Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Sóng ánh sáng” vật lý 12 THPT theo định hướng bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh.
Giả thuyết khoa học
Nếu sử dụng bài tập sáng tạo trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” Vật lý
12 THPT thì sẽ bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh góp phần nâng cao chất lượng học tập vật lý.
Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về tư duy sáng tạo, năng lực sáng tạo
Xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo cho chương "Sóng ánh sáng" trong chương trình Vật lý lớp 12 nhằm nâng cao hiệu quả học tập Nghiên cứu mục tiêu và nội dung kiến thức của chương "Sóng ánh sáng" giúp học sinh nắm vững các khái niệm cơ bản và ứng dụng thực tiễn của hiện tượng này trong đời sống.
5.4 Tìm hiểu thực trạng dạy học bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường THPT
Xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo cho chương "Sóng ánh sáng" trong môn Vật lý lớp 12 là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nâng cao khả năng tư duy của học sinh Thiết kế các tiến trình dạy học cho chương này cần chú trọng vào việc phát triển tư duy sáng tạo, giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn về các khái niệm và ứng dụng của sóng ánh sáng Việc áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực sẽ khuyến khích học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập, từ đó nâng cao hiệu quả học tập và sự hứng thú với môn học.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Đọc các tài liệu tham khảo, phân tích lựa chon thông tin, hệ thống nội dung cơ sở lý luận của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Điều tra, khảo sát thực tiễn
Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài.
Phương pháp thống kê toán học
Xử lý kết quả điều tra, kết quả thực nghiệm sư phạm bằng công cụ toán học thống kê.
Đóng góp của luận văn
- Xây dựng được hệ thống 14 bài tập sáng tạo về “Sóng ánh sáng” Vật lý 12 THPT
- Thiết kế được các tiến trình dạy học bài tập sáng tạo nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo.
Cấu trúc luận văn
- Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lý.(20 trang)
- Chương 2 Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo dạy học chương Sóng Ánh Sáng.(31 trang)
- Chương 3 Thực nghiệm sư phạm.(9 trang)
Cơ sở lý luận và thực tiễn bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh trong dạy học bài tập vật lý
Bài tập vật lý
1.1.1 Khái niệm về bài tập vật lý
Trong quá trình dạy học, bài tập vật lý được hiểu là những vấn đề không lớn, có thể giải quyết thông qua suy luận lôgic, phép tính và thí nghiệm dựa trên các định luật và phương pháp vật lý Mỗi vấn đề trong tài liệu giáo khoa cũng được coi là một bài tập cho học sinh, khuyến khích tư duy tích cực trong việc giải quyết các bài tập này.
1.1.2 Vai trò, chức năng của bài tập vật lý
-Bài tập vật lý là phương tiện để thực hiện các nhiệm vụ dạy học vật lý trong nhà trường:
+ Nhiệm vụ phát triển tư duy, trí tuệ
+ Nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp
+ Hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh trong quá trình dạy học vật lý [10]
- Bài tập vật lý là phương tiện sử dụng thực hiện các mục đích của hoạt động dạy học, trong mọi giai đoạn của quá trình dạy học:
+ Dùng BTVL để tạo ra tình huống có vấn đề mở đầu bài học mới
+ Dùng BTVL trong tiến trình xây dựng kiến thức mới
+ Dùng BTVL để ôn tập, luyện tập, hệ thống hóa kiến thức, kiểm tra và đánh giá
- Bài tập vật lý là phương tiện để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, hình thành và phát triển phẩm chất năng lực học sinh
1.1.3 Phân loại bài tập vật lý
Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú, được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Các bài tập có thể được phân chia dựa trên nội dung, ý nghĩa và mục đích sử dụng, giúp người học dễ dàng tiếp cận và nắm bắt kiến thức một cách hiệu quả hơn.
5 theo chiều sâu của việc nghiên cứu vấn đề, theo phương thức giải, theo phương thức cho giả thiết, theo mức độ khó của nhận thức
Các bài tập trong tài liệu vật lý được phân loại theo các chủ đề như cơ học, vật lý phân tử, điện học, và lượng tử ánh sáng Sự phân chia này mang tính quy ước, vì kiến thức cần thiết cho giải quyết một bài tập thường không chỉ giới hạn trong một chương hay phần cụ thể, mà thường đòi hỏi việc tích hợp nhiều kiến thức từ các lĩnh vực khác nhau trong giáo trình vật lý.
Các bài tập vật lý được phân loại thành hai loại chính: bài tập nội dung trừu tượng và bài tập nội dung cụ thể Bài tập trừu tượng thường tập trung vào bản chất vật lý mà không bị lẫn lộn với chi tiết không cần thiết, ví dụ như việc tính toán lực cần thiết để kéo một vật trên mặt phẳng nghiêng mà không có lực ma sát Ngược lại, bài tập cụ thể sẽ cung cấp thông tin chi tiết về mặt phẳng nghiêng, vật kéo và cách thức kéo Ngoài ra, còn có những bài tập có nội dung kỹ thuật tổng hợp, liên quan đến kỹ thuật, sản xuất công nông nghiệp và giao thông Cuối cùng, bài tập lịch sử chứa đựng kiến thức về các thí nghiệm vật lý cổ điển, phát minh sáng chế và những câu chuyện mang tính lịch sử.
Bài tập vật lý vui được sử dụng rộng rãi trong giáo dục, nổi bật với việc khai thác các sự kiện và hiện tượng kỳ lạ, thú vị Giải quyết những bài tập này không chỉ làm cho tiết học trở nên sinh động mà còn nâng cao hứng thú học tập của học sinh Trong cuốn sách "Vật lý vui" của IA.I PÊ-REN-MAN, NXB Giáo dục, có rất nhiều bài tập như vậy, giúp học sinh tiếp cận môn vật lý một cách thú vị hơn.
Bài tập có thể được phân loại theo phương thức điều kiện hoặc phương thức giải, bao gồm bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị Trong đó, bài tập định tính là loại bài tập sử dụng ngôn ngữ để mô tả và phân tích các khái niệm, hiện tượng mà không cần đến các số liệu cụ thể.
Bài tập định tính là những bài tập mà học sinh không cần thực hiện các phép tính phức tạp, chỉ cần thực hiện các phép tính đơn giản hoặc tính nhẩm Để giải bài tập này, học sinh cần có khả năng suy luận lôgic và hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật vật lý, cũng như nhận biết biểu hiện của chúng trong các tình huống cụ thể Hầu hết các bài tập định tính yêu cầu học sinh giải thích hoặc dự đoán hiện tượng xảy ra trong những điều kiện nhất định Ngoài ra, còn nhiều tài liệu khác được gọi là bài tập định tính, bao gồm cả bài tập và câu hỏi.
Bài tập định tính mang lại nhiều lợi ích trong phương pháp học, giúp kết nối lý thuyết với thực tiễn cuộc sống Chúng không chỉ tăng cường hứng thú cho học sinh mà còn phát triển khả năng suy luận và ngôn ngữ vật lý Phương pháp giải bài tập định tính dựa trên việc xây dựng các suy luận logic từ những định luật vật lý, do đó, nó là công cụ hiệu quả để nâng cao tư duy logic cho học sinh.
Giải các bài tập định tính giúp học sinh nắm vững bản chất của hiện tượng vật lý và các quy luật liên quan, đồng thời khuyến khích việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Giải bài tập định tính giúp học sinh rèn luyện tư duy phân tích, từ đó tạo nền tảng cho việc hiểu và phân tích nội dung vật lý của các bài tập, bao gồm cả bài tập tính toán.
Bài tập định tính là công cụ quan trọng trong việc củng cố kiến thức vật lý, thường được ưu tiên thực hiện ngay sau khi học lý thuyết Việc giải bài tập này không chỉ giúp ôn tập mà còn nâng cao khả năng tư duy và hiểu biết sâu sắc về các khái niệm vật lý.
Có 3 mức độ về bài tập định tính:
Bài tập định tính đơn giản yêu cầu học sinh áp dụng một định luật, quy tắc hoặc phép tính suy luận lôgic để giải quyết.
Bài tập định tính tổng hợp yêu cầu học sinh vận dụng một chuỗi suy luận lôgic dựa trên các định luật và quy tắc mới để giải quyết vấn đề.
Bài tập định tính sáng tạo yêu cầu người giải phải sử dụng những suy luận lôgic mới mẻ, không theo khuôn mẫu quen thuộc, để tìm ra phương pháp giải quyết hiệu quả.
Bài tập định tính thường có hai dạng: Bài tập giải thích hiện tượng và bài tập dự đoán hiện tượng [10] b Bài tập định lượng
Bài tập định lượng yêu cầu thực hiện một chuỗi phép tính để tìm ra đáp số định lượng, giúp xác định giá trị của các đại lượng vật lý Các bài tập này được phân thành hai loại chính.
Tư duy sáng tạo
1.3.1 Khái niệm tư duy sáng tạo
Tư duy sáng tạo được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào cách tiếp cận của từng nhà nghiên cứu Nó có thể được hiểu là khả năng phát triển những ý tưởng mới mẻ và độc đáo, kết hợp các yếu tố khác nhau để tạo ra giải pháp sáng tạo cho các vấn đề.
Tư duy sáng tạo là quá trình tìm kiếm giải pháp mới và độc đáo để giải quyết vấn đề Nó thể hiện khả năng suy nghĩ linh hoạt và đổi mới trong việc tiếp cận các thách thức.
1.3.2 Đặc trưng của tư duy sáng tạo
1.3.2.1 Các biểu hiện của tư duy sáng tạo
Tư duy sáng tạo được thể hiện qua nhiều biểu hiện quan trọng, bao gồm phương pháp giải quyết vấn đề một cách khác thường, khả năng nhìn trước các vấn đề và nắm bắt mối liên hệ cơ bản Ngoài ra, người có tư duy sáng tạo còn có khả năng cấu tạo các yếu tố để tạo ra chức năng mới, thay đổi hướng nghiên cứu, và tìm ra nhiều cách giải quyết khác nhau một cách tích cực Họ cũng có khả năng chuyển đổi giữa các mô hình, nhạy cảm với các vấn đề mới phát sinh từ những vấn đề đã giải quyết, và biết trước kết quả Thêm vào đó, họ có thể nắm bắt các tư tưởng khác nhau trong một tình huống cụ thể, phân tích sự kiện theo trật tự tối ưu, từ đó tìm ra tư tưởng chung và giải đáp những tình huống đặc biệt.
1.3.2.2 Các đặc trưng của tư duy sáng tạo
Theo các nhà tâm lý học, lý luận học tư duy sáng tạo có các tính: Nhuần nhuyễn, mềm dẻo, độc đáo, hoàn thiện, nhạy cảm vấn đề
Tính nhuần nhuyễn của tư duy thể hiện qua khả năng nhanh chóng tổ hợp các yếu tố riêng lẻ trong những tình huống và hoàn cảnh khác nhau, từ đó đưa ra những giả thuyết mới.
Tính nhuần nhuyễn là khả năng sáng tạo ra nhiều ý tưởng và tìm kiếm giải pháp mới cho các tình huống khác nhau Người có tư duy nhuần nhuyễn có khả năng nhanh chóng đề xuất nhiều phương án giải quyết vấn đề, từ đó lựa chọn được phương án tối ưu nhất một cách hiệu quả.
Tính mềm dẻo là khả năng linh hoạt trong việc sắp xếp lại tri thức, cho phép chuyển đổi giữa các quan điểm và định nghĩa lại các hiện tượng Nó giúp xây dựng phương pháp tư duy mới, tạo ra các mối quan hệ mới và nhận diện bản chất của sự vật Tính mềm dẻo cũng làm thay đổi dễ dàng các thái độ đã quen thuộc trong hoạt động trí tuệ của con người, với những đặc trưng nổi bật như khả năng thích ứng và đổi mới trong tư duy.
Việc chuyển đổi linh hoạt giữa các hoạt động trí tuệ như phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa và khái quát hóa là rất dễ dàng Người thực hiện có khả năng áp dụng các phương pháp suy luận như quy nạp và suy diễn tương tự, giúp họ nhanh chóng thay đổi giải pháp khi cần thiết Đồng thời, khả năng điều chỉnh hướng suy nghĩ kịp thời khi gặp trở ngại cũng góp phần quan trọng vào quá trình tư duy hiệu quả.
Suy nghĩ linh hoạt và sáng tạo là yếu tố quan trọng trong việc thích ứng với những hoàn cảnh và điều kiện mới Thay vì áp dụng một cách máy móc các kinh nghiệm, kiến thức và kỹ năng đã có, chúng ta cần nhận thức rằng mỗi tình huống đều có những yếu tố khác biệt Việc thoát khỏi ảnh hưởng của những phương pháp và cách nghĩ cũ sẽ giúp chúng ta tìm ra giải pháp hiệu quả hơn trong những bối cảnh mới.
- Phát hiện ra đươc các vấn đề mới trong điều kiện quen thuộc, thấy được chức năng mới của các đối tượng quen biết
Tính độc đáo thể hiện khả năng tư duy sáng tạo, không bị ràng buộc bởi các quy tắc hay tri thức thông thường Người có tính độc đáo biết linh hoạt và ứng biến để giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, thể hiện qua những khả năng đặc trưng như tư duy phản biện và khả năng thích nghi nhanh chóng.
- Khả năng tìm thấy những liên tưởng và những kết hợp mới
- Khả năng tìm ra được nhiều giải pháp hay mới lạ tuy đã biết những giải pháp khác
- Khả năng tìm thấy được các mối liên hệ trong những sự kiện bên ngoài tưởng chừng như không có mối liên hệ gì với nhau
Tính hoàn thiện là khả năng lập kế hoạch, phối hợp ý nghĩ và hành động, phát triển ý tưởng, cũng như kiểm tra và xác minh những ý tưởng đó.
Tính nhạy cảm vấn đề có các đặc trưng sau:
- Khả năng nhanh chóng phát hiện vấn đề
- Khả năng tìm ra các sai lầm, mâu thuẫn, thiếu lôgic, chưa tối ưu, chưa hoàn thiện từ đó có nhu cầu cấu trúc lại, tạo ra cái mới
Các đặc trưng của tư duy sáng tạo có quan hệ mật thiết với nhau, hỗ trợ bổ sung cho nhau [14]
1.3.3 Các biện pháp bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh
1.3.3.1 Tổ chức các hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới
Kiến thức vật lý trong trường phổ thông đã được xác nhận, nhưng vẫn luôn mang đến sự mới mẻ cho học sinh Việc khám phá kiến thức mới thường tạo ra các tình huống yêu cầu học sinh đưa ra những ý kiến và giải pháp sáng tạo cho chính mình.
1.3.3.2.Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tò mò, ham hiểu biết của học sinh
Nhu cầu và hứng thú trong học tập thường phát sinh từ quá trình nhận thức nội tại của mỗi học sinh Tuy nhiên, cũng có thể tạo ra hứng thú thông qua các kích thích bên ngoài như khen thưởng, sự ngưỡng mộ từ bạn bè và gia đình, hay hứa hẹn về một tương lai tươi sáng Những yếu tố kích thích này không phải lúc nào cũng bền vững và thường phụ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể của từng học sinh Trong dạy học vật lý, có nhiều tình huống điển hình có thể gặp phải, ảnh hưởng đến sự phát triển nhu cầu và hứng thú học tập.
Tình huống có vấn đề: Tư duy là quá trình tâm lý diễn ra trong óc học sinh
Hoạt động tư duy có hiệu quả khi học sinh tự ý thức, tự giác làm việc Khi trong đầu
Khi học sinh (HS) đối mặt với các câu hỏi hoặc vấn đề chưa có lời giải, tư duy của họ bắt đầu phát triển Để giải quyết những thách thức này, cần có kiến thức và giải pháp mới, vì kiến thức hiện tại không đủ để đáp ứng yêu cầu Trong trạng thái này, HS khao khát vượt qua khó khăn để giải quyết mâu thuẫn và nâng cao nhận thức của mình, đồng thời được đặt vào "tình huống có vấn đề".
Học sinh thường đối mặt với những vấn đề chỉ được giải quyết một phần trong phạm vi hạn hẹp, và cần tiếp tục phát triển, mở rộng kiến thức sang các lĩnh vực mới Khao khát hoàn thiện tri thức là một trong những động lực mạnh mẽ của tuổi trẻ, như Risa Fâyman đã từng nói.
Số 17 là biểu tượng cho sự phát triển của khoa học, nơi mà quá trình hoàn thiện kiến thức dẫn đến những kết quả mới như kiến thức, kỹ năng và phương pháp mới Tuy nhiên, trong quá trình này, chúng ta vẫn có thể áp dụng những kiến thức và kỹ năng đã có cho đến khi gặp phải những mâu thuẫn không thể giải quyết bằng những hiểu biết cũ.
Thực trạng dạy học bài tập vật lý ở trường THPT
1.4.1 Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập vật lý trường Trung học phổ thông Hiếu Phụng Đối tượng điều tra: Điều tra, khảo sát thực tế tại trường Trung học phổ thông
(THPT) Hiếu Phụng - huyện Vũng Liêm - tỉnh Vĩnh Long để tìm hiểu một số thông tin
- Tình hình dạy giải bài tập chương sóng Ánh sáng
- Tình hình hoạt động giải bài tập chương sóng Ánh sáng
Học sinh thường gặp nhiều khó khăn và sai lầm khi giải bài tập chương sóng ánh sáng Việc tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến những sai lầm này là rất quan trọng để cải thiện khả năng học tập Những nguyên nhân phổ biến bao gồm thiếu kiến thức nền tảng, không nắm vững các công thức và khái niệm cơ bản, cũng như áp dụng sai phương pháp giải Bằng cách nhận diện và khắc phục những vấn đề này, học sinh có thể nâng cao hiệu quả học tập và đạt kết quả tốt hơn trong môn học.
Nghiên cứu việc áp dụng tư duy sáng tạo trong giải quyết bài tập chương sóng ánh sáng cho thấy sự hiệu quả của phương pháp này Chúng tôi đã phân tích cách thức vận dụng tư duy sáng tạo và đánh giá tác động tích cực của nó đến quá trình học tập Dựa trên những kết quả thu được, chúng tôi đề xuất các phương hướng cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả thực hiện trong tương lai.
- Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra (số lượng giáo viên được điều tra là 7) trao đổi trực tiếp, dự giờ giảng, xem giáo án
Chúng tôi đã tiến hành điều tra học sinh với 39 phiếu điều tra, kết hợp với việc quan sát hoạt động của các em trong giờ học Qua việc kiểm tra khảo sát và phân tích kết quả, chúng tôi đã thu thập được những thông tin quan trọng về tình hình học tập và sự tham gia của học sinh.
Tình hình dạy giải bài tập Vật lý tại trường THPT Hiếu Phụng được đánh giá qua các cuộc trao đổi với giáo viên bộ môn và đồng nghiệp, từ đó rút ra những nhận định sơ bộ về phương pháp giảng dạy và hiệu quả học tập của học sinh.
Số tiết học dành cho việc giải bài tập hiện nay còn hạn chế, trong khi yêu cầu rèn luyện kỹ năng lại rất cao, khiến giáo viên gặp khó khăn trong việc bố trí thời gian để thực hiện đầy đủ.
Trình độ học sinh hiện nay rất đa dạng, dẫn đến việc lựa chọn bài tập giải toán trở nên khó khăn Những bài tập quá khó thường khiến học sinh yếu kém không thể tiếp thu, trong khi đó, bài tập dễ lại không đủ sức hấp dẫn đối với các em học sinh khá giỏi.
Các bài tập trong chương Sóng ánh sáng chứa nhiều kiến thức mới và liên quan đến các hiện tượng trừu tượng khó quan sát Ngoài ra, chương này còn có nhiều bài tập tổng hợp và có độ khó cao.
Việc xây dựng một hệ thống bài tập cho học sinh vừa đảm bảo tính phù hợp với sức học lại vừa đáp ứng được mục tiêu của chương trình học là một thách thức không nhỏ.
Mỗi giáo viên thường áp dụng phương pháp giải riêng và giao cho học sinh thực hành, dẫn đến khó khăn trong việc kiểm tra và đánh giá chất lượng học tập môn vật lý của học sinh trong toàn khối.
Giáo viên đã bắt đầu chú ý đến việc phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh, nhưng vẫn chưa đủ tập trung vào công việc này Mặc dù đã có một số bài tập yêu cầu tính sáng tạo, nhưng chúng chưa được hệ thống hóa và không có định hướng rõ ràng cho các bài tập nâng cao Hiện tại, sự sáng tạo chủ yếu chỉ được áp dụng trong những bài tập đơn lẻ.
Trong 21 thời gian của tiết bài tập, giáo viên chủ yếu tập trung vào việc hướng dẫn cách sử dụng công thức và cung cấp các bước giải cho một số dạng toán cụ thể.
- Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh:
Nhiều học sinh gặp khó khăn trong việc giải các bài tập về Sóng ánh sáng do không hiểu rõ bản chất của hiện tượng vật lý mà bài tập đề cập, mà chỉ nhớ máy móc.
Trong giờ học bài tập, nhiều học sinh thường tỏ ra thụ động và không mấy tích cực trong việc suy nghĩ, trong khi chỉ có một số ít học sinh chủ động tham gia vào các hoạt động giải bài tập.
+ Học sinh chưa có ý thức phân loại, xây dựng phương pháp giải cho mỗi loại bài tập
Học sinh thường cảm thấy lo ngại khi đối mặt với các bài tập trong phần này do khối lượng kiến thức phong phú và đa dạng dạng bài tập Nhiều bài tập thậm chí không thể phân loại rõ ràng vì tính tổng hợp hoặc yêu cầu sự sáng tạo cao trong việc tìm ra lời giải.
Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo dạy học chương Sóng ánh sáng 24 2.1 Cấu trúc nội dung chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12
Vị trí chương “Sóng ánh sáng” trong chương trình vật lý phổ thông
Chương “Sóng ánh sáng” là chương thứ 5 của sách Vật lý lớp 12
Trong sách giáo khoa vật lý lớp 12 chương này đề cập đến các vấn đề sau:
- Tia hồng ngoại và tia tử ngoại
- Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa
Nắm vững các khái niệm và hiện tượng trong chương này giúp học sinh hiểu rõ các ứng dụng cơ bản của sóng ánh sáng trong đời sống Điều này không chỉ tạo nền tảng vững chắc cho học sinh mà còn giúp họ linh hoạt trong việc tìm kiếm giải pháp sáng tạo cho các bài toán.
2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12
Máy QP và Cácloại QP
Tia hồng ngoại Tia tử ngoại
Giao thoa ás Nhiễu xạ ás
Công thức lăng kinh sini1=nsinr1 sini2=nsinr2
Tia hồng ngoại Ánh sáng nhìnthấy
Tia tử ngoại Tia X Tia gamma
Mục tiêu dạy học
- Mô tả được hiện tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính
- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì
- Trình bày được một thí nghiệm về giao thoa ánh sáng
- Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng
- Nêu được điều kiện để xãy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng
- Nêu được hiện tượng giao thoa chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng và nêu được tư tưởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng
- Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định
- Nêu được chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng trong chân không
- Nêu được quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ và hấp thụ là gì và đặc điểm chính của mỗi loại quang phổ này
- Nêu được bản chất, các tính chất và công dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X
- Kể được tên của các vùng sóng điện từ kế tiếp nhau trong thang sóng điện từ theo bước sóng
- Vận dụng được công thức:
+ Vị trí vân sáng: ki a k D x s = + Vị trí vân sáng: k i a k D x t )
+ Công thức về lăng kính, tán sắc ánh sáng
+ Công thức tính góc lệch của một tia sáng ( khi các góc đều bé) :
+ Tính góc lệch của hai tia sáng so với nhau: D = ( n t − n đ ) A
+ Bề rộng dãy quang phổ trên màn: L = d.(nt – nd).A.
+ Tìm độ rộng quang phổ bậc k ( đ t ) a k D x= −
+ Tại M có tọa độ xM là vân sáng hay tối:
Nếu k i x M = thì đó là vân sáng bậc k
=k i x M thì đó là vân tối bậc k + 1 + Số vân sáng – vân tối trong miền giao thoa bề rộng L
2 = số vân sáng: 2.n +1 số vân tối : + Nếu m 5 thì 2.n +2 + Nếu m < 5 thì 2.n
+ Sự trùng nhau của các bức xạ
Hai vân sáng trùng nhau: k 1 1 = k 2 2 = k 3 3
* Giao thoa với ánh sáng trắng :
+ Xác định các bức xạ cho vân sáng trùng nhau tại một điểm nằm trong khoảng :
Từ công thức vân sáng x = k a
. sau đó thế vào 0.4 m ≤ ≤ 0.75 m ta tìm được các giá trị của k
+ Xác định các bức xạ cho vân tối trùng nhau tại một điểm nằm trong khoảng :
Từ công thức vân tối x = (k +0,5) a
+ sau đó thế vào 0.4 m ≤ ≤ 0.75 m ta tìm được các giá trị của k
- Giải được các bài tập về giao thoa ánh sáng
- Tiến hành được thí nghiệm đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa
- Kỹ năng về thực hành tính toán biến đổi, vẽ hình, trình bày lời giải
- Kỹ năng khai thác bài toán, kỹ năng chung để tìm lời giải
- Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực suy luận toán học
- Năng lực tiến hành các thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, tương tự, đặc biệt hoá, khái quát hoá
- Năng lực tiến hành các hoạt động trí tuệ phổ biến trong toán học: Lật ngược vấn đề, xét tính giải được, phân chia trường hợp, xét tương ứng
- Năng lực tư duy sáng tạo.
Xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12
- Hệ thống bài tập được được chọn phải đảm bảo mục đích đã đề ra, tính khả thi khi sử dụng, tính vừa sức đối với học sinh
- Rèn luyện được kĩ năng giải toán cho học sinh
- Bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp
Mỗi bài tập trong hệ thống học tập cần phải liên kết chặt chẽ với nhau, góp phần củng cố và mở rộng kiến thức một cách hiệu quả.
- Hệ thống bài tập đa dạng, phong phú bao gồm nhiều thể loại bài tập
- Bài tập vật lý nên phân thành từng dạng riêng biệt, giúp học sinh nắm được phương pháp giải các dạng bài tập đó
- Số lượng bài tập phải được lựa chọn phù hợp với sự phân bố thời gian, không được quá dài làm học sinh nản
Hệ thống bài tập đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh Nó giúp học sinh rèn luyện các thao tác tư duy và thực hiện các hoạt động trí tuệ hiệu quả.
Kinh nghiệm cho thấy các bài toán tổng hợp kiến thức rất hiệu quả trong việc kích thích sự sáng tạo của học sinh Do đó, giáo viên cần hệ thống hóa các kiểu bài tập này để tạo nguồn tài liệu giảng dạy phong phú và hấp dẫn.
2.2.2 Hệ thống bài tập sáng tạo chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12
Hệ thống bài tập được thiết kế nhằm rèn luyện kỹ năng giải toán và phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh Các bài tập được chọn lọc từ sách tham khảo, báo chí, tạp chí vật lý, và đề thi vào các trường Cao đẳng, Đại học, đã được kiểm chứng qua thực tế giảng dạy và biên soạn lại theo các dạng cụ thể.
BTST 1 Bước sóng liên hệ với vận tốc ánh sáng c trong môi trường đã cho và chiết suất của môi trường là n, bằng công thức : 1 , 2
Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, các bước sóng của nó sẽ thay đổi Ví dụ, trong không khí, ánh sáng có bước sóng λ1 = 0,65 μm, và khi đi vào nước với chỉ số khúc xạ 1,33, bước sóng sẽ được điều chỉnh theo công thức: λ = λ0/n.
Khi ánh sáng từ một đèn lồng màu đỏ có bước sóng 0,65µm và ánh sáng màu lam có bước sóng 0,49µm, người thợ lặn dưới nước có thể nhìn thấy các tia sáng màu đỏ chuyển thành màu lam.
Sử dụng nguyên tắc sáng tạo
- Nguyên tắc đảo ngược: Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính
Câu hỏi định hướng tư duy
- Cảm giác màu nào đó trong mắt người do đại lượng nào quyết định ?
- Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì đại lượng nào không thay đổi ?
Sự cảm nhận màu sắc trong mắt người quan sát không chỉ phụ thuộc vào bước sóng mà còn do tần số ánh sáng Chiết suất của chất lầm lăng kính đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau, ảnh hưởng đến bước sóng khi ánh sáng truyền qua các môi trường khác nhau Tuy nhiên, tần số ánh sáng vẫn giữ nguyên khi chuyển từ môi trường này sang môi trường khác.
c c = tức là tỉ số c không đổi Tỉ số này chính là tần số của ánh sáng
Vì thế ánh sáng mà ta nhìn thấy trong không khí màu đỏ thì ở dưới nước củng là màu đỏ
BTST 2 Tia Rơnghen cứng là tia có bước sóng ngắn Tia Rơnghen mềm là tia có bước sóng dài Các tia Rơnghen cứng đâm xuyên rất mạnh, còn các tia Rơnghen mềm khả năng đâm xuyên yếu a Tại sao khi chiếu điện người ta dùng các tia Rơnghen cứng; còn nếu dùng các tia Rơnghen mềm thì nguy hiểm cho bệnh nhân? b Để lọc hết các tia Rơnghen mềm ta phải làm thế nào?
Sử dụng nguyên tắc sáng tạo
- Nguyên tắc phục vụ: Kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay, tìm vết nứt bên trong các vật bằng kim loại
Nguyên tắc biến hại thành lợi cho thấy tia Rơnghen có tác dụng sinh lý mạnh, như khả năng hủy diệt tế bào và vi khuẩn, do đó, tia Rơnghen cứng được ứng dụng hiệu quả trong điều trị bệnh ung thư.
Tia Rơnghen cứng có khả năng đâm xuyên mạnh và ít bị hấp thụ, trong khi tia Rơnghen mềm có khả năng đâm xuyên yếu và bị hấp thụ mạnh Khi tia Rơnghen bị hấp thụ, nó có thể gây ra các tác dụng như tác dụng nhiệt và tác dụng sinh lý, có thể hủy hoại tế bào Do đó, trong quá trình chiếu điện, cần sử dụng tia Rơnghen cứng và loại bỏ các tia Rơnghen mềm để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Muốn lọc các tia Rơnghen mềm người ta dùng màn lọc bằng kim loại nặng có bề dày thích hợp
BTST 3 Một lăng kính có tiết diện là tam giác cân có góc triết quang A 0 Chiết suất của và bước sóng ánh sáng liên hệ với nhau theo công thức 2
Để xác định bước sóng chiếu vào lăng kính, ta có công thức a b n = +, với a = 1,26 và b = 7,555 x 10^(-14) m² Khi chiếu tia sáng đơn sắc vào mặt bên lăng kính, tia tới cần nằm dưới pháp tuyến Cần lưu ý rằng góc lệch cực tiểu D min là 0.
Sử dụng nguyên tắc sáng tạo
Nguyên tắc kết hợp giữa công thức tính góc lệch cực tiểu của lăng kính và sự phụ thuộc của bước sóng ánh sáng đơn vào chiết suất của lăng kính là rất quan trọng Việc áp dụng đúng công thức này giúp hiểu rõ hơn về hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua lăng kính đặc biệt.
Câu hỏi định hướng tư duy
- Dấu hiệu của góc lệch cực tiểu là gì ?
- Công thức cần dùng khi có góc lệch cực tiểu ?
Khi có góc lệch cực tiểu thì i 1 = i 2 ; 1 2 10 0
Ta có : D min = 2 i 1 − A suy ra 1 min 16 0
2+ = D A i Áp dụng công thức sin i 1 = n sin r 1 suy ra 1,5873 sin sin
Một lăng kính có góc chiết quang A = 60° được đặt trong không khí, chiếu một chùm ánh sáng trắng song song vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác Sau lăng kính, một màn E được đặt vuông góc với chùm tia tới, cách mặt phẳng phân giác 1,2 m Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là nđ = 1,642 và đối với ánh sáng tím là nt = 1,685 Câu hỏi đặt ra là độ rộng từ màu đỏ đến màu tím của quang phổ liên tục quan sát được trên màn là bao nhiêu?
Sử dụng nguyên tắc sáng tạo
- Nguyên tắc linh động: Sử dụng giải bằng nhiều cách là chứng minh hình học và dùng công thức giải nhanh
Câu hỏi định hướng tư duy
Chiết suất của lăng kính ảnh hưởng đáng kể đến sự khúc xạ của ánh sáng đơn sắc Khi ánh sáng đơn sắc đi qua lăng kính, các tia sáng sẽ bị lệch theo một góc nhất định, tùy thuộc vào chỉ số chiết suất của lăng kính và bước sóng của ánh sáng Sự lệch này tạo ra hiện tượng phân tán ánh sáng, dẫn đến việc các màu sắc khác nhau trong ánh sáng đơn sắc bị tách ra, tạo nên hiệu ứng màu sắc đa dạng.
OD=IO tan OID=1, 2 tan 1, 642 1 6− 0, 0808m,8mm
OT= IO tan OIT=1, 2 tan 1, 685 1 6− 0, 08623m, 23mm Độ rộng quang phổ: DT =OT−OD=5, 43mm