Tài liệu Tổ chức buổi học ngoại khoá “tình yêu vật lý và thiên văn học” lớp 12 thpt

SỞ GD&ĐT THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 2 ====== ĐỀ TÀI: TỔ CHỨC BUỔI HỌC NGOẠI KHOÁ “TÌNH YÊU VẬT LÝ VÀ THIÊN VĂN HỌC” LỚP 12 THPT ……………………… Người thực hiện: Chức vụ: Đơn vị công tác: Bïi Sü Khiªm Giáo viên vật lý Trường THPT Tĩnh Gia 2 TÜnh gia, th¸ng 5 - 2010 MỤC LỤC Mục lục……………………………………………………………………........................ A. Đặt vấn đề…………………………………………………………………………….. Trang 1 2 1 I. Lời nói đầu…………………………………………………………………………….. 2 II. Thực trạng của việc thực hiện các buổi học ngoại khoá vật lý ở Trường THPT 4 hiện nay…………………………………………………................................................... 2.1. Những vấn đề chung…………………………………………………................. 2.2. Tổ chức buổi học ngoại khoá với chủ đề “Tình yêu vật lý và thiên văn học”….. B. Giải quyết vấn đề………………………………………………………....................... I. Giải pháp thực hiện………………………………………………………………… 1.1. Địa điểm tổ chức buổi học ngoại khoá………………………….......................... 1.2. Chuẩn bị cho buổi học ngoại khoá…………………………………………........ II. Cơ sở lý thuyết cho buổi học ngoại khoá “Tình yêu vật lý và thiên văn học”……... 2.1. Mặt trời và hệ Mặt Trời…………………………………………………………. 2.2. Mặt Trăng……………………………………………………………………….. 2.3. Thiên thạch…………………………………………………………………........ 2.4. Sao và sự tiến hoá của các sao………………………………………………….. III. Tổ chức buổi học ngoại khoá “Tình yêu vật lý và thiên văn học” lớp 12 THPT…. 3.1. Địa điểm tổ chức buổi học ngoại khoá………………………………………….. 3.2. Thời gian thực hiện……………………………………………………………... 3.3. Cách thức tổ chức……………………………………………………………….. 3.4. Hệ thống các câu hỏi cho buổi học ngoại khoá…………………………………. IV. Thu thập và phân tích dữ liệu ……………………………………………………... 4.1. Thu thập dữ liệu………………………………………………………………… 4.2. Phân tích dữ liệu………………………………………………………………… C. Kết luận và khuyến nghị …………………………………………………………….. 1. Kết luận…………………………………………………………………………… 2. Khuyến nghị………………………………………………………………………. D. Tài liệu tham khảo …………………………………………………………………... Phụ hục của đề tài ………………………………………………………………………. 4 5 6 6 6 6 6 6 9 10 10 13 13 13 13 14 17 17 17 19 19 19 20 21 A. ĐẶT VẤN ĐỀ I. LỜI NÓI ĐẦU Albert Einstein (1879 – 1955) nhà vật lí học vĩ đại nhất của thế kỷ 20 đã từng nói: “Nếu như tưởng tượng rằng những gì chúng ta biết là một hình tròn thì những gì ngoài vòng tròn đó thật lớn biết bao”. Nhà bác học này cũng cho rằng việc phát triển khoa học giống như thổi khí cầu. Bên trong của khí cầu là những tri thức mà con người đã biết và chiếm lĩnh còn bên ngoài khí cầu là cả thế giới mênh mông những bí mật mà con người chưa chiếm lĩnh và nắm bắt được. Nếu như thể tích của khí cầu càng lớn thì tri thức mà con người chiếm lĩnh càng lớn và thế giới bên ngoài mà con người tiếp xúc cũng càng lớn. 2 Thế kỷ XX là thế kỷ của những phát minh và phát kiến khoa học vĩ đại của con người. Nhờ có những phát minh và phát kiến vĩ đại này mà mọi khoảng cách giữa con người và con người, giữa con người và thế giới đã được rút ngắn và xoá nhoà. Thế giới hiện thực khách quan luôn tồn tại và phát triển, con người cũng vận động và phát triển không ngừng. Khả năng quan sát và luôn tìm câu hỏi trong những vấn đề là cơ sở cho những phát minh và phát kiến có tính đột phá của con người. Mỗi một câu hỏi ẩn chứa một lời giải đáp và trong mỗi lời giải đáp lại hàm chứa một câu hỏi cần tìm một đáp án mới. Sự phát triển của khoa học chính là quá trình tìm lời giải đáp cho những câu hỏi và tìm những câu hỏi cho những lời giải đáp. Quá trình này là một quá trình diễn ra không ngừng và là cơ sở cho sự phát triển của xã hội loài người. Là một giáo viên giảng dạy bộ môn Vật lý – một bộ môn khoa học thực nghiệm, tác giả luôn trăn trở và băn khăn một điều là làm thế nào để các em học sinh hiểu được vị trí và tầm quan trọng của môn học trong nghiên cứu khoa học cũng như những ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày. Qua mỗi bài học, tiết học tác giả luôn cố gắng cung cấp cho các em một hệ thống kiến thức cơ bản vừa giải quyết được các bài tập định lượng cũng như việc giải thích các hiện tượng vật lý xảy ra trong cuộc sống thường ngày xung quanh chúng ta. Vì như thế, sẽ tạo cho các em một niềm đam mê mãnh liệt, một tình yêu vật lý thật sự. Một khi các em đã có được niềm say mê nghiên cứu khoa học thì sẽ không ngừng rèn luyện, tìm tòi và khám phá những cái hay, cái đẹp nó tiền tàng, ẩn chứa bên trong các công thức và định luật vật lý khôn khan. Tuy nhiên, để làm được điều này quả không đơn giản chút nào, đặc biệt với chương trình học của bộ môn Vật lý hiện nay của Bộ GD&ĐT: khối lượng kiến thức đồ sộ mà thời lượng cho một tiết học, chương học lại có hạn, các tiết ôn tập, luyện tập rất ít. Vì vậy, giáo viên và học sinh không có nhiều thời gian để trao đổi, tìm hiểu sâu kiến thức môn học. Chính vì thế, việc tổ chức các buổi học ngoại khoá Vật lý là hết sức quan trọng và cần thiết. Trên tinh thần đó, với kinh nghiệm giảng dạy của bản thân, tác giả xin được trình 3 bày buổi học ngoại khoá vật lý với chủ đề “Tình yêu Vật lý và Thiên văn học” lớp 12 THPT. Mục tiêu của buổi học ngoại khoá là trang bị cho các em hệ thống những kiến thức cơ bản, hết sức bổ ích về lĩnh vực thiên văn. Nó sẽ giúp học sinh giải thích được các hiện tượng vật lý xảy ra trong cuộc sống hằng ngày xung quang chúng ta như: Vũ trụ được hình thành từ khi nào và nó được hình thành như thế nào? Vì sao lại có sự tồn tại của các sao? Trái đất chuyển động xung quanh mặt trời theo quy luật nào? Tại sao nguồn năng lượng của mặt trời không bao giờ cạn kiệt? v.v.. Trả lời được những câu hỏi này sẽ giúp các em không những yêu thích bộ môn Vật lý nói riêng mà quan trọng hơn là tạo cho các em một niềm tin và một tình yêu khoa học thật sự. Nó sẽ giúp các em chống sự mê tín dị đoan, mà thay vào đó là tình yêu khoa học, thiên nhiên và con người. Các em học sinh sẽ thấy được tầm quan trọng của thiên nhiên đối với cuộc sống của con người. Từ đó, giáo dục cho các em ý thức bảo vệ môi trường sống - một vấn đề toàn cầu đang được sự quan tâm hàng đầu của toàn nhân loại. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song bài viết không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tác giả kính mong nhận được sự đóng góp những ý kiến quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn ! II. THỰC TRẠNG CỦA VIỆC THỰC HIỆN CÁC BUỔI HỌC NGOẠI KHOÁ VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT HIỆN NAY 2.1. Những vấn đề chung Với chương trình của bộ môn Vật lý hiện nay, đặc biệt là đối với chương trình nâng cao: khối lượng kiến thức khổng lồ, thời lượng dành cho một tiết học có hạn mà khối lượng kiến thức cần truyền đạt cho học sinh thì rất nhiều. Các tiết ôn tập, luyện tập để củng cố kiến thức cho học sinh theo một hệ thống kiến thức, mảng chủ đề còn rất ít. Vì vậy, việc dạy học và lĩnh hội kiến thức của học sinh còn nhiều khó khăn. Phần lớn trong một tiết học giáo viên khó thực hiện tốt mục tiêu dạy học đề ra. 4 Sau khi kết thúc một chủ đề nào đó thuộc một bài học, một chương học, số đông các em học sinh trong lớp chưa nắm vững được kiến thức bài học một cách hệ thống và lôgic. Việc vận dụng các kiến thức đã học vào giải các bài tập định lượng cũng như giải thích các hiện tượng vật lý còn gặp nhiều hạn chế. Đặc biệt, các em học sinh chưa có sự liên hệ, hệ thống hoá các đơn vị kiến thức lý thuyết vào việc giải thích các hiện tượng vật lý xảy ra trong cuộc sống hằng ngày xung quanh chúng ta. Vì vậy, các em không thấy được vai trò và tầm quan trọng của môn học. Một điều mà có lẽ những người giảng dạy bộ môn Vật lý dễ dàng cảm nhận được ở các em học sinh hiện nay đó là các em học sinh học Vật lý chỉ là để đối phó với các kì thi mà thôi, chứ chưa phải học Vật lý với một niềm đam mê và yêu thích môn học. Với việc thi tốt nghiệp, đại học và cao đẳng bằng hình thức thi trắc nghiệm thì có thể khẳng định một thực tế rằng, các em học sinh học Vật lý một cách hết sức máy móc, chỉ cần nhớ các công thức, khái niệm, định luật một cách hời hợt mà không hiểu cái bản chất sâu cốt lõi của vấn đề. Vì vậy, việc ghi nhớ chỉ là tức thời, làm mất đi sự tư duy sáng tạo và đặc biệt là khả năng trình bày ở các em học sinh, đây là một kỹ năng không thể thiếu đối với những người học và nghiên cứu môn Vật lý. Trong các tiết học chính khoá cũng như các tiết ôn tập bồi dưỡng thì các giáo viên đều dành phần lớn thời gian truyền thụ cho học sinh các kiến thức và kỹ năng cần thiết để làm một bài tập trắc nghiệm. Việc giảng dạy theo mảng chủ đề lớn, đi sâu vào khai thác các khía cạnh có liên quan đến các hiện tượng vật lý, rèn luyện kỹ năng trình bày, tư duy sáng tạo cho học sinh, tổ chức các buổi học ngoại khóa, các buổi thảo luận, v.v… thì được thay vào đó là việc hướng dẫn học sinh cách làm bài thi trắc nghiệm, luyện đề thi trắc nghiệm. Học sinh học Vật lý với một mục đích là để thi đại học và cao đẳng, chứ chưa phải học Vật lý với một niềm đam mê và yêu thích môn học. 2.2. Tổ chức buổi học ngoại khoá vật lý với chủ đề “Tình yêu Vật lý và Thiên văn học” 5 Mảng kiến thức về lĩnh vực thiên văn là một chủ đề hoàn toàn mới đưa vào trong những năm gần đây (sau khi thay đổi SGK). Do vậy, mảng chủ đề này không phải là trọng tâm kiến thức cho các kì thi tốt nghiệp cũng như các kì thi đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp. Chính vì vậy, khi học phần này học sinh chưa thật sự chú trọng và các em chưa ý thức được tầm quan trọng của nó. Giáo viên giảng dạy với phương pháp truyền thống đơn thuần sẽ gây nên sự nhàn chán, học sinh chỉ ghi nhớ một cách máy móc các kiến thức lý thuyết mà nhiều vấn đề các em chưa nắm được bản chất của nó. Mặt khác, học sinh chỉ quan tâm đến những câu hỏi trắc nghiệm luyện thi đại học, nên việc giải thích các hiện tượng vật lý còn hết sức hạn chế. Để học sinh có được một hệ thống kiến thức về mảng chủ đề này, thì ngoài những tiết dạy chính khoá giáo viên cần có những tiết ôn tập, luyện tập và đặc biệt là nên tổ chức các buổi học ngoại khoá để tạo nên sự hứng thú học tập ở các em học sinh. Qua thực tế giảng dạy vật lý ở trường THPT tác giả nhận thấy rằng, vì đây là mảng kiến thức mới nên giáo viên giảng dạy phần này phần lớn là sử dụng phương pháp dạy học truyền thống, chưa có nhiều tiết ôn tập, luyện tập cũng như việc tổ chứa các buổi học ngoại khoá. B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 1. 1. Thời điểm tổ chức buổi học ngoại khoá Giáo viên tổ chức buổi học ngoại khoá “Tình yêu Vật lý và Thiên văn học” đối với học sinh khối lớp 12 sau khi học sinh đã được học xong chương X: Từ vi mô đến vĩ mô. 1. 2. Chuẩn bị cho buổi học ngoại khoá a) Giáo viên - Hệ thống kiến thức kiến thức về thiên văn phục vụ cho buổi học ngoại 6 khoá. - Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm tự luận và trắc nghiệm khách quan. - Các thiết bị phục vụ cho buổi học ngoại khoá như: máy vi tinh, máy chiếu, các tranh vẽ minh hoạ, các hình ảnh động và các video clíp về cấu trúc vũ trụ. b) Học sinh - Tìm hiểu những kiến thức về thiên văn qua sách giáo khoa, báo chí, các thông tin trên mạng internet. - Hệ thống các kiến thức vật lý có liên quan. II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHO BUỔI HỌC NGOẠI KHOÁ “TÌNH YÊU VẬT LÝ VÀ THIÊN VĂN HỌC” 2.1. Mặt Trời và hệ Mặt Trời 2.1.1. Mặt trời Mặt Trời ở trung tâm của hệ và là thiên thể duy nhất nóng sáng. Theo phép tính của các nhà vật lý thiên văn, Mặt trời đã được tạo ra cách đây 5 tỉ năm và có thể tồn tại 5 tỉ năm nữa. Mặt Trời với các số liệu sau đây: - Bán kính Mặt Trời: R = 109RTĐ ( RTĐ là bán kính Trái Đất). - Khối lượng: M = 330 000MTĐ ( MTĐ là khối lượng Trái Đất). - Mật độ trung bình:   1,41kg / dm 3 - Gia tốc trọng trường: g  274m / s 2 . - Thành phần hoá học: 75% khí H2; 25% khí He; 2% các khí khác. - Nhiệt độ ở tâm khoảng 1,6.107K và ở bề mặt 6000K, phần lớn vật chất trên Mặt Trời bị ion hoá ở trạng thái plasma. - Mặt trời tự quay quanh một trục, chu kì quay ở xích đạo là 25 ngày và ở hai cực là 30 ngày. - Năng lượng bức xạ của Mặt Trời trong một giây:   4d 2 H 60 (1) trong đó: d = 1đvtv  150 000 000 km là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời, H  1,96 calo / cm 2 gọi là hằng số Mặt trời. 7 Như vậy,   từ công thức 4 .15 2.10 20 .1,96.4,1868.10 4  3,9.10 26 (W ) 60 (1) ta có: (2) 2.1.2. Hệ Mặt Trời Từ năm 1920 đến năm 2006 hệ Mặt Trời gồm có 9 hành tinh lớn, các tiểu hành tinh, các sao chổi, thiên thạch… Chín hành tinh lớn đó là: Thuỷ Tinh (Sao Thuỷ), Kim tinh (Sao Kim), Trái Đất, Hoả Tinh (Sao Hoả), Mộc Tinh (Sao Mộc), Thổ Tinh (Sao Thổ), Thiên Vương Tinh (Sao Thiên Vương), Hải Vương Tinh (Sao Hải Vương), Diêm Vương Tinh (Sao Diêm Vương). Từ năm 2006 loại Diêm Tinh ra khỏi danh sách các hành tinh lớn trong hệ Mặt Trời. Do vậy, hệ Mặt Trời có 8 hành tinh lớn. Hình 1. Hệ Mặt Trời 2.1.2.1. Thuỷ Tinh Cách Trái đất lúc gần nhất là 77 triệu km, rất khó quan sát vì hầu như lúc nào cúng bị ánh sáng Mặt trời lúc bình minh và hoàng hôn che khuất. Thuỷ Tinh có: Đường kính:   4878 km , thể tích: V  0,05 VTĐ . Từ trường ở hai cực của nó bằng từ trường ở hai cực của Trái đất. 2.1.2.2. Kim Tinh Kim Tinh là sao hôm và sao mai mà chúng ta thường gọi. Đó là hành tinh sáng nhất chỉ kém Mặt trời và Mặt Trăng. Trên Sao kim có rất nhiều núi và núi cao, có thể đó là do dấu vết của núi lửa hoạt động. 8 2.1.2.3. Trái đất Trái Đất là hành tinh thứ ba của hệ Mặt Trời, không bị phát sáng, phản xạ ánh sáng Mặt trời. Trái Đất có dạng hình cầu dẹt ở hai cực bắc, nam. Bán kính Trái Đất ở đường xích đạo là: R TĐ = 6378,140km. Bán kính Trái Đất ở hai cực là: RTĐ = 6356,755km. Khối lượng Trái Đất là: M TĐ = 5977.1018 tấn. Nước trên Trái Đất ở thể lỏng chiếm 71% bề mặt Trái Đất, trong đó 70% nước biển và 30% nước ngọt. Khí quyển: 71% Nitơ; 21% O2 và 10% khí khác. Chuyển động của Trái Đất: tự quay một ngày đêm một vòng, quay quanh Mặt Trời với tốc độ v = 30 km/s. 2.1.2.4. Hoả Tinh Hoả Tinh là một ngôi sao trông có màu đỏ như lửa trên màn trời đêm nên Hình 2. Cấu trúc của Trái Đất 1. Lõi trong rắn; 2. Lõi ngoài lỏng 3. lớp phủ nhớt; 4. Lớp vỏ 5. Lớp đất đá trên cùng 6. Khí quyển Trái đất nó rất dễ nhận ra. Hoả Tinh gần Trái Đất và có nhiều đặc điểm giống Trái Đất. Khí quyển của Hoả Tinh bao gồm: 95% CO2; 0,01% O2 và một số ít N, Ar. Sao Hoả có hai vệ tinh quay quanh là Phobos và Deimos. Đường kính của Sao Hoả   6790 km . 2.1.2.5. Mộc Tinh Mộc Tinh là một ngôi sao lớn nhất trong 8 hành tinh của hệ Mặt Trời. Mộc Tinh có: Đường kính:   142 800 km , tích: V = 1300VTĐ, khối lượng: khối lượng riêng: D = 11DTĐ, thể M  2,5 M i ; trong đó Mi là khối lượng hành tinh i trong hệ Mặt trời, nhiệt độ trên Sao Mộc là: - 140 0C. Khoảng cách giữa Sao Mộc và Trái đất là: r  600 000 000 km . Sao Mộc có 16 vệ tinh quay quanh và 16 vệ tinh có tổ chức giống như các hành tinh trong hệ Mặt trời. 2.1.2.6. Thổ Tinh 9 Thổ tinh là một hành tinh có màu vàng nhạt, rất đẹp trong hệ Mặt trời. Nó có 2 vành sáng và 14 vệ tinh. Từ trường của nó lớn gấp 1000 lần từ trường của Trái đất. Trong hệ Mặt trời thì Sao Thổ là hành tinh lớn thứ 2 sau Sao Mộc. Thể tích Thổ Tinh: V = 832VTĐ và khối lượng: M = 95MTĐ. 2.1.2.7. Thiên Vương tinh Thiên Vương tinh cũng là một hành tinh rất to trong hệ Mặt trời. Sao Thiên Vương có: Đường kính:   4,06 TĐ và khối lượng: M = 14,63MTĐ. Sao Thiên Vương thường chuyển động chệch quỹ đạo cần phải đi của nó. Các nhà thiên văn dự đoán phía ngoài Sao Thiên Vương nhất định có môth hành tinh khác. Sự hút của hành tinh này đã làm nhiễu quỹ đạo của Thiên Vương Tinh. 2.1.2.8. Hải Vương tinh Quỹ đạo của Hải Vương tinh cũng bị nhiễu loạn bởi một hành tinh khác. Sao Hải Vương có: Đường kính:   3,88 TĐ ,Khối lượng: M = 17,22MTĐ. 2.2. Mặt Trăng Mặt Trăng là một vệ tinh tự nhiên của Trái đất, nó là một đối tượng đầu tiên mà con người nghiên cứu. Trên Mặt Trăng không có nước, không khí. Trọng lực của nó bằng một phần sáu trọng lực của Trái đất. Ngày 24/12/1968 Apolo đã cho người đi bộ trên Mặt Trăng và năm 1972 đã có 10 người đi Hình 3. Mặt trăng bộ trên Mặt Trăng. 2.3. Thiên Thạch Thiên Thạch là một vật thể tự nhiên từ ngoài không gian và tác động đến bề mặt Trái Đất. Khi ở trong không gian thì Thiên Thạch được gọi là Vân Thạch, còn khi nó từ trong không gian vào đến bầu khí quyển của Trái Đất thì áp suất ánh sáng làm 10 Hình 4. Hình minh hoạ Thiên Thạch bay ngang qua Trái Đất Thiên Thạch nóng lên, phát ra ánh sáng và xuất hiện cái đuôi Thiên Thạch hướng từ phía Trái Đất đi ra. Thường thì khi Thiên Thạch di chuyển với vận tốc nhanh và khi va chạm vào bề mặt của một hành tinh hay tiểu hành tinh thì nó để lại trên bề mặt của hành tinh đó những vết vỡ hay những dấu vết về sự va chạm. Trên thế giới đã tìm thấy rất nhiều những nơi mà dấu vết về vụ va chạm Thiên Thạch. Tính đến năm 2006, trên thế giới đã có khoảng 1050 mẫu Thiên Thạch từ những vụ va chạm. Như vậy, Thiên Thạch là đá vụ trụ không cháy hết rơi xuống Trái Đất. Sáu lăm triệu năm trước đây Thiên Thạch có đường kính 10 km rơi xuống vịnh Mêhicô. Tháng 6 năm 2004 Nasa đã phát hiện ra Thiên Thạch Apoplis có tên gọi là thần huỷ diệt. Thiên Thạch Apoplis có đường kính   390m, vậ tốc v  488 km / s. Các nhà thiên văn dự báo ngày 13 tháng 4 năm 2036 nó sẽ lao vào Trái Đất tạo nên lỗ thủng hấp dẫn. Chính vì vậy, các nhà khoa học đã và đang tìm cách làm lệch quỹ đạo bay của nó để nó không lao vào Trái Đất. 2.4. Sao và sự tiến hoá của các sao Sao là một dạng tồn tại phổ biến của vật chất trong vũ trụ, mỗi sao là một Mặt Trời. Các sao có bán kính cỡ 0,01 - 100 lần bán kính Mặt Trời, có khối lượng cỡ 0,01 - 100 lần khối lượng của Mặt Trời, nhiệt độ từ 3000 0C đến 50000C. Sao được sinh ra, lớn lên rồi già đi và chết. Quá trình đó kéo dài hàng tỉ năm và có thể chia làm 10 giai đoạn chính sau đây: a) Giai đoạn 1: Đám mây vật chất Sau vụ nổ lớn (Big Bang), theo thời gian, vũ trụ nguội dần và các electron có thể kết hợp được với các proton để tạo nên nguyên tử (chủ yếu là hydro và hêli) và khi đó lực hấp dẫn đã đóng vai trò chủ yếu. Vũ trụ không đồng đều, tại miền có mật độ lớn, lực hấp dẫn đã quy tụ vật chất thành đám mây vật chất sao. Khi chúng có kích thước cỡ hàng tỉ km, lực hấp dẫn giữa chúng đủ để gắn chúng lại, một phần năng lượng hấp dẫn sẽ làm nóng vật chất đến nhiệt độ 1000K. 11 b) Giai đoạn 2: Đám mây tích tụ Khi nhiệt độ đám mây đạt hành trăm độ, lực hấp dẫn làm đám mây co lại, sản sinh thêm lực va chạm giữa các hạt. Nhiệt độ tăng, khi đạt tới 500 0K các electron bị bóc khỏi hạt nhân và tạo nên môi trường plasma. Khối vật chất chỉ qui tụ trong miền không gian vài trăm triệu km. c) Giai đoạn 3: Thời kì nguyên thuỷ của sao Lực hấp dẫn tiếp tục nén đám mây plasma, nhiệt độ tăng đến 1500000 0K ở tâm và đạt 35000K ở phía ngoài. Sự co lại do tương tác hấp dẫn nên một phần thế năng hấp dẫn đã chuyển thành nhiệt năng và quang năng. Đám mây phát sáng. Nếu khối lượng đám mây không đủ lớn, quá trình nén vật chất không đủ khởi tạo phản ứng nhiệt hạt nhân, đám mây sẽ hình thành hành tinh khổng lồ chứa khí nóng. Nếu khối lượng đám mây vật chất sao đủ lớn, lực hấp dẫn làm cho khối vật chất co lại, nhiệt độ ở tâm đạt đến 15 triệu độ, phản ứng nhiệt hạt nhân xảy ra. Sao được hình thành. d) Giai đoạn 4: Thời kì sao còn trẻ: Nhiệt độ đạt tới 15 triệu độ. Phản ứng nhiệt hạt nhân tạo ra năng lượng duy trì sự sống của sao. e) Giai đoạn 5: Thời kì sao trưởng thành Phản ứng nhiệt hạt nhân tạo năng lượng duy trì sự tồn tại của sao. Sao ở giai đoạn ổn định. Tuỳ theo khối lượng của sao mà thời gian sống khác nhau. Sao có khối lượng cỡ Mặt Trời có thể tồn tại trong 10 tỉ năm, sao nặng gấp 100 lần Mặt Trời chỉ tồn tại 100 triệu năm, nhưng sao nặng khoảng 0,1 Mặt Trời sẽ tồn tại 100 tỉ năm. g) Giai đoạn 6: Thời kí sao kềnh đỏ Khi sao tiêu thụ hết khoảng 10% hạt nhân hyđro, hạt nhân hêli nặng hơn sẽ chìm xuống trung tâm lõi sao. Phản ứng nhiệt hạt nhân giảm đi. Nhiệt lượng được chuyển ra phía ngoài cũng giảm xuống. Nhiệt độ quang cầu chỉ đạt 30000K. Sao trở thành sao kềnh đỏ. h) Giai đoạn 7: Thời kì bùng nổ do hêli 12 Lõi sao tiếp tục co lại, mật độ tăng lên. Khí electron đậm đặc, nhiệt độ tăng nhanh nhưng thể tích lại tăng chậm hơn. Khi nhiệt độ lõi sao đạt 100 triệu độ K, các hạt nhân hêli kết hợp với nhau tạo nên hạt nhân những nguyên tố nặng hơn. Áp suất tại miền lói sao vượt quá ngưỡng, một vụ nổ trong lòng sao xảy ra. Thời gian này kéo dài khoảng 10 giờ, gọi là thời kì “loé sáng do đốt cháy hêli”. i) Giai đoạn 8: Thời kì sao hêli Sau bùng nổ hêli, thể tích lõi sao tăng lên, nhiệt độ giảm. Trong lòng sao có hai vùng sản sinh năng lượng. Tại trung tâm lõi sao, nhiệt độ khoảng 200 triệu độ K, phản ứng tổ hợp hạt nhân hyđro thành ôxy. Vùng bao quanh, nhiệt độ khoảng 15 triệu độ K, phản ứng tổ hợp hyđro thành hêli. Phần ngoài sao giãn nở, sao lại biến thành sao kềnh đỏ. k) Giai đoạn thứ 9: Thời kì hấp hối của sao Hạt nhân hyđro cạn kiệt, hạt nhân hêli kết hợp thành hạt nhân cacbon và ôxy. Vùng tâm sao chứa hạt nhân cacbon và ôxy trở nên đậm đặc. Nhiệt độ phần ngoài của sao đạt tới 50 đến 10 ngàn độ K. Gọi M là khối lượng sao, M 0 là khối lượng của Mặt Trời. Nếu M   0,1  4M 0  thì sao trở thành sao lùn trắng, nếu M   4  8M 0  , lõi sao là khối cacbon bị nén chặt, khi nhiệt độ đạt tới 600 triệu độ K, phản ứng tổ hợp hạt nhân cacbon xảy ra. Sao đã thực hiện vụ nổ sao siêu mới, vụ nổ do cacbon. Nếu M  8M 0 , lõi sao tiếp tục co lại, nhiệt độ đạt tới 600 triệu độ K, phản ứng hạt nhân tổ hợp cacbon, ôxy thành hạt nhân của những nguyên tố nặng hơn như natri, magiê… Lõi sao tiếp tục co lại, nhiệt độ càng tăng. Khi nhiệt độ đạt tới hàng tỉ độ, lại tiếp tục tổ hợp hạt nhân để tạo thành hạt nhân mới của những nguyên tố nặng hơn như sắt, kẽm, đồng, uran… m) Giai đoạn thứ 10: Thời kì tàn dư của sao Sau khi tiêu hết nhiên liệu, những sao có kích thước cỡ Trái Đất sẽ giảm nhiệt độ, kích thước nhỏ dần, màu sắc biến dần từ màu sáng trắng sang màu vàng, da cam và cuối cùng là khối vật chất không màu. 13 Đối với các sao có độ lớn cỡ 1,4 – 3M0, sau bùng nổ sao siêu mới, lõi sao bị nén mạnh các electron tự do kết hợp với các proton tạo thành nơtron. Lõi sao co lại với hình cầu đường kính 10 – 20km, mật độ đậm đặc. Sao trở thành sao nơtron hay pulxa. Đối với sao siêu nặng, cỡ 8M0 khi chết đi không để lại xác, không nhìn thấy được. Đó là hốc đen vũ trụ. III. TỔ CHỨC BUỔI HỌC NGOẠI KHOÁ “TÌNH YÊU VẬT LÝ VÀ THIÊN VĂN HỌC” LỚP 12 THPT 3.1. Địa điểm tổ chức: Thực hiện trên phòng học bộ môn 3.2. Thời gian thực hiện: 180 phút 3.3. Cách thức tổ chức Chia học sinh trong lớp thành 4 nhóm, mỗi nhóm có số học sinh đồng đều về số lượng cũng như trình độ. Giáo viên trình chiếu câu hỏi trên máy chiếu đa năng để các thành viên trong mỗi nhóm cùng thảo luận và đưa ra câu trả lời của từng nhóm. Giáo viên tổ chức cho các nhóm thảo luận, sau đó tổng hợp, phân tích, nhận xét các câu trả lời của từng nhóm và cuối cùng đưa ra kết luận. Trong mỗi vấn đề, để học sinh hiểu sâu kiến thức và tạo hứng thú học tập thì giáo viên có thể trình chiếu các video clíp có liên quan, các câu chuyện kể về các nhà bác học vật lý v.v… 3.4. Hệ thống các câu hỏi ngoại khoá Từ cơ sở lý thuyết trình bày ở trên và những kiến thức cơ bản trong SGK, tác giả xây dựng hai hệ thống câu hỏi: hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan và hệ thống câu hỏi tự luận. 3.4.1. Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan Câu 1: Kể từ Mặt Trời ra xa Trái Đất là hành tinh thứ A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 Câu 2: Trên Mặt Trăng. A. có khí quyển. B. không có khí quyển. C. có cả nước và khí quyển. D. có nước. 14 Câu 3: Mặt Trời có khối lượng khoảng 2.10 30 kg và công suất bức xạ là 3,9.1026 W. Lấy c = 3.108 m/s, sau một tỉ năm nữa, so với khối lượng hiện nay, khối lượng Mặt Trời đã giảm đi A. 1,5%. B. 4%. C. 0,2%. D. 0,0068%. Câu 4: Sự kiện thiên văn quan trọng để khẳng định tính đúng đắn của thuyết Big Bang là: A. Vũ trụ dãn nở. B. Quá trình tiến hoá của các sao. C. Bức xạ “nền” vũ trụ. D. Vũ trụ dãn nở và bức xạ “nền” vũ trụ. Câu 5: Nhiệt độ trong lòng Mặt Trời khoảng A. trăm triệu độ. B. chục triệu độ. C. ngàn độ. D. tỉ độ. C. 3 D. 12 Câu 6: Số vệ tinh đã biết của Trái Đất là A. 1 B. 5 Câu 7: Chọn câu sai A. Sao biến quang là sao có độ sáng thay đổi. B. Sao mới là sao sinh ra sau cùng. C. Sao nơtron được cấu tạo bởi các hạt nơtron. D. Mặt Trời là một trong các sao tồn tại trong trạng thái ổn định. Câu 8: Theo thuyết Big Bang thì các sao và thiên hà xuất hiện sau vụ nổ lớn A. 300 nghìn năm. B. 3 phút. C. 3 giây. D. 3 triệu năm. Câu 9: Chọn câu đúng khi nói về Mặt Trời A. Mặt Trời được cấu tạo từ một khối khí nóng sáng với nhiệt độ giống nhau khoảng 60000 K. B. Mặt Trời ở trung tâm của Thiên Hà của chúng ta. C. Hệ Mặt Trời bao gồm nhiều Mặt Trời. D. Nguồn gốc của năng lượng Mặt Trời là các phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt Trời. Câu 10: Theo thuyết Big Bang, các nguyên tử đầu tiên xuất hiện vào thời điểm nào sau đây? A. t = 3000 năm. B. t = 30000 năm. 15 C. t = 300000 năm. D. t = 3000000 năm. 3.4.2. Hệ thống câu hỏi tự luận Câu 1: Tại sao sự sống lại tồn tại trên Trái Đất? Câu 2: Tác dụng của bầu khí quyển và tầng ozon đối với Trái Đất? Câu 3: Các mảng nền của Trái Đất vẫn trôi trượt và chuyển dịch? Câu 4: Tại sao có các khí hậu khác nhau? Câu 5: Gió được hình thành như thế nào? Câu 6: Trình bày hiểu biết về gió Mặt Trời và bão Mặt Trời? Câu 7: Vì sao thấy Mặt Trời buổi sớm và chiều tà to hơn? Câu 8: Tại sao Mặt Trăng khi tròn khi khuyết? Câu 9: Vì sao đêm mùa hè có nhiều Sao hơn đêm mùa đông? Câu 10: Sao là gì? Trình bày vắn tắt quá trình tiến hoá của các sao? Câu 11: Lỗ đen được sinh ra từ đâu? Câu 12: Trình bày hiểu biết về những thiên thể kì lạ Quaza và Punxa? Với mỗi câu hỏi như trên sẽ cung cấp cho các em học sinh những kiến thức hết sức bổ ích và quan trọng. Ở mỗi câu hỏi giáo viên sẽ đưa ra các tình huống khác nhau và hệ thống câu hỏi để dẫn dắt các em trả lời. Ví dụ với câu hỏi số 7: Vì sao thấy Mặt Trời buổi sớm và chiều tà to hơn?. Để giúp các em học sinh trả lời câu hỏi này, giáo viên sẽ đặt vấn đề như sau: Mặt Trăng quay quanh quỹ đạo của Trái Đất, Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Khoảng cách giữa Trái Đất và hai thiên thể này từ sáng đến tối hầu như không thay đổi. Thế mà có lúc ta thấy Mặt Trời hoặc Mặt Trăng to như cái nia, còn có lúc khác lại chỉ bé như quả bưởi. Tại sao lại như vậy? Sau khi đặt vấn đề như vậy, giáo viên cho các nhóm thảo luận và đưa ra ý kiến của từng nhóm. Các em sẽ tranh luận với nhau một cách sôi nổi để đi tìm câu trả lời chính xác nhất. Giáo viên nhận xét các câu trả lời của từng nhóm, trong trường hợp các em học sinh chưa tìm ra được câu trả lời đúng thì giáo viên tiếp tục gợi ý như sau: Lý do là trong những điều kiện nhất định, 16 mắt của con người nhìn mọi vật dễ sinh ảo giác. Chúng ta hãy xét hai ví dụ sau đây: Ví dụ 1: Khi ta để một vật vào giữa các vật khác nhỏ hơn, ta sẽ thấy nó to hơn bình thường. Ngược lại, nếu ta để nó giữa các vật khác to hơn, ta lại thấy nó như nhỏ lại. Ví dụ 2: Cho hai hình tròn có kích thước như nhau, một hình tròn màu trắng trên một nền đen và một hình tròn màu đen trên một Hình 5 nền trắng thì chúng ta thấy rằng hình tròn màu trắng có vẻ to hơn hình tròn màu đen (hình 5). Hiện tượng này gọi là hiện tượng ảo giác quang học, hay còn gọi là tác dụng thấu quang. Trước khi trình bày ví dụ 2, giáo viên trình chiếu hình 5 trên máy tính và đặt câu hỏi: Hãy so sánh kích thước của hình tròn màu trắng và hình tròn màu đen? Như vậy, qua hai ví dụ trên ta có thể giải thích hiện tượng thay đổi độ lớn của Mặt Trời và Mặt Trăng như sau: Khi Mặt Trời và Mặt Trăng mới mọc hoặc sắp lặn, phía đường chân trời chỉ có một góc khoảng không. Gần đó lại là núi đồi, cây cối, nhà cửa hoặc các vật khác. Mắt chúng ta tự nhiên sẽ so sánh Mặt Trời hoặc Mặt Trăng với các vật kể trên, vì vậy ta có cảm giác chúng như to hẳn ra. Nhưng khi lên tới đỉnh đầu, bầu trời bao la không có vật gì khác, chúng ta thấy chúng nhỏ hẳn lại. Mặt khác, khi Mặt Trời, Mặt Trăng mới mọc hoặc sắp lặn, bón phía đều mờ tối khiến ta có cảm giác chúng sáng hơn (như ví dụ 1, vòng tròn trắng giữa nền đen). Khi đó, mắt ta có cảm giác chúng to hơn. IV. THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU 4.1. Thu thập dữ liệu Tác giả thực hiện đề tài nghiên cứu ở hai lớp: lớp 12A1 được chọn là lớp thực nghiệm (thực hiện ngoại khoá) và lớp 12A4 là lớp đối chứng (ôn tập theo phương pháp truyền thống). Hai lớp này đều học theo chương trình nâng 17 cao. Sau khi các lớp đã học xong chương X: Từ vi mô đến vĩ mô. Tác giả tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu và sau đó tiến hành kiểm tra ở hai lớp với hai bài kiểm tra một tiết: một bài trắc nghiệm khách quan và một bài tự luận (hai lớp làm cùng đề). Kết quả kiểm tra của hai lớp được trình bày ở phần phụ lục. 4.2. Phân tích dữ liệu Từ kết quả kiểm tra ở hai lớp, tác giả tiến hành tính toán và thu được kết quả như sau: a) Đối với bài kiểm tra trắc nghiệm khách quan Lớp thực nghiệm 12A1 Mốt 8 Trung vị 8 Giá trị trung bình 8,12 Độ lệch chuẩn 0,88 b) Đối với bài kiểm tra tự luận Lớp đối chứng 12A2 7 7 7,00 0,79 Lớp thực nghiệm 12A1 Mốt 7 Trung vị 8 Giá trị trung bình 7,88 Độ lệch chuẩn 0,91 c) Kết quả của phép kiểm chứng t-test độc lập Lớp đối chứng 12A2 7 7 6,77 0,72 Phép kiểm chứng T-test độc lập giúp chúng ta xác định khả năng chênh lệch giá trị trung bình của hai lớp riêng rẽ (lớp thực nghiệm 12A1 và lớp đối chứng 12A4) có xảy ra nhẫu nhiên hay không. Trong phép kiểm chứng t-test, chúng ta tính giá trị p, trong đó: trong đó p là xác suất xảy ra ngẫu nhiên. Tiến hành tính toán ta thu được kết quả như bảng sau: Điểm trung bình bài kiểm Điểm trung bình bài tra trắc nghiệm khách quan kiểm tra tự luận Lớp 12A1 (a) Lớp 12A4 (b) Giá trị chênh lệch (c = a – b) Giá trị p Có ý nghĩa (  p  0,05 8,12 7,00 1,12 2,04.10-8 Có ý nghĩa 7,88 6,77 1,11 1,31.10-8 Có ý nghĩa 18 Như vậy, từ kết quả tính toán ở bảng trên tác giả rút ra kết luận: Chênh lệch giữa hai bài kiểm tra của hai lớp là có ý nghĩa, nghiêng về lớp thực nghiệm 12A1. Điều này cho thấy buổi học ngoại khoá đã mang lại kết quả cao trong quá trình lĩnh hội tri thức của các em học sinh. d) Mức độ ảnh hưởng của buổi học ngoại khoá Gọi X , Y lần lượt là giá trị trung bình điểm bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, gọi Z là độ lệch chuẩn điểm bài kiểm tra của lớp đối chứng 12A4. Độ lớn của chênh lệch giá trị trung bình chẩn của hai lớp thực nghiệm và đối chứng được xác định: +) Đối với bài kiểm tra trắc nghiệm khách quan: SMDTNKQ  X  Y 8,12  7,00   1,42 Z 0,79 (*) +) Đối với bài kiểm tra tự luận: SMDTL  X  Y 7,88  6,77   1,54 Z 0,72 (**) Như vậy, theo tiêu chí của Cohen thì ta nhận thấy rằng ở cả hai bài kiểm tra trắc nghiệm khách quan và tự luận đều có SMD  1,00 . Điều này có nghĩa là buổi học ngoại khoá “Tình yêu vật lý và thiên văn học” đã có ảnh hưởng rất lớn. Các em học sinh lớp 12A1 sau khi thực hiện buổi học ngoại khoá đã lĩnh hội kiến thức một cách có hệ thống và hiểu được bản chất, ý nghĩa vật lý của từng vấn đề và quan trọng hơn là tạo cho các em một niềm đam mê khoa học, một ý thức bảo vệ môi trường sống xung quanh chúng ta. C. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận Qua việc thực hiện buổi học ngoại khoá “Tình yêu vật lý và thiên văn học” lớp 12 THPT, các em học sinh đã trang bị một hệ thống kiến thức cơ bản có chiều sâu về lĩnh vực thiên văn. Với những kiến thức đã lĩnh hội được sẽ giúp các em học sinh giải thích được những hiện tượng vật lý xảy ra trong cuộc sống hằng ngày xung quanh chúng ta như: môi trường sống, hiện tượng 19 nhật thực và nguyệt thực, hiện tượng động đất v.v…Đó là những vấn đề đang được sự quan tâm của toàn cầu. Buổi học ngoại khoá đã tạo cho các em một tình yêu khoa học, yêu thiên nhiên và ý thức bảo vệ môi trường sống. 2. Khuyến nghị - Nhà trường cần quan tâm hơn nữa đến các buổi học ngoại khoá nói chung và ngoại khoá môn vật lý nói riêng. - Nhà trường cần trang bị các phòng học chuyên môn chất lượng cao, trang bị đầy đủ các thiết bị phục vụ cho giảng dạy. Đặc biệt là các dụng cụ thực nghiệm cho các môn khoa học tự nhiên. - Đối với mảng kiến thức về thiên văn thì cả SGK nâng cao cũng như SGK cơ bản chỉ mới dừng lại ở chỗ trình bày những kiến thức lí thuyết cơ bản mà chưa cần thực hiện những phép biến đổi toán học phức tạp. Do vậy, tác giả thiết nghĩ rằng, với buổi học khoá “tình yêu vật lý và thiên văn học” thì giáo viên có thể thực hiện ở cả khối 10 và 11. Trước khi thực hiện ở khối 10 và 11 thì giáo viên phải cung cấp tư liệu cho các em và hướng dẫn nghiên cứu trong các buổi học bồi dưỡng, rồi sau đó mới tiến hành buổi học ngoại khoá này. D. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Sách giáo khoa vật lí lớp 12 cơ bản, NXB Giáo Dục 2008. [2]. Sách giáo khoa vật lí lớp 12 nâng cao, NXB Giáo Dục 2008. [3]. Những câu hỏi kì thú – thăm dò vũ trụ, NXB Thời Đại 2010. [4]. Vật lý công nghệ và đời sống, NXB Giáo Dục 2003. 20