SKKN Dạy học bài tập chương “lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ 12 (BAN CƠ BẢN) THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ Chuyên môn Vật lí Người thực hiện NGUYỄN THỊ HƯƠNG Chức vụ Giáo viên Tổ Lí – Tin Thanh Hoá – 05/2017 SangKienKinhNghiem net SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN[.]
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN
TÊN ĐỀ TÀI:
THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ
Chuyên môn: Vật lí.
Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HƯƠNG Chức vụ: Giáo viên
Tổ: Lí – Tin
Thanh Hoá – 05/2017
Trang 2SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN
TÊN ĐỀ TÀI:
THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ
Chuyên môn: Vật lí
Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HƯƠNG Chức vụ: Giáo viên
Tổ: Lí – Tin
Thanh Hoá – 05/2017
Trang 3MỤC LỤC
1 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài……… 1
1.2 Mục đích nghiên cứu……… 2
1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 2
1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 3
2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 3 3.1 3.2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
Phát triển BTCB 1
Phát triển BTCB 2
Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân và đồng nghiệp Kết luận, kiến nghị
Kết luận
Kiến nghị………
TÀI LIỆU THAM KHẢO………
PHỤ LỤC………
3 3 4 5 8 12 17
18 18 19 20
Trang 51 MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài
Hiện nay chúng ta đang ở những năm đầu của Thế kỷ 21, đã bước vào kỷ nguyên của thời đại bùng nổ thông tin với nền kinh tế tri thức Hòa nhập với xu thế chung về đổi mới của nước ta, ngành Giáo dục và Đào tạo đang tích cực đổi mới về mọi mặt Trong Nghị quyết hội nghị lần thứ IV của BCH Trung ương Đảng khóa VII đã chỉ rõ “ nâng cao chất lượng giáo dục nhằm mục tiêu hình thành và phát triển nhân cách XHCN của thế hệ trẻ, đào tạo đội ngũ lao động có văn hóa, có kỹ thuật và giàu tính sáng tạo, đồng bộ về ngành nghề, phù hợp với phân công lao động của xã hội ” Trước sự phát triển của thế giới, ngành Giáo dục Việt nam đang mang trên vai một trọng trách nặng nề, cần có những bước phát triển đúng hướng và nhảy vọt để tạo ra được nguồn nhân lực trình độ cao, đáp ứng được các yêu cầu trong nước và hội nhập quốc tế Cung cấp nguồn nhân lực, đặc biệt là nguồn nhân lực trình độ cao, chính là sứ mạng của ngành Giáo dục và Đào tạo
Trong việc dạy học các bộ môn tự nhiên nói chung và dạy học môn vật lý nói riêng, bài tập hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rộng và hoàn thiện kiến thức lý thuyết đã học một cách sinh động có hiệu quả Bài tập có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm tra đánh giá kiến thức, hình thành tính tự lực, tính kiên trì, trong việc tìm tòi và khám phá cái mới, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn và đời sống một cách linh hoạt
Việc dạy học Vật lý ở một số trường trung học phổ thông hiện nay chưa phát huy được hết vai trò của bài tập vật lý trong việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học Một phần do đa số giáo viên chỉ giao bài tập ở sách giáo khoa để cho học sinh tham khảo và xem đó là bài tập mẫu để học sinh làm các bài khác Do
đó chưa phát huy được tính sáng tạo của học sinh trong giải bài tập vật lý và khi
Trang 6áp dụng cũng không linh hoạt, nhất là khi cho bài tập khác dạng thì học sinh lúng túng không giải quyết được Bên cạnh đó đa số học sinh hiện nay cũng còn thụ động trong việc học tập của mình, các em chỉ học xoay quanh những gì mà giáo viên đã cung cấp chứ ít chủ động tìm tòi học tập điều mới ngoài thông tin từ người thầy Mặt khác một số học sinh sau thời gian học tập ở trường khi về nhà
do phải giúp đỡ gia đình nên không có thời gian tự tìm tòi học hỏi thêm
Từ những lý do đó, tôi chọn đề tài: Dạy học bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lí 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Xây dựng hệ thống bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý và đề xuất các phương án sử dụng bài tập vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương này nói riêng và dạy học vật lí ở trường THPT nói chung
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Vai trò và tác dụng của bài tập, lý thuyết phát triển bài tập trong dạy học vật lí ở trường THPT
Vận dụng lí thuyết phát triển bài tập trong sự xây dựng và sử dụng bài tập
ở chương “Lượng tử ánh sáng” vật lí lớp 12 ban cơ bản
Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở học sinh lớp 12 trường THPT Nguyễn Mộng Tuân thuộc địa bàn huyện Đông Sơn, tỉnh Thanh Hóa
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu LLDH BTVL ở trường phổ thông
- Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển bài tập Vật lý
- Tìm hiểu thực trạng dạy học bài tập vật lý ở trường THPT Nguyễn Mộng Tuân và các truờng THPT thuộc huyện Đông Sơn Thanh Hoá
Trang 7- Tìm hiểu mục tiêu, nội dung dạy học chương “Lượng tử ánh sáng” Vật
lý 12 ban cơ bản
- Xây dựng hệ thống bài tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban cơ bản
- Đề xuất các phương án dạy học sử dụng hệ thống bài tập Vật lý đã xây dựng theo Lý thuyết phát triển bài tập
- Thực nghiệm sư phạm các phương án dạy học đã thiết kế
1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm
- Góp phần hiện thực hóa lý thuyết phát triển bài tập trong dạy học bài tập vật lý ở trường phổ thông
- Xây dựng được hệ thống 5 BTCB chương “Lượng tử ánh sáng”, có hơn 10 bài tập điển hình minh họa cho sự phát triển BTVL
- Thiết kế 1 tiến trình dạy học BTVL có sử dụng lý thuyết phát triển bài tập nhằm ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và phát triển năng lực tư duy cho học sinh
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm.
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
Bài tập là một phương tiện dạy học truyền thống phát huy có hiệu quả chức năng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp Chính vì vậy, dạy học bài tập vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng Trong chương này chúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giới thiệu một lý thuyết mới về dạy học BTVL đang được nghiên cứu, triển khai gần đây nhằm khai thác hiệu quả hơn các chức năng lí luận dạy học của BTVL, đặc biệt là nâng cao tính chủ động học tập của HS trong hoạt động giải BTVL, biến học thành tự học
Khái niệm phát triển bài tập vật lý
+ BTCB: là bài tập mà khi giải chỉ cần sử dụng một đơn vị kiến thức cơ bản (Một khái niệm hoặc một định luật vật lý), có sơ đồ cấu trúc như sau:
Trang 8+ BTTH: là bài tập mà khi giải cần sử dụng từ hai đơn vị kiến thức trở lên Như vậy, BTTH là tổ hợp các bài tập cơ bản Thực chất của việc giải BTTH là việc nhận ra các BTCB trong các bài tập cơ bản đó
Phát triển bài tập là biến đổi một BTCB thành các BTTH theo các phương án khác nhau
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Để nâng cao hiệu quả của một giờ dạy BTVL và đặc biệt nâng cao hiệu quả của BTVL vừa giải, chúng ta không nên thỏa mãn với việc tìm ra lời giải và đáp
số mà hãy nhìn nhận bài tập vừa chữa dưới góc độ khác nhau, với những lời giải khác nhau (nếu có), hãy xem xét ý nghĩa các số liệu, đối chiếu chúng với thực tế, rút ra những nhận xét bổ ích, chỉ ra được mấu chốt của từng lời giải, đâu là cái mới, cái cũ, Nói cách khác, chúng ta phải mổ xẻ bài tập vừa giải cũng như lời giải bài tập đó để tìm ra cái mới trong đó
Mặt khác, trong thực tế dạy học học sinh thường gặp nhiều bài tập cùng dạng tuy chúng có thể khác nhau về cách diễn đạt nhưng lại dùng những công thức, kiến thức giống nhau để lập luận và tìm ra lời giải Nếu như vậy thì sẽ không hiệu quả khi chúng ta yêu cầu học sinh cứ giải hết bài tập này đến bài tập khác trong cùng một dạng, nó vừa mất thời gian, dễ dẫn đến nhàm chán và không phát huy được các đối tượng học sinh khá giỏi Chính vì vậy, cần chọn bài
tập điển hình, sau đó thông qua bài tập điển hình nhận xét, đánh giá chỉ ra lời giải cho các bài tập khác
Dữ kiện a, b, c
Kết luận
Ẩn số x
Giả thiết
1 KTCB
Trang 9Trong tài liệu tham khảo học sinh thường gặp các bài toán phức tạp mà khi giải chúng, buộc các em phải chia thành các bài tập nhỏ để giải, đó là các BTCB Việc chuyển BTTH thành các BTCB là công việc khó khăn nhất của học sinh vì các em khó phát hiện trong BTTH mình gặp bao gồm những BTCB nào Thế thì chúng ta hãy xuất phát từ BTCB và biến nó thành BTPH (mở rộng bài tập) Nếu làm được điều này thì khi gặp những BTTH, các bài tập cùng dạng với bài tập vừa giải học sinh dễ dàng tìm ra lời giải Nói như vậy có nghĩa là thông qua BTCB học sinh nắm được BTTH, thông qua lời giải BTCB học sinh có lời giải BTTH
Phát triển BTCB thành BTTH làm cho học sinh không chỉ nắm được một bài tập mà thông qua đó nắm được nhiều bài tập nữa, học sinh không những nắm kiến thức một cách chắc chắn và sâu sắc mà còn làm tăng sự hứng thú, năng lực làm việc độc lập, tích cực nhận thức của học sinh Vì ở đây học sinh vừa cố gắng hoàn thành nhiệm vụ cho mình bằng cách tự đặt ra các đề bài tập Lúc này giáo viên chỉ đóng vai trò làm trọng tài và cố vấn là chủ yếu
Tuy nhiên, trong các giờ dạy bài tập không nên phức tạp hóa bài toán quá nhiều và mất thời gian cho công việc này Chúng ta nên phân bố thời gian một cách hợp lý để hoàn thành nhiệm vụ hướng dẫn HS giải bài tập, đó là củng cố kiến thức cũ, giúp HS nắm kiến thức mới, phát triển năng lực làm việc độc lập, tích cực nhận thức đồng thời giúp học sinh nắm bắt thêm những dạng toán tương
tự, những BTTH trên cơ sở những BTCB vừa giải
2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
Từ BTCB, có thể phát triển thành những BTTH muôn hình, muôn vẻ Về mặt lý luận, có thể khái quát phát triển bài tập như sau:
Phương án 1 Hoán vị giả thiết và kết luận của BTCB để được BTCB khác
có độ khó tương đương
Trang 10Phương án 2 Phát triển giả thiết BTCB
Dữ kiện bài toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số bằng phương trình biểu diễn kiến thức cơ bản mà kiên hệ gián tiếp thông qua cái chưa biết trung gian a,
b, nhờ phương trình biểu diễn kiến thức cơ bản khác Phát triển giả thiết BTCB là thay giả thiết của bài tập đó bằng một số BTCB khác buộc tìm các đại lượng trung gian là cái chưa biết liên hệ dữ kiện với ẩn số
- Mức độ phức tạp phụ thuộc vào số bài toán trung gian (số cái chưa biết) Tuỳ thuộc vào đối tượng học sinh mà tăng hoặc giảm số bài toán trung gian
f (a, b, c, x) Giả thiết a, b, c
Cho a, b, x
Cho a, c, x
Cho b, c, x
Tìm c
Tìm a Tìm b
Kết luận x
BTCB
cũ:
BTCB mới:
KTCB b
KTCB a
KTCB (a,b,x)
Cho b 1, b 2
Cho a 1, a 2
a
b
Tìm x
Trang 11Phương án 3 Phát triển kết luận BTCB
- Cái cần tìm (ẩn số) không liên hệ trực tiếp với dữ kiện bằng một kiến thức
cơ bản mà thông qua các ẩn số trung gian Phát triển kết luận là thay kết luận của BTCB bằng một số BTCB trung gian để tìm ẩn số trung gian X, Y, liên kết dữ liệu a, b, c và các ẩn số x 1 , y 1
- Mức độ phức tạp phụ thuộc số bài toán trung gian (số ẩn số trong bài toán trung gian)
Phương án 4 Đồng thời phát triển giả thiết và kết luận của BTCB (kết hợp
phương án 1 và phương án 2)
f (X, x 1 ) KTCB x 1
f (Y, y 1)
KTCB x 2
Ẩn số x 2
Ẩn số trung gian Y Điều kiện a, b, c
Chưa biết ax
ax 1 , ax 2
Chưa biết c
G thiết a, b, c Chưa biết b
c 1 , c 2
b 1 , b 2
Chưa biết a
Chưa biết cx
Chưa biết bx
cx 1 , cx 2
a 1 , a 2
bx 1 , bx 2
Ẩn số x 2
Kết luận x
Ẩn số x 1
Ẩn số x 3
f( a,b,c,x)
Trang 12Phương án 5 Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị giả thiết
kết luận (kết hợp cả 4 hướng trên)
2.3.1 Phát triển BTCB 1.
Căn cứ vào lý thuyết về các phương án xây dựng các BTTH từ BTCB, đối
với chương “Lượng tử ánh sáng”, ta có các hướng phát triển sau:
Theo phương án 1 (PA1)
Đối với BTCB 1, ta có thể hoán vị giả thiết và kết luận bằng cách:
Cho
a, b, x1 Tìm c
Cho
a, c, x2 Tìm b
Cho
b, c, x3
Tìm a
f( a,b,c,x)
Giả thiết
a, b, c
Ẩn số
x2
Ẩn số x1
Ẩn số x3
Kết luận x
b1, b2
Chưa biết
bx
bx1, bx2
Chưa biết b
Chưa biết ax
ax1, ax2
a1, a2
Chưa biết a
Chưa biết c
c1, c2
Chưa biết cx
cx1, cx2
Trang 13
Bài tập 1: Tính tần số của một bức xạ Biết lượng tử năng lượng của ánh sáng
đó bằng 2,86 eV
Giải Tần số của một bức xạ có lượng tử năng lượng bằng 2,86 eV là:
h
34
2,86.1, 6.10
6, 625.10
Theo phương án 2
Trong bài tập cơ bản 1, để tính lượng tử năng lượng ta có thể cho tần số f một cách gián tiếp Tuy nhiên, tùy vào đối tượng học sinh mà chúng ta phát triển giả thiết ở các mức độ khác nhau Ví dụ cho f thông qua và c.
= hf
Bài tập 2: Tính lượng tử năng lượng của ánh sáng có bước sóng 0,434 m Biết
h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s
Giải Lượng tử năng lượng của ánh sáng có bước sóng 0,434 mlà:
= hf =hc = = 26,5.10 (J)
6
6, 625.10 3.10
0, 434.10
20
c Theo phương án 3
Chưa biết
f
Kết luận
Cho
,c
Trang 14Trong bài tập cơ bản 1, thay vì ta yêu cầu học sinh tìm lượng tử năng lượng,
ta có thể phát triển kết luận bằng cách yêu cầu học sinh tìm động lượng
= hf
Bài tập 3: Hãy tính động lượng, khối lượng của phôtôn ứng với tia phóng xạ
có tần số f = 3.1014 MHz Biết h = 6,625.10-34J.s; c = 3.108m/s
Giải Bức xạ có f = 3.1014 MHz = 3.1020 Hz
Năng lượng: = hf = 1,9875.1013J = 1,242 eV
Động lượng: 6,625.10 kg.m/s
c
ε c
hf λ
h
Khối lượng: 2,21.10 kg
c
ε
2 ph
d Theo phương án 4
Trong bài tập cơ bản 1, thay vì ta yêu cầu học sinh tìm lượng tử năng lượng, ta có thể phát triển kết luận bằng cách yêu cầu học sinh tìm công suất bức
xạ của nguồn sáng Bên cạnh đó, ta còn phát triển giả thiết bằng cách cho f không tường minh Nhằm củng cố kiến thức cho học sinh
Bài tập 4: Chiếu lên catốt của một tế bào quang điện một bức xạ có bước sóng 0,421 m thì số photôn đến catốt trong mỗi giây là 2,6.1018 Tính công suất chiếu lên catôt
= hf
Giả thiết
p, m
Chưa biết
f v
Tìm P
Cho ,c
Trang 15Tần số của bức xạ: f = = c = 7,126.1014 Hz
8 6
3.10
0, 421 10 Năng lượng: = hf = h =6,625.10 c -34.7,126.1014 = 47,2.10-20 J
Công suất chiếu lên catôt: P = n = 2,6.1018.47,2.10-20
hc
= 122,74.10-2W = 1,23W
e Theo phương án 5
Trong thực tế có những bài tập tổng hợp khó hơn, chúng ta có thể xuất phát
từ bài tập cơ bản bằng cách vừa hoán vị, vừa phát triển giả thiết và kết luận Tạo
ra bài tập tổng hợp mới khó hơn nhằm củng cố và phát triển tư duy cho học sinh
Bài tập 5
Catôt của một tế bào quang điện có công thoát A = 1,88eV Chiếu lên catôt này một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng thì tốc độ ban đầu cực đại của các êlectron quang điện bằng 4,8.105 m/s Tính bước sóng , hiệu điện thế giữa anôt và catôt của tế bào quang điện để triệt tiêu dòng quang điện với bức xạ đơn sắc có bước sóng
=
hc
Tìm UAK
Uh
Cho A, v0
Trang 16Biết v0 max = 4,8.105 m/s; A = 1,88eV
Áp dụng công thức Anh - xtanh:
= = 1,88.1,6.10-19 +
2
v m A λ
hc e 20max 9,1.10 (4,8.10 )31 5 2
2
= 4,06.10-19J Suy ra λ hc = 6, 625.10 3.1034 8 = 4,895.10-7m
, 0 019
4 6 1
= 0,4895 m Dòng quang điện triệt tiêu: UAK = Uh; UAK < 0 UAK = - Uh
x ma
0 A e.U W
A λ
λ
hc e
1
Uh
Hay UAK = - Uh = - 0,66V
2.3.2 Phát triển BTCB 2
Căn cứ vào lý thuyết về các phương án xây dựng các BTTH từ BTCB, đối với chương “Lượng tử ánh sáng” ta có các hướng phát triển sau:
Theo phương án 1 (PA1)
Căn cứ vào giả thiết và kết luận của BTCB 2, ta có thể hoán vị chúng thành các dạng bài tập sau:
Bài tập 6 Công thoát của kim loại dùng làm catôt là 3,03eV Biết h =
6,625.10-34J.s; c=3.108 m/s; Tính giới hạn quang điện 0
A =
0
hc
Giả thiết Cho A
Kết luận
0