải thích được những định luật về phản xạ và khúc xạ theo thuyết sóng và có ý nghĩa vật lý của chiết suất. Lý thuyết sóng của Huygens dưạ trên sự dựng hình cho phép chúng ta xác định một mặt sóng cho trước sau một thời gian sẽ ở đâu nếu chúng ta biết vị trí ban đầu của nó. Cách vẽ này dựa trên nguyên lý Huygens phát biểu như sau: “Mọi điểm trên mặt sóng đều dùng làm nguồn điểm của các sóng cầu thứ cấp. Sau một thời gian t vị trí mới của mặt sóng sẽ là bao hình của tất cả sóng thứ cấp trên”. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Dưới đây là một ví dụ đơn giản. Ở phía trái của hình, vị trí hiện tại của mặt sóng phẳng di chuyển sang phải trong không gian tự do (chân không) được biểu diển bằng mặt phẳng ab, vuông góc với mặt phẳng của tờ giấy (giao tuyến của mặt này với mặt phẳng của tờ giấy hơi giống với ngọn sóng thẳng và dài di chuyển trên mặt nước). Hỏi sau thời gian t thì mặt sóng sẽ ở đâu? Chúng ta hãy dùng một số điểm trên mặt ab (các dấu chấm) làm tâm để vẽ các sóng cầu thứ cấp. Sau thời gian t bán kính của các sóng cầu thứ cấp là c.t, trong đó c là vận tốc của ánh sáng trong chân không. Chúng ta biểu diễn mặt phẳng tiếp tuyến với các hình cầu đó ở thời điểm t bằng mặt de. Đó là mặt sóng phẳng ở thời điểm t. Nó song song với mặt phẳng ab và cách ab một khoảng bằng c.t. Như vậy các mặt phẳng sóng truyền dưới dạng các mặt phẳng với vận tốc là c. Hình 2.1 Sự truyền của một sóng phẳng trong chân không được hình dung theo nguyên lý Huygens. Hình 2. 2: Mặt đầu sóng của sóng cầu. Hình 2.3: Mặt đầu sóng của sóng khúc xạ. 2.1.2. Phƣơng trình sóng ánh sáng  Ta đã biết ánh sáng là một loại sóng điện từ, nghĩa là một điện từ trường biến thiên  trong không gian. Nó được đặc trưng bởi vectơ cường độ điện trường E , vectơ cường độ   từ trường H , vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng v .   Thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành phần điện trường E tác dụng vào mắt  mới gây cảm giác sáng. Vì vậy dao động của vectơ E được gọi là dao động sáng. Mặt khác, thực nghiệm cũng cho thấy rằng hầu hết các hiện tượng quang học xảy ra đều do SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 9 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh  tác dụng của vectơ cường độ điện trường E . Do đó, để đặc trưng cho sóng ánh sáng ta  chỉ dùng vectơ cường độ điện trường E mà không cần chú ý đến vectơ cường độ từ  trường H .  Tương tự như sóng cơ, giả sử tại nguồn S phương trình dao động sáng là: E = E0cos ( t   ) (1) Thì tại điểm M cách nguồn sáng S một khoảng r, phương trình dao động sáng sẽ là:     2 r  2 r.n  E = E0cos  t  .      E0 cos  t  .      Hay T v   T C     2  E  E0 cos  t  .L     T    (2) Biểu thức (2) gọi là phương trình sóng ánh sáng. Trong đó: E là li độ dao động ở thời điểm t, E0 là biên độ dao động,  là tần số góc,  là c ), T là chu n kỳ ánh sáng,  = c.T là bước sóng ánh sáng trong chân không, L = n.r = c. t là quang trình (hay quang lộ) của đoạn đường r = SM mà ánh sáng lan truyền, t là thời gian mà pha ban đầu, v là vận tốc truyền sóng trong môi trường có chiết suất n ( v  ánh sáng lan truyền từ S đến M. 2.1.3. Nguyên lý chồng chất  Nguyên lý chồng chất là nguyên lý cơ bản để nghiên cứu hiện tượng giao thoa ánh sáng và nhiễu xạ ánh sáng. Nội dung của nó như sau: “ Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì sóng này không làm nhiễu loạn sóng kia và sau khi gặp nhau các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ. Tại những điểm trong miền các sóng gặp nhau, dao động sáng tại điểm đó bằng tổng các dao động sáng thành phần”. Tức là:      n  E  E 1  E 2  E 3  ....  E n   Ei ” (3) i 1 Cần chú ý rằng, nguyên lý chồng chất chỉ đúng với các sóng ánh sáng do nguồn sáng thông thường phát ra (cường độ điện trường yếu), không đúng với các sóng ánh sáng do nguồn laze phát ra (vì có cường độ điện trường lớn nên có sự tương tác lẫn với nhau). 2.2. SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG. NGUỒN KẾT HỢP 2.2.1. Sự giao thoa ánh sáng  Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau tại một miền nào đó của không gian thì tại miền đó người ta thấy có những dải màu sáng và tối xen kẻ lẫn nhau. Hiện tượng này gọi là sự giao thoa ánh sáng. Miền không gian có giao thoa ánh sáng gọi là trường giao thoa.  Thực nghiện cho thấy rằng chỉ có những sóng phát ra từ những nguồn kết hợp thì mới có thể tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng. SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh 2.2.2. Dao động kết hợp và không kết hợp  Để làm xuất hiện hình ảnh giao thoa trên màn quan sát, các sóng ánh sáng đi đến một điểm nào đó trên màn phải có một hiệu số pha  không thay đổi. Đó là trường hợp những sóng ánh sáng đi qua các khe S1 và S2 là những phần của một sóng độc nhất dọi sáng các khe. Do hiệu số pha vẫn không đổi ở mọi nơi nên ánh sáng xuất phát từ các khe S1 và S2 được gọi là hoàn toàn kết hợp. Hình 2.4: Hai sóng kêt hợp hoàn toàn.  Nếu ta thay hai khe bằng các nguồn sáng giống nhau nhưng độc lập, như hai dây tóc bóng đèn đang nóng đỏ, thì hiệu số pha giữa các sóng bức xạ từ các nguồn thay đổi nhanh chóng và hỗn loạn. Điều đó là do ánh sáng được bức xạ từ vô số nguyên tử trong giây tóc hoạt động một cách hỗn loạn và độc lập với nhau trong một thời gian cực kỳ ngắn (vào khoảng nano giây). Kết quả là ở tại điểm cho trước của màn quan sát, sự giao thoa giữa các sóng từ hai nguồn sẽ thay đổi nhanh chống và hỗn loạn giữa trạng thái hoàn toàn tăng cương và hoàn toàn triệt tiêu nhau. Mắt và đa số các máy thu quang học thông thường không thể theo dõi sự thay đổi như vậy nên không thể nhìn thấy hình ảnh giao thoa. Màn quan sát như được dọi sáng đều. Ánh sáng như trên được gọi là hoàn toàn không kết hợp. Để biết rõ hơn về nguồn kết hợp và nguồn không kết hợp ta xét hai dao động có cùng tần số và cùng phương gặp nhau tại điểm M, được biểu diễn bằng các phương trình sau: E1 = E01cos ( t  1 ) (4) E2 = E02cos ( t   2 ) (5) Trong đó: E01, E02 là biên độ dao động thành phần, 1 ,  2 là pha ban đầu.    Dao động tổng hợp tại m được biểu diễn bằng: E  E1  E2  (6)  Vì hai dao động E1 và E 2 cùng phương nên có thể thay thế bằng phép cộng vectơ bằng phép cộng đại số: E  E01 cost  1   E02 cost   2  (7) Kết quả tính toán cho thấy dao động tổng hợp tại điểm M là một dao động có cùng tần số, cùng phương với hai dao động thành phần:   E  E0 cost    (8) Biên độ E0 và pha ban đầu  được xác định bởi: SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 11 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh 2 2 E02  E01  E02  2E01.E02 . cos1   2  Và tan   (9) E01. sin  1  E02 . sin  2 E01. cos  1  E02 . cos  2 (10) Do cường độ sáng tại một điểm tỉ lệ với bình phương biên độ dao động sáng tại 2 2 điểm đó. Nên ta có: I~ E02 , I1 ~ E01 (11) , I 2 ~ E02 Thay (11) vào (9) ta có cường độ sáng tổng hợp tại điểm M là: I  I1  I 2  2 I1 I 2 cos1   2  (12) Trong thực tế các máy thu ánh sáng (kể cả mắt) dù nhạy đến đâu cũng chỉ ghi nhận được giá trị trung bình của cường độ sáng trong thời gian quan sát mà thôi. Vì vậy, biểu thức (12) phải lấy giá trị trung bình: I  I1  I 2  2 I1 I 2 . cos1   2  (13) Vì E01 và E02 không phụ thuộc vào thời gian nên ta có: I  I1  I 2  2 I1 I 2 .cos1   2  (14) Từ (14) ta thấy cường độ sáng trung bình tại điểm M chỉ phụ thuộc vào hiệu số pha ban đầu 1   2  của hai dao động sóng. Có thể xảy ra hai trường hợp: Trường hợp 1: Hiệu số pha ban đầu không phụ thuộc vào thời gian (  1 -  2 = const) Khi đó: cos1   2  = cos 1   2  = const, nên theo (14) ta có: I  I1  I 2  2 I1 I 2 . cos1   2  (15) Từ (15) ta thấy: I  I1 +I2 (16) Nghĩa là tại những điểm M khác nhau, cường độ sáng tổng hợp I có thể lớn hơn hay nhỏ hơn (I1 + I2) tùy thuộc vào hiệu số pha ban đầu 1   2  . Như vậy, trong trường hợp này có thể xảy ra hiện tượng giao thoa. Các dao động có cùng tần số có hiệu số pha ban đầu không đổi theo thời gian được gọi là các dao động kết hợp. Nguồn sáng phát ra các dao động kết hợp được gọi là nguồn kết hợp. Trường hợp 2: Hiệu số pha ban đầu thay đổi theo thời gian (  1 -  2  const). Khi đó ta có cos1   2  = 0 và từ (14) ta có: I = I1 + I2 = const (17) Như vậy. tại mọi điểm trong miền không gian hai sóng gặp nhau, có cường độ sáng như nhau nghĩa là không có hiện tượng giao thoa. Các dao động có hiệu số pha ban đầu thay đổi theo thời gian gọi là các dao động không kết hợp. Nguồn phát ra các dao động không kết hợp gọi là nguồn không kết hợp. Tóm lại, muốn có hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng thì các sóng phải là sóng kết hợp và dao động của chúng phải cùng phương. 2.3. KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 2.3.1. Vị trí các cực đại và cực tiểu của giao thoa SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 12 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Xét hai sóng kết hợp được phát ra từ hai nguồn kết hợp S1 và S2 có cùng tần số  gặp nhau tại điểm M trong không gian, cách S1 và S2 những khoảng tương ứng là r1 và r2. Giả sử phương trình của hai dao động sáng tại S1, S2 là: E1 = E01cos ( t ) E2 = E02cos ( t ) Phương trình của hai sóng ánh sáng tại điểm M là: Hình 2.5: Hiệu đường đi của tia sáng 2   ' E1  E01 cos t  .L1   E01 cost  1     2   ' E 2  E02 cos t  .L2   E02 cost   2     Trong đó L1 và L2 là quang trình của các tia sáng S1M = r1 và S2M = r2. 2 2 1   L1 và  2   L2 là các pha ban đầu của hai sóng tại điểm M.   Cường độ sáng tại điểm M là: I  I1  I 2  2 I1 I 2 cos1   2  (18) Đặt   1   2 là hiệu số pha ban đầu, ta có : 2 L2  L1   2  (19)   1   2    Trong đó  = L1 – L2 gọi là hiệu quang trình của hai tia sáng S1M và S2M.  Từ (18) ta thấy cường độ sáng tai M phụ thuộc vào hiệu số pha ban đầu  hay vào hiệu quang trình  của hai sóng tại M. Cụ thể: Cường độ sáng cực đại khi cos 1   2  = +1. Từ đó suy ra: 1   2  2k Hay  = k  với k = 0,  1,2...... Cường độ sáng cực đại bằng: I = Imax =  I1  I 2 (20)  2 (21) Như vậy, cực đại giao thoa (những điểm sáng nhất) là những điểm mà tại đó hiệu quang trình của hai sóng bằng một số nguyên lần bước sóng. Lập luận tương tự như trên ta có: Cực tiểu giao thoa (những điểm tối nhất) là những điểm mà tại đó hiệu quang trình của hai sóng bằng một số lẻ lần nửa bước sóng:    2k  1 (22) 2 Với k = 0,  1,2,3...... SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 13 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh Tại đó cường độ sáng cực tiểu và bằng: I = Imin =  I1  I 2  2 (23) Chú ý: Trường hợp ánh sáng truyền trong chân không và trong không khí, khi đó n = 1, L = r thì vị trí các cực đại, các cực tiểu của giao thoa được xác định bởi các công thức: r2 – r 1 = k  (24)  và (25) r2  r1  2k  1 2 2.3.2. Vị trí giao thoa, khoảng vân Xét một điểm M trên màn E trên hình. Vị trí của điểm M được xác định bởi x = OM. Kẻ MH vuông góc với S1S2 và đặt S1S2 = a. Ta có: S1H = x - a a , S2H = x + 2 2 Hình 2.6: Vị trí vân giao thoa. Đặt IO = D ( khoảng cách từ hai nguồn đến màn), ta có: 2 a  r   x    D2 2  2 1 2 a  r   x    D2 2  2 2 Từ đó suy ra: r22  r12  2ax hay ( r2 + r1).(r2 – r1) = 2ax Vì màn E đặt xa và a nhỏ nên có thể coi r1 + r2 = 2D, ta có: 2D.( r2 – r1) = 2ax hay r2  r1  ax D (26) Tại điểm M sẽ có vân sáng khi: r2 – r1 = k  Thay (26) vào ta tìm được vị trí vân sáng là: D xs = k (27) a Với k = 0,  1,2,3...... Tại O ( x = 0, k = 0), ta có vân sáng trung tâm ( vân sáng chính giữa), ở hai bên vân sáng trung tâm là vân sáng bậc 1 ( k=  1), bậc 2 ( k =  2)….. Tương tự như trên ta tìm được vị trí của vân tối là: SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 14 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh xt =(2k +1) D (28) 2a Từ hai công thức trên ta thấy các vân sáng và vâ tối xen kẽ và cách đều nhau. Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp nhau gọi là khoảng vân: i = xk+1 – xk = (k + 1). hay i= D a - k. D a D (29) a Muốn quan sát rõ hệ vân giao thoa trên màn thì khoảng vân i phải lớn, như vậy thì a phải nhỏ và D phải lớn.  = Từ biểu thức (29) ta suy ra: ai D (30) Nghĩa là có thể đo được bước sóng ánh sáng đơn sắc khi biết a, D và khoảng vân i chính xác đến khoảng 0,001 m . 2.3.3. Điều kiện bề rộng của khe Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng bề rộng của hai khe S1 và S2 rất hẹp, các vân sáng trên màn quan sát sẽ mãnh, tách rời nhau. Trong thực tế nếu hai khe không đủ nhỏ thì các vân sáng trên màn sẽ nhòe và có khi mất hẳn. Để tìm đều kiện cho kích thước hai khe, ta tiền hành tách mỗi khe thành hai dãy đều nhau. Như vậy ta được hai cặp khe b, d và c,e thay cho cặp khe S1S2. Ta có: bc = de = 1 2 bd = ce = a Hình 2.7: Điều kiện bề rộng của khe. Trên màn E lúc này có hai hệ vân với vân trung tâm là c1 và c2. D Khoảng vân: i= a Khoảng cách hai vân trung tâm c1c2 = i i thì vân sáng của hệ vân này sẽ trùng với vân tối của hệ vân kia. 2 i Thực nghiệm đã cho thấy rằng c1c2 = i  4 Nếu c1c2 = i = SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 15 Luận văn tốt nghiệp Và c1c2 = i = GVHD: Ths.GVC. Nguyễn Hữu Khanh 1 2 Vậy bề rộng của khe sẽ là: 1 D 2 a 1 . 2.3.4. Nguồn sáng trắng chiếu vào khe Giả sử S1S2 là hai nguồn phát ra ánh sáng trắng. Ánh sáng trắng do nhiều thành phần đơn sắc hợp thành (gồm các ánh sáng đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ có bước sóng từ 0,4 đến 0,76 m ). Mỗi thành phần đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa với các cực đại sẽ là các vạch sáng đơn sắc. Khoảng vân và vị trí vân cực đại được xác định: D i= a Xs = k D (31) a Các hệ vân đơn sắc sẽ chồng chất lên nhau. Tại vân trung tâm k = 0 thì Xs = 0 với bất kỳ giá trị của  nào. Nghĩa là vân trung tâm là vạch sáng trắng. Từ công thức (31), mặc dù cùng bậc giao thoa, vì bước sóng đơn sắc có giá trị khác nhau cho nên vị trí Xs sẽ khác nhau. Kết quả là hai bên vân sáng trung tâm có dãy màu. Trong đó vân tím gần vân trung tâm nhất và màu đỏ xa vân trung tâm nhất. Phía ngoài hai dãy màu cầu vồng, các vân sáng của các thành phần đơn sắc khác nhau bắt đầu trùng lên nhau, nghĩa là vân sáng bậc ki của  i sẽ trùng với vân sáng của kj cua  j…. Ta có: K1  1 = k2  2 = ….= ki  i = kj  j = kh  h = …… 2.4. CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ 2.4.1. Nguyên tắc chung để tạo ra các sóng kết hợp từ các nguồn sáng thông thƣờng Muốn quan sát được hiện tượng giao thoa trước hết phải tạo ra các nguồn kết hợp. Thí nghiệm chứng tỏ rằng ánh sáng phát ra từ hai nguồn sáng thông thường là sóng không kết hợp. Vì vậy để tạo ra hai sóng kết hợp từ nguồn sáng thông thường phải bằng cách nào đó (phản xạ, khúc xạ…) tách ánh sáng phát ra từ một nguồn điểm thành hai sóng, cho truyền theo hai con đường khác nhau. Muốn có được hình ảnh giao thoa ta cho hai sóng kết hợp được tách ra đó gặp nhau. Cần chú ý rằng, đối với nguồn sáng laze, người ta có thể sử dụng hai nguồn độc lập để tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng. Sau đây ta sẽ khảo sát một số thí nghiệm quan sát hiện tượng giao thoa ánh sáng bằng nguồn sáng thông thường. 2.4.2. Các thí nghiệm quan sát giao thoa 2.4.2.1. Khe Young 2.4.2.1.1. Thí nghiệm Young SVTH: Trần Thương Tín MSSV:1090186 16