Tài liệu Skkn hình thành kiến thức tổng quan về ánh sáng cho học sinh.

SƠ YẾU LÝ LỊCH KHOA HỌC ………………………. I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN : 1. Họ và tên : Lê Xuân Đoan 2. Ngày tháng năm sinh : 02. 10. 1964 3. Giới tính : Nam 4. Địa chỉ : Ấp Hoà Bình , Xã Túc Trưng , Huyện Định Quán 5. Điện thoại : 0613639043(cơ quan) , 0613630057( nhà riêng) . 6. Fax : E-mail : [email protected] 7. Chức vụ : Tổ trưởng tổ chuyên môn 8. Đơn vị công tác : Trường THPT Điểu Cải II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : - Học vị cao nhất : cử nhân Vật lý . - Năm nhận bằng : 1987 - Chuyên ngành đào tạo : Vật lý III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC : - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm : giảng dạy vật lý cấp THPT . - Số năm có kinh nghiệm : 25 năm . - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây :  Đơn vị và các đại lượng vật lý cơ bản.  Tính thực tế trong bài toán vật lý.  Phân tích chia nhỏ và lấy tổng một phương pháp cơ bản xây dựng các kiến thức vật lý.  Năng lượng hạt nhân. Trang1 HÌNH THÀNH KIẾN THỨC TỔNG QUAN VỀ ÁNH SÁNG CHO HỌC SINH I. LÝ DO CHỌN ĐẾ TÀI : ính thưa quý thầy cô, qua giảng dạy tôi thấy việc hình thành cho học sinh một nhận thức khái quát về một nội dung phân môn Vật lý được trình bày trong nhiều chương nhiều bài là vô cùng cần thiết. Nếu không nhận thức khái quát người học không thể liên hệ, xâu chuỗi kiến thức từng phần được học theo từng bài, từng tiết. Không hệ thống dược kiến thức đã học, học sinh dễ rơi vào tình trạng học vẹt, mau quên, không nhận ra nội dung chính, không vận dụng được kiến thức đã học. Chúng ta hình dung một nhà điêu khắc muốn có một bức tượng đẹp đầu tiên phải phát hoạ một mô hình rồi mới đến các chi tiết, các chi tiết có thể phải tỉ mỉ, miệt mài làm việc để bổ sung hoàn thiện dần cho bức tượng trong nhiều thời gian. Nếu có mô hình đúng tỉ lệ và đầy đủ các ý tưởng ta dễ dàng nhận ra chi tiết thiếu hay khiếm khuyết để bổ sung trong quá trình hoàn tất bức tượng, nhưng các khuyết tật của mô hình phát hoạ có thể không hình thành được bức tượng. Việc hình thành nhận thức khái quát cho học sinh về một nội dung phân môn của vật lý cũng có ý nghĩa tương tự. Kiến thức từng bài từng chương là những mãnh ghép trên một bức tranh tổng thể, chỉ khi biết ghép lại tương đối hoàn thiện mới có thể nhận ra nội dung chính, nhớ lâu, trở thành kiến thức của người học và vận dụng dễ dàng cho những vấn đề liên quan. K II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.Cơ sở lý luận : Trong chương trình vât lý phổ thông hiện nay, nội dung giảng dạy về quang học được giảng dạy một phần ở lớp 9, một phần ở lớp 11 và một phần ở lớp 12. Đa số học sinh học rồi lại quên. Rất khó hình thành kiến thức một cách có hệ thống. Để học sinh có sự định hướng tốt và hứng thú hơn trong việc học tập nội dung về quang học tôi muốn đề cập về nội dung này một cách tổng quát nhẹ nhàng như một câu chuyện. Hi vọng qua đó các em có một phác họa tốt cho cho việc tìm hiểu sự muôn màu muôn vẻ xung quanh chúng ta do ánh sáng tạo ra. 2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài 2.1 Khái quát về quang học: Thắp một ngọn nến, bật một công tắc đèn ta có ngay ánh sáng lan toả khắp phòng . . . Có ánh sáng thì mắt ta nhìn thấy các vật xung quanh, các vật có màu sắc khác nhau, có bóng tối, có sự che khuất, có ảnh trong gương . . . Trong tự nhiên hằng ngày mặt trời vô tư chiếu Trang2 sáng khắp nơi cho ta nhìn thấy cảnh vật xung quanh. Chính ánh sáng tạo nên sự cảm nhận trong mắt chúng ta về thế giới vật chất muôn màu muôn vẻ xung quanh chúng ta. Con người từ khi lọt lòng mẹ mở mắt chào đời đã bắt đầu cảm nhận ánh sáng và chịu ảnh hưởng của ánh sáng không khác gì thức ăn nước uống và không khí. Chính vì thế con người đã nghiên cứu về ánh sáng và ứng dụng vào cuộc sống của mình từ rất lâu trong lịch sử. Từ những hiện tượng đơn giản là sự che khuất con người biết ngụy trang núp trốn khi săn bắn đến việc tạo ra gương để ngắm nhan sắc của mình, rồi đến sự sáng tạo ra các dụng cụ quang học phức tạp hơn như kính hiển vi, kính thiên văn, máy quang phổ, máy X quang, tế bào quang điện, máy ảnh và các thiết bị ghi hình tạo ảnh trong lĩnh vực truyền thông … Những dụng cụ không thể thiếu trong các lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ngày nay. Ánh sáng là gì ? Từ ngọn nến hay một nguồn sáng thực chất đã có gì lan truyền ra mà được ta gọi là ánh sáng? Tại sao có ảnh của ta trong gương? Tại sao trăng tròn rồi lại khuyết ? tại sao một bong bóng xà phòng lại có đủ màu rất đẹp trong ánh nắng? Rõ ràng các câu hỏi liên quan đến các hiện tượng do ánh sáng diễn ra hằng ngày xung quanh chúng ta không dễ dàng trả lời tí nào? Các nhà vật lý tiên phong như Newton ; Young ; Huyghen, Plăng … đã nêu lên những cơ sở căn bản về quang học giúp ta giải thích được các hiện tượng về ánh sáng và làm cơ sở cho các ứng dụng quang học: 2.2 Về đường truyền của ánh sáng: Với cơ sở là tia sáng: Tia sáng là phần ánh sáng truyền dọc theo một đường thẳng xuất phát từ một điểm sáng trên vật sáng. Ta dùng nửa đường thẳng có chiều xác định để mô tả một tia sáng. Ví dụ SI biểu diễn một tia sáng phát ra từ một điểm S trên ngọn đèn. I S SI laø moät tia saùng phaùt ra töø ngoïn ñeøn a/ Định luật truyền thẳng: Trong một môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền theo một đường thẳng Trang3 AÙnh saùng truyeàn thaúng taïo ra boùng ñen va söï che khuaát Nhöõng tia saùng maët trôøi trôøi truyeàn thaúng taïo ra boùng con vaø boùng meï Hiện tượng trăng tròn lại khuyết là do khi quan sát từ mặt đất vào những đêm rằm ta nhìn thấy toàn bộ mặt trăng được chiếu sáng bởi mặt trời, còn những ngày khác trong tháng thì có một phần mặt trăng không được chiếu sáng bởi mặt trời ta chỉ nhìn Trang4 S thấy phần được chiếu sáng. Vào đêm cuối và đầu tháng âm lịch thì không có ánh trăng vì phần tối của mặt trăng hướng về trái đất. Hiện tượng nguyệt thực, nhật thực là do trong quá trình chuyển động của mặt trăng quanh trái đất có những thời điểm mà trái đất, mặt trăng và mặt trời thẳng hàng. Nếu sự thẳng hàng xảy ra mà trái đất ở giữa thì mặt trăng bị che khuất bởi trái đất, một phần hay toàn bộ mặt trăng không được chiếu sáng bởi mặt trời ta gọi là nguyệt thực. Nếu thẳng hàng xảy ra mà mặt trăng ở giữa thì một phần bề mặt trái đất bị che khuất bởi mặt trăng không nhận được ánh sáng mặt trời giữa ban ngày. Từ mặt đất trong vùng che khuất ta không quan sát thấy mặt trời đó là hiện tượng nhật thực. b/ Định luật phản xạ: Khi tia sáng truyền đến một bề mặt nhẵn thì đổi hướng trở lại môi trường tới gọi là tia phản xạ: - Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới , bên kia pháp tuyến so với tia tới . N S’ - Góc phản xạ bằng góc tới . i i’ I Söï phaûn xaï cuûa moät chuøm saùng song song treân beà maët nhẵn Söï phaûn xaï cuûa moät chuøm saùng song song treân beà maët khoâng nhẵn ( goi laø söï taùn xaï) Trang5 Mắt ta nhìn thấy đỉnh núi dưới hồ là do ánh sáng từ đỉnh núi phản xạ trên mặt hồ rồi đến mắt. Dưới mặt hồ là ảnh ảo của ngọn núi do ánh sáng phản xạ trên mặt hồ tạo ra Sự tạo ảnh trong gương là do chùm tia sáng từ những điểm trên vật sáng đặt trước gương truyền đến gương rồi bị phản xạ, mắt ta nhận được chùm tia phản xạ này thì thấy ảnh ảo của vật trong gương. B B’ A Maét A’ Göông phaúng Ta nhìn thaáy aûnh aûo A’B’ trong göông do chuøm tia saùng töø vaät AB ñeán göông bò phaûn xaï ñi vaøo maét. c/ Định luật khúc xạ: khi tia sáng truyền qua mặt ngăn cách giữa hai môi trường trong suốt thì đổi hướng thành tia khúc xạ. Trang6 tia tôùi phaùp tuyeán i n1 n2 r tia khuùc xaï - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới , bên kia pháp tuyến so với tia tới . - Với hai môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số sin i  n21 sin r (n21 = n2/n1: gọi là chiết suất tỉ đối của hai môi trường) h’ h Do sự khúc xạ của ánh sáng , mắt ta có thể ước chừng sai độ sâu thực sự của một hồ nước trong . Độ sâu thực sự là h nhưng mắt ta nhìn từ trên không khí vào nước thì thấy độ sâu là h’ nhỏ hơn h . Bạn phải cảnh giác khi mình chưa biết bơi. Trang7 d/ Nguyên lý thuận nghịch :Khi ánh sáng truyền từ A đến B theo đường nào thì ngược lại cũng truyền từ B về A dọc theo đường đó. A I B Do tính thuận nghịch về đường truyền mà khi đổi tia phản xạ thành tia tới thì tia tới trở thành tia phản xạ, khi đổi tia khúc xạ thành tia tới thì tia tới thành tia khúc xạ. Trên cơ sở đường truyền của tia sáng ta giải thích và ứng dụng các hiện tượng liên quan : Sự tạo bóng đen, sự tạo ảnh qua các dụng cụ quang học như gương phẳng, gương cầu, lăng kính, thấu kính … Nói chung các nội dung liên quan đến đường truyền của ánh sáng được gọi là quang hình học. 2.3 Về bản chất ánh sáng : Có hai quan điểm lý thuyết về mặt bản chất của ánh sáng để giải thích được các hiện tượng khác nhau do ánh sáng gây ra : a) Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng 0,38 m    0,76m do có bản chất sóng mà có hiện tượng giao thoa,hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng tán sắc ánh sáng . Thắp một ngọn nến ta hình dung từ ngọn nến phát ra một sóng tuy có bản chất khác nhưng có sự lan truyền tương tự như sóng trên mặt nước. Khi ta ném xuống mặt nước phẳng lặng một hòn đá, có một dao động của mặt nước chỗ hòn đá rơi xuống , dao động này lan truyền ra tạo thành những vòng sóng trên mặt nước.Khi ta thắp một ngọn nến thì có một sóng ánh sáng phát ra từ ngọn nến . Sóng ánh sáng có sự lan truyền với vận tốc v nhất định trong môi trường trong suốt , Trong chân không 8 ánh sáng truyền với vận tốc lớn nhất c  3.10 m / s .Mỗi ánh sáng đơn sắc ( Ánh sáng có màu nhất định không bị tán sắc ) thì có chu kỳ , tần số nhất đinh . Người ta thường dùng bước sóng của ánh sáng trong c  f chân không để đặc trưng cho ánh sáng đơn sắc Trang8 Ánh sáng mà ta nhìn thấy hằng ngày thường là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau. Ánh sáng trắng là tập hợp của tất cả các ánh sáng có màu sắc khác nhau từ đỏ đến tím. Ta có thể quan sát thấy điều này khi ánh sáng trắng bị tán sắc qua một lăng kính. Sự tán sác của ánh sáng trắng khi qua lăng kính Cầu vồng là sự tán sắc ánh sáng trắng của mặt trời khi chiếu qua một đám mưa ở xa xa phía chân trời. Trang9 Sự phân tích ánh sáng trắng của mặt trời thành nhiểu màu khác nhau còn được quan sát thấy ở một váng dầu trên mặt nước , trên bong bóng xà phòng và trên mặt đĩa CDROM . Hiện giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai chùm sáng kết hợp khử lẩn nhau và tăng cường lẩn nhau tạo thành các vân tối , sáng xen kẽ nhau trong vùng gặp nhau thể hiện bản chất sóng của ánh sáng . Hiện tượng này tương tự như hai sóng thích hợp trên mặt nước gặp nhau , nơi gặp nhau của một gợn lồi và một gợn lỏm thì hai sóng khử lẩn nhau mặt nước tại đó không dao động hoặc dao động yếu nhất . Chỗ gặp nhau của hai gợn lỏm hoặc hai gợn lồi thì hai sóng tăng cường lẩn nhau , mặt nước tại đó dao động với biên độ lớn nhất . Thí nghiệm của Young về sự giao thoa của ánh sáng Sự giao thoa của hai sóng trên mặt nước 2.4 Về tính chất hạt của ánh sáng :Theo thuyết lượng tử năng lượng của Plăng các nguyên tử không bức xạ năng lượng liên tục mà thành từng phần gián đoạn , mỗi phần có năng lượng xác định gọi là một lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng có độ lớn tỉ lệ với tần số của bức xạ . Trang10   h. f ( h=6,625.10-34 J.s được gọi là hằng số Plăng). Trên cơ sở thuyết lượng tử năng lượng của Plăng. Anhxtanh đã nêu ra thuyết lượng tử ánh sáng. Mỗi lượng tử năng lượng được xem là một hạt sáng được gọi là photon. Thuyết lượng tử ánh sáng cho phép giải thích hợp lý các hiện tượng quang điện, hiện tượng bức xạ hay hấp thụ ánh sáng đơn sắc mang tính đặt trưng riêng của từng nguyên tố hoá học tạo ra quang phổ vạch đặc trưng của mỗi nguyên tố. Như vậy theo thuyết lượng tử khi thắp sáng một ngọn đèn ta hình dung từ ngọn đèn đó có các nguyên tử bị kích thích đốt nóng rồi những nguyên tử này phát ra những hạt ánh sáng li ti (được gọi là photon) truyền ra xung quanh theo những đường thẳng và đi rất nhanh ( c  3.108 m / s trong chân không). Mỗi loại photon có năng lượng xác định ứng với một tần số nhất định gây ra cảm giác màu sắc nhất định lên mắt ta nên còn gọi là ánh sáng đơn sắc. Các hạt sáng này truyền qua chân không và một số môi trường, bị hấp thụ bởi các môi trường khác . Môi trường mà photon ứng với đơn sắc nào truyền qua thì ta gọi là trong suốt đối với photon ứng với đơn sắc đó. Môi trường hấp thụ mạnh photon ứng với đơn sắc nào gọi là môi trường không trong suốt hay môi trường chắn sáng đối với photon ứng với đơn sắc đó. Sự hấp thụ hay phản xạ ánh sáng của một bề mặt vật chất cũng mang tính đặc trưng riêng của mỗi chất chính điều này tạo nên màu sắc khác nhau của các vật. Töø moät ngoïn ñeøn coù caùc photoân baén ra theo ñöôøng thaúng taïo thaønh tia saùng. Hieän töôïng quang ñieän: Photon ñaäp ñeán moät beà maët kim loai laøm böùc ra caùc electron Trang11 Dựa vào hiện tượng quang điện người ta tạo ra tế bào quang điện , quang điện trở được dùng trong các mạch điện tự động điều khiển bởi ánh sáng, tạo ra pin quang điện để biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng . g aùn s ùng So Tia saùng aùng s t ï a H Khái quát , để lý giải các hiện tượng vật lý khác nhau do ánh sáng tạo ra và ứng dụng của các hiện tượng này ta phải dựạ trên các cơ sở lý thuyết khác nhau. Về sự tạo ảnh do ánh sáng ( quang hình) thì chỉ trên cơ sở đường truyền của ánh sáng ta giải thích được các hiện tượng. Về các hiện tượng khác phức tạp hơn ta phải dựạ trên cả hai quan điểm khác nhau về bản chất của ánh sáng : Ánh sáng là sóng, có bản chất là sóng điện từ và ánh sáng là các hạt photon . mỗi photon mang năng lượng xác định . Ta nói ánh sáng có tính lưỡng tính vừa có bản chất là sóng vừa có bản chất hạt. II.5 Thực hiện : Nội sung khái quát về quang học được nêu như trên được báo cáo qua sinh hoạt tổ chuyên môn nhằm gíup giáo viên có điều kiện trao đổi về sự định hướng trong giảng dạy, xác định được kiến thức trong tâm của chương , bài trong quá trình giảng dạy. Tổ chức trình chiếu , nói chuyện chuyên đề với học sinh với thời lượng khoảng hai tiết . hình thành cho các em ý niệm tổng thể về quang học . Gợi cho các em học Sự phát sáng của một ngọn đèn . sinh tính tò mò quan sát các hiện tựơng thực tế hằng ngày và liện hệ Khi xét đến các hiện tượng về quang hình ta dựa trên cơ sỏ các tia sáng , khi xét hiện tượng giao thoa nhiễu xạ ta dựa trên lý Trang12 thuyết ánh sáng là sóng và khi xét hiện tượng quang điện ta phải chấp nhận ánh sáng có tính chất hạt. đến nội dung được đề cập trong sách giáo khoa . gợi được sự hứng thú , tập trung và chủ động hơn trong học tập của học sinh. III. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Qua việc xây dựng ý niệm khái quát, kiến thức cơ bản về quang học trong chương trình vật lý phổ thông. Tôi nhận thấy trong quá trình giảng dạy theo bài , theo chương dễ dàng định hướng cho học sinh tìm hiểu sâu hơn từng phần và mỗi phần này dược gắn kết dễ dàng với phần đã học trước đó. Một số hình ảnh đặc trưng và các kiến thức cơ bản nhất có tác dụng như một cái giá để các em học sinh lần lượt móc vào đó các chùm kiến thức được học qua từng bài từng chương, hình thành kiến thức một cách hệ thống và bền vững hơn . VI . ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Trong chương trình vật lý phổ thông hiện nay thời lượng dành cho việc ôn tập hệ thống kiến thức sau mội chương học hay giới thiệu khái quát một nội dung lớn được tìm hiểu qua nhiều bài nhiều chương chưa được chú trọng. Theo tôi phải dành 1 đến 2 tiết học cho mổi phần để ôn tập hệ thống kiến thức cho học sinh sau khi học qua hoặc giới thiệu nội dung chính và phân tích ý nghĩa thực tế của nội dung được học ở đầu mổi chương, mổi phân môn vật lý. ”Hình thành kiến thức tổng quan về ánh sáng cho học sinh” là nội dung đưa vào sinh hoạt chuyên đề trong tổ vật lý – kỷ thuật ở trường THPT Điểu Cải , được sự quan tâm cùa nhiều thầy cô bộ môn và có những nhận xét tích cực. Tuy nhiên việc xây dựng nội dung cũng như triển khai thực hiện không tránh khỏi một số khiếm khuyết , mong quý thấy cô và bạn đọc góp ý để nội dung chuyên đề được hoàn thiện, tối ưu hơn.Tôi xin chân thành cảm ơn qúi thầy cô và bạn đọc, chúc quý vị dồi dào sức khỏe. NGƯỜI THỰC HIỆN LÊ XUÂN ĐOAN Trang13