khai thác mối quan hệ giữa kiến thức và kỹ năng qua các thao tác thực hành trong học phần thực tập quang học sp140 bài khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu giáo trình thực tập Quang học bài khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp và tìm hiểu yêu cầu về mặt kiến thức, các thao tác t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

KHAI THÁC MỐI QUAN HỆ GIỮA KIẾN THỨC VÀ KỸ NĂNG

QUA CÁC THAO TÁC THỰC HÀNH TRONG HỌC PHẦN THỰC

TẬP QUANG HỌC SP140 BÀI KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG NHIỄU

XẠ ÁNH SÁNG QUA MỘT KHE HẸP

Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ - TIN HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Ths.GVC Nguyễn Hữu Khanh Trần Thị Anh Thư

Mã số SV: 1117566

Lớp: Sư Phạm Vật Lý–Tin Học

Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2014

MỤC LỤC

Phần MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2

3 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 2

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

Phần NỘI DUNG 3

Chương 1: VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TRONG DẠY HỌC 3

1.1 VẬT LÝ LÀ MỘT KHOA HỌC THỰC NGHIỆM 3

1.2 SAI SỐ TRONG THỰC NGHIỆM VẬT LÝ 3

1.2.1 Mục đích của việc tính sai số 3

1.2.2 Cơ sở lý thuyết 3

1.2.3 Phương pháp xác định sai số của phép đo trực tiếp 4

1.2.4 Phương pháp xác định sai số gián tiếp 6

1.2.5 Cách viết kết quả 8

1.2.6 Xử lý số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị 9

1.3 VAI TRÒ THÍ NGHIỆM TRONG HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC 10

1.3.1 Thí nghiệm có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học 10 1.3.2 Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh 12

1.3.3 Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan trong dạy học vật lý 14

1.4 CÁC YÊU CẦU CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 15

1.4.1 Các yêu cầu trong việc đặt kế hoạch thí nghiệm 15

1.4.2 Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm 15

1.4.3 Các yêu cầu đối việc bố trí thí nghiệm 15

1.4.4 Các yêu cầu trong việc tiến hành thí nghiệm 15

1.4.5 Các yêu cầu trong việc xử lý kết quả thí nghiệm 15

Chương 2: ĐÔI NÉT VỀ HỌC PHẦN THỰC TẬP QUANG HỌC SP140 17

2.1 SƠ LƯỢC VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM QUANG HỌC 17

2.2 MỘT SỐ THÔNG TIN VỀ HỌC PHẦN SP140 19

2.3 TỔ CHỨC GIẢNG DẠY HỌC PHẦN THỰC TẬP QUANG HỌC SP140 20

2.4 YÊU CẦU CỦA NGƯỜI HỌC ĐỐI VỚI HỌC PHẦN SP140 20

Chương 3: KHẢO SÁT NỘI DUNG BÀI THỰC HÀNH 21

3.1 KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CỦA BÀI THỰC HÀNH 21

3.1.1 Sơ lược về hiện tượng nhiễu xạ 21

3.1.2 Nhiễu xạ qua một khe hẹp 26

3.2 CÁC THAO TÁC ẨN CHỨA KIẾN THỨC VẬT LÝ 30

3.2.1 Xét bước 1 trong bài thực tập “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe”: Điều chỉnh thẳng hàng tia sáng 30

3.2.2 Xét bước 2 trong bài thực tập “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe”: Tạo

chùm sáng song song đến khe nhiễu xạ 31

3.2.3 Xét bước 3 trong bài thực hành “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe”: Tìm hình ảnh nhiễu xạ qua các khe 32

3.2.4 Xét bước 4 trong bài thực hành “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe”: Chọn hình ảnh nhiễu xạ để đo 33

3.2.5 Xét bước 5 của bài thực hành “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe”: Đo cường độ sáng của các cực đại và cực tiểu 34

3.3 KHẢO SÁT THỰC TẾ NGƯỜI HỌC VỀ Ý NGHĨA THAO TÁC THỰC HÀNH 36

3.3.1 Mẫu phiếu khảo sát bài thực tập quang học “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp” 36

3.3.2 Đối tượng khảo sát 38

3.3.3 Kết quả khảo sát 39

3.3.4 Nhận xét bảng 3.3 39

3.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ YÊU CẦU MONG MUỐN CỦA BÀI THỰC HÀNH 44

3.4.1 Đánh giá kết quả khảo sát 44

3.4.2 Mong muốn của bài thực hành 44

3.4.3 Nguyên nhân 44

3.4.4 Giải pháp khắc phục 45

Phần KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Chương trình đào tạo giáo viên của nhiều quốc gia trên thế giới được xây dựng dựa

trên các phương pháp tiếp cận, đó là: tiếp cận nội dung, tiếp cận mục tiêu và tiếp cận phát triển

- Phương pháp tiếp cận nội dung là phương pháp dựa trên quan điểm cho rằng: “giáo

dục là quá trình truyền thụ nội dung kiến thức” Cho nên chương trình đào tạo được dựa trên một bản phác thảo, liệt kê các nội dung kiến thức mà sinh viên cần tích lũy trong khóa học

- Phương pháp tiếp cận mục tiêu là phương pháp dựa trên quan điểm cho rằng: “quá

trình đào tạo phải đạt được những mục tiêu cụ thể” Từ đó người ta mới hình thành dưới dạng chuẩn đầu ra (kiến thức, kỹ năng và thái độ của người học tại thời điểm kết thúc khóa đào tạo) Dựa vào mục tiêu, người ta mới xác định nội dung đào tạo, phương pháp giảng dạy và phương pháp đánh giá nhằm đạt được mục tiêu đã đề ra

- Phương pháp tiếp cận phát triển là dựa trên quan điểm: “chương trình đào tạo phải

được xây dựng sao cho tạo ra những sản phẩm có thể đương đầu với đòi hỏi của nghề nghiệp không ngừng thay đổi và với một thế giới không ngừng biến động” Qua đó phát triển tối đa mọi năng lực tiềm ẩn của người học, giúp họ làm chủ được tình huống và đương đầu được với những thử thách của cuộc sống một cách linh hoạt và sáng tạo

- Năm 2007 Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành “Quy chế đào tạo đại học và cao đẳng

hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ”, trong đó chương trình giáo dục đại học phải thể hiện được mục tiêu giáo dục đại học, quy định chuẩn kiến thức, kỹ năng, phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục đại học, phương pháp và hình thức đào tạo, cách thức đánh giá kết quả đào tạo đối với mỗi học phần, ngành học, trình độ đào tạo của giáo dục đại học

- Quy chế 43/2007/QĐ-BGD&ĐT là cở sở pháp lý để trường Đại học Cần Thơ

chuyển sang đào tạo theo hệ thống tín chỉ Một trong những yêu cầu của việc đào tạo tín chỉ là “tài liệu học tập” tức là bài giảng, giáo trình các học phần phải đáp ứng đủ các yêu cầu các mục tiêu về kiến thức, kỹ năng và thái độ

- Để thực hiện mục tiêu trên, năm 2010 giáo trình thực tập Quang học SP140 đã

được biên soạn và đưa vào sử dụng Đây là học phần thực hành, việc nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm là một trong những yêu cầu nhằm đáp ứng nhiệm vụ trên Tuy nhiên, học phần thực tập Quang học SP140 là học phần tương đối phức tạp vì nó đòi hỏi nhiều kỹ năng kết hợp trên cơ sở kiến thực cơ bản được trang bị trong học phần SP139 Thực tế khi sinh viên thực hiện học phần này nói chung và bản thân tôi nói riêng cũng từng gặp không ít khó khăn ở một số bài thực tập, đặc biệt đối với bài “Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp” Với tinh thần yêu thích học tập khám phá, tìm hiểu và nghiên cứu để tìm ra phương pháp giúp cho học phần này được thực hiện một cách dễ dàng hơn nên tôi quyết định chọn đề tài: Khai thác mối quan

hệ giữa kiến thức và kỹ năng qua các thao tác thực hành trong học phần Thực tập Quang

học - SP140 bài Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe hẹp làm nội dung nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của tôi

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu giáo trình thực tập Quang học bài khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh

sáng qua một khe hẹp và tìm hiểu yêu cầu về mặt kiến thức, các thao tác thực hành qua các bước tiến hành thí nghiệm Từ đó, chúng ta sẽ thấy được mối quan hệ giữa kiến thức

và kỹ năng mà sinh viên cần phải lĩnh hội được

- Khảo sát sinh viên tham gia học phần SP140 về mức độ lĩnh hội yêu cầu trên từ đó

sẽ có những đánh giá, tìm ra những nguyên nhân và đề xuất mới

3 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu mối quan hệ giữa kiến thức với kỹ năng của bài thực hành Khảo sát hiện

tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp trong giáo trình Thực tập Quang học SP140

- Khảo sát sinh viên đang tham gia học phần SP140 học kỳ I năm học 2014-2015 và

sinh viên đã tích lũy học phần SP140 ở học kỳ II năm học 2013-2014

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Đọc tài liệu

+ Quan sát nhóm sinh viên thực tập Quang học tại phòng thí nghiệm Quang học + Khảo sát ý kiến sinh viên qua phiếu câu hỏi

+ Tổng hợp thông tin

- Phương tiện nghiên cứu:

+ Các dụng cụ, thiết bị dùng trong bài thực tập

+ Phiếu khảo sát

+ Giáo trình, tài liệu, sách tham khảo

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Đề tài được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1 Nhận đề tài và xác định nhiệm vụ cần đạt được của đề tài

Bước 2 Tập hợp tài liệu có liên quan, viết đề cương

Bước 3 Đọc giáo trình và tài liệu có liên quan để tìm hiểu rõ yêu cầu và mối quan hệ giữa kiến thức và thao tác thực hành của bài thực tập trong giáo trình SP140

Bước 4 Lấy ý kiến sinh viên qua phiếu câu hỏi Viết báo cáo, sửa chữa

Bước 5 Báo cáo Luận văn tốt nghiệp

Phần NỘI DUNG Chương 1: VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC

1.1 VẬT LÝ LÀ MỘT KHOA HỌC THỰC NGHIỆM

- Hầu hết các lý thuyết về vật lý như: các định luật Newton, các định luật bảo toàn,

nguyên lý Huygens, nguyên lý bất định Heisenberg, thuyết tương đối hẹp của Einstein v.v… đều được hình thành bằng con đường thực nghiệm, có thể qua quan sát thực tế hoặc

bố trí thí nghiệm thu thập các số liệu rồi từ đó hình thành được đồng thời các lý thuyết mới ra đời phải được thực nghiệm kiểm chứng lại mới có giá trị khoa học Thí dụ: Ête là môi trường đặc biệt truyền ánh sáng trong nguyên lý Huygens nhưng thực nghiệm cho thấy rằng không tồn tại Ête

- Chính vì thế có thể nói Vật lý là một khoa học thực nghiệm Để người học nắm

sâu, nắm vững các kiến thức vật lý thì ứng với mỗi bài học có thí nghiệm thì chúng ta phải làm thí nghiệm để có thể hiểu rõ được vấn đề Bên cạnh đó, từ các thí nghiệm người học sẽ dễ dàng chấp nhận các định luật, định lý, nguyên lý hơn Chính vì vậy, dạy học có thí nghiệm trở thành phương pháp dạy học đặc trưng của dạy học vật lý Song, do nhiều

lý do mà thí nghiệm vật lý đã gần như bị lãng quên trong nhiều thập niên qua, nhất là ở các trường thiếu điều kiện, mặc dù các nhà lý luận dạy học vật lý hết sức coi trọng phương pháp thí nghiệm

1.2 SAI SỐ TRONG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

Sai số trong thí nghiệm vật lý thường là sai số phép đo

1.2.1 Mục đích của việc tính sai số

- Rèn luyện kỹ năng tính giá trị trung bình và sai số của đại lượng vật lí được đo trực tiếp

- Vận dụng thành thạo các phương pháp tính sai số của đại lượng đo gián tiếp

- Từ bảng số liệu thực nghiệm, học sinh cần nắm vững phương pháp xử lí số liệu để tính giá trị trung bình và sai số của đại lượng đo gián tiếp

- Nắm vững và thành thạo quy tắc làm tròn số và viết kết quả đo đại lượng vật lí 1.2.2 Cơ sở lý thuyết

- Phân loại sai số

Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ ta cũng mắc phải sai số Người ta chia thành hai loại sai số như sau:

+ Sai số hệ thống:

Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phương pháp lí thuyết

chưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số hệ thống

thường làm cho kết quả đo lệch về một phía so với giá trị thực của đại lượng cần đo Sai

số hệ thống có thể loại trừ được bằng cách kiểm tra, điều chỉnh lại các dụng cụ đo, hoàn

chỉnh phương pháp lí thuyết đo, hoặc đưa vào các số hiệu chỉnh

+ Sai số ngẫu nhiên:

Sai số ngẫu nhiên sinh ra do nhiều nguyên nhân, ví dụ do hạn chế của giác quan

người làm thí nghiệm, do sự thay đổi ngẫu nhiên không lường trước được của các yếu tố

gây ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả đo lệch về cả hai phía

so với giá trị thực của đại lượng cần đo Sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được Trong

phép đo cần phải đánh giá sai số ngẫu nhiên

1.2.3 Phương pháp xác định sai số của phép đo trực tiếp

- Phương pháp chung xác định giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên

Giả sử đại lượng cần đo A được đo n lần Kết quả đo lần lượt là A1,A2, A n. Đại lượng:

n

A n

A A

A A

n

i i

được gọi là giá trị trung bình của đại lượng A trong n lần đo Số lần đo càng lớn, giá trị

trung bìnhA càng gần với giá trị thực A Các đại lượng:

n

A

A A A

A A A

2 2

1 1

được gọi là sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo riêng lẻ Để đánh giá sai số của phép đo đại

lượng A, người ta dùng sai số toàn phương trung bình Theo lí thuyết xác suất, sai số toàn

phương trung bình là:

 

1 2

và kết quả đo đại lượng A được viết: A A (1.3)

Như vậy, giá trị thực của đại lượng A với một xác suất nhất định sẽ nằm trong khoảng từ





A đến A, nghĩa là:

A -   A A

Khoảng [( A - ),(A )] gọi là khoảng tin cậy Sai số toàn phương trung bình 

chỉ được dùng với các phép đo đòi hỏi độ chính xác cao và số lần đo n lớn Nếu đo đại

lượng A từ 5 đến 10 lần, thì ta dùng sai số tuyệt đối trung bình số học A (sai số ngẫu nhiên) được định nghĩa như sau:

Kết quả đo lúc này được viết dưới dạng: A = A  A (1.5)

Ngoài sai số tuyệt đối, người ta còn sử dụng sai số tỉ đối được định nghĩa như sau:

Kết quả đo được viết như sau: AA 0 (1.7)

Như vậy, cách viết kết quả phép đo trực tiếp như sau:

 Tính giá trị trung bình A theo công thức (1.1)

 Tính các sai số A theo công thức (2.4) hoặc (1.6)

 Kết quả đo được viết như (1.5) hoặc (1.7)

Ví dụ: Đo đường kính viên bi 4 lần, ta có kết quả sau:







Sai số tuyệt đối trung bình tính được là:

d = 0,01mm

4

02,001,001,000,

hợp đó, ta phải dựa vào độ nhạy của dụng cụ để xác định sai số Sai số A thường được

lấy bằng nửa giá trị của độ chia nhỏ nhất của dụng cụ

+ Khi đo các đại lượng điện bằng các dụng cụ chỉ thị kim, sai số được xác định theo cấp chính xác của dụng cụ

Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2 Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện thế thì sai số mắc phải là U 2 0.2004V

Nếu kim chỉ thị vị trí 150 V thì kết quả đo sẽ là: U  150  4V

+ Khi đo các đại lượng điện bằng các đồng hồ đo hiện số, cần phải lựa chọn thang

đo thích hợp

 Nếu các con số hiển thị trên mặt đồng hồ là ổn định (con số cuối cùng bên phải không bị thay đổi) thì sai số của phép đo có thể lấy giá trị bằng tích của cấp chính xác và con số hiển thị

Ví dụ: đồng hồ hiện số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng cụ đo hiện số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V thì có thể lấy sai số dụng

cụ là:

ΔU = 1 218 = 2,180 V

Làm tròn số ta có: U = 218,0 ± 2,2 V

 Nếu các con số cuối cùng không hiển thị ổn định (nhảy số), thì sai số của phép

đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong khi đo

Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số cuối cùng không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số hàng đơn vị không ổn định) Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U = 217 V Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo ΔU = 2n V Do vậy:

U = 217,0 ± 2,2 ± 2 = 217,0 ± 4,2 V

Chú ý:

 Nhiều loại đồng hồ hiện số có độ chính xác cao, do đó sai số phép đo chỉ cần chú

ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên

 Trường hợp tổng quát, sai số của phép đo gồm hai thành phần: sai số ngẫu nhiên với cách tính như trên và sai số hệ thống (do dụng cụ đo)

1.2.4 Phương pháp xác định sai số gián tiếp

1.2.4.1 Phương pháp chung

Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào các đại lượng x, y, z theo hàm số

) ,

dt t g dv t d

v dt v

dh 0sin  0cos.  sin . 0

v0 singt.dtv0 tcos.d sint.dv0

h = v0.sin -gt t v0.t.cos  sint v0

360

2 30 cos 2 2 , 39 2 , 0 2 8 9 30 sin 2

+ Lấy logarit cơ số e của hàm A f(x,y,z)

+ Tính vi phân toàn phần hàm lnA = ln f(x,y,z), sau đó gộp các số hạng có chưa

vi phân của cùng một biến số

+ Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức đứng trước dấu vi phân d và chuyển dấu d

thành  ta có  =

A A

+ Tính A= A 

Ví dụ: Gia tốc trọng trường được xác định bằng biểu thức: g = 2

2 4

T l

2 2 4

) 4 (





- 2

2 ) (

) 4 (

- Sai số tuyệt đối A và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắc trên

- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàng với chữ số

có nghĩa của sai số tuyệt đối

Ví dụ:

Không thể viết m2,837450,0731g

mà phải viết m2,840,07g

hoặc là ta tính 100% 2,464 2,464%

84 , 2

07 ,













Ta có thể viết m(2,842,5.2,84%)g Nếu sai số lấy đến 2 chữ số có nghĩa thì:

m(2,84 0, 07) g

- Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai số ngẫu

nhiên và sai số hệ thống: TP  NN  HT

Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta đo 5 lần, sai

số ngẫu nhiên tính được là d 0,05mm Thước kẹp có độ chính xác 0,02mm thì sai

số toàn phần sẽ là TP 0,050,020,07mm

- Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ hơn sai số hệ thống thì ta bỏ qua sai số ngẫu nhiên đó

(vì không thể đo được kết quả chính xác hơn cả cấp chính xác của dụng cụ đo) Trong trường hợp phép đo chỉ thực hiện một lần thì sai số toàn phần được lấy chính là sai số hệ thống (do dụng cụ đo)

1.2.6 Xử lý số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị

Trong nhiều trường hợp kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị là rất thuận lợi, vì đồ thị có thể cho thấy sự phụ thuộc của một đại lượng y vào đại lượng x nào đó Phương pháp đồ thị thuận tiện để lấy trung bình các kết quả đo

Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta xác định được các cặp giá trị của x và y như sau:















1

1

1

1

y

y

x

x





























n n

n n

y y

x x y

y

x x

2 2 2 2 Muốn biểu diễn hàm y f (x) bằng đồ thị, ta làm như sau: - Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ decac vuông góc Trên trục hoành đặt các giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y tương ứng Chọn tỉ lệ xích hợp lí để đồ thị choán đủ trang giấy - Dựng các dấu chữ thập hoặc các hình chữ nhật có tâm là các điểm A1(x1,y1), ) , ( )

,

( 2 2

2 x y A n x n y n

là 2 x1, 2 y1 , 2 x n, 2 y n Dựng đường bao

sai số chứa các hình chữ nhật hoặc các dấu chữ

thập

- Đường biểu diễn y  f (x) là một đường

cong trơn trong đường bao sai số được vẽ sao

cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật và các

điểm A1,A2 A n nằm trên hoặc phân bố về hai phía của đường cong (hình 1.1)

+ + +

+

+ +

y

y



x



x

0

Hình 1.1 Dựng đồ thị

- Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó bằng

thực nghiệm Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm lân cận để phát hiện ra điểm kì dị

- Dự đoán phương trình đường cong có thể là tuân theo phương trình nào đó:

- Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xác định các hệ

số a, b, …n Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các phương trình này với đường cong thực nghiệm

- Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳng bằng cách

đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa)

- Chú ý: Ngoài hệ trục có tỉ lệ xích chia đều, người ta còn dùng hệ trục có một trục

chia đều, một trục khác có thang chia theo logarit để biểu diễn các hàm mũ, hàm logarit (y = lnx; x

a

y  …)

1.3 VAI TRÒ THÍ NGHIỆM TRONG HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC

1.3.1 Thí nghiệm có thể đƣợc sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kỹ năng mới, củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

1.3.1.1 Ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu

- Ta có thể sử dụng thí nghiệm để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Đặc biệt có hiệu

quả là việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề Do kết quả của thí nghiệm mâu thuẫn với kiến thức đã biết, với kinh nghiệm có sẵn hoặc trái ngược với sự chờ đợi của học sinh nên nó tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh

- Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm

đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành, như thí nghiệm về sự rơi nhanh khác nhau của hai tờ giấy như nhau nhưng một tờ được vò viên, còn tờ kia để nguyên (ảnh hưởng của sức cản không khí lên sự rơi của các vật), thí nghiệm về sự phòng trở lại của quả bóng bàn bị bẹp trong nước nóng ( sự nở vì nhiệt của không khí), thí nghiệm về sự sôi của nước nóng trong một bình kín không phải bằng cách đun nóng nước mà nhờ đổ nước lạnh lên vỏ ngoài bình (sự sôi dưới áp suất thấp), thí nghiệm về sự nhìn thấy hòn sỏi nhỏ dưới đáy cốc nhờ đổ nước vào cốc (hiện tượng khúc xạ ánh sáng)

1.3.1.2 Thí nghiệm có vai trò quan trọng, không gì thay thế được trong giai đoạn

hình thành kiến thức mới

- Nó cung cấp một cách hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hóa

quy nạp, kiểm gia được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới Ví dụ về sự rơi nhanh như nhau của hai vật nặng khác nhau (mẩu bấc, lông chim, cục chì nhỏ) trong ống thủy tinh đã hút hết khí xác nhận giả thuyết về sự ảnh hưởng của sức cản không khí lên sự rơi của các vật; thí nghiệm xác định thời gian rơi t thờ thì kế điện của hòn bi rơi từ các độ cao h khác nhau cho biết

ht2, đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết: sự rơi tự do của các vật chuyển động nhanh dần đều, giả thuyết này được đề xuất dựa trên phép ngoại suy từ trường hợp vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng mà học sinh đã biết từ chuyển động nhanh dần đều

- Trong chương trình vật lý ở trường phổ thông, một số kiến thức được rút ra bằng

phép suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã được xác nhận là chính xác Vì vậy, những kiến thức rút ra này là đúng đắn Tuy nhiên, để thể hiện tính chất thực nghiệm của khoa học vật lý và làm tăng sự tin tưởng của học sinh vào tính chân thực của kiến thức thu được, giáo viên cũng cần tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm lại chúng Ví dụ: thí nghiệm kiểm nghiệm công thức tính độ lớn lực Lorenxơ đã trình bày ở trên, thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật dao động điều hòa của con lắc lò xo ngang x = Asin(t + )

- Ngoài ra, do trình độ toán học của học sinh còn hạn chế, do các thiết bị thí nghiệm

ở trường phổ thông không cho phép tiến hành những thí nghiệm phức tạp, với các phép

đo định lượng chính xác cao hoặc vì thời gian eo hẹp của tiết học nên một số kiến thức không thể xây dựng bằng con đường lý thuyết và cũng không thể xây dựng bằng con đường thực nghiệm Trong những trường hợp này, giáo viên phải đưa ra những kết luận khái quát do các nhà khoa học đã tìm ra, buộc học sinh phải thừa nhận Để giảm tính áp đặt, giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm để minh họa kiến thức đã đưa ra trong một trường hợp cụ thể, đơn giản

Ví dụ: Khi nghiên cứu hiện tượng điện phân ở lớp 11, trong điều kiện của lớp học, khó có thể dựa vào thí nghiệm để thiết lập công thức định lượng của định luật Farađây Giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm minh họa một cách định tính cho học sinh thấy được: khi điện phân dung dịch đồng sunfat thì các ion đồng bám vào điện cực dương trong bình điện phân và lớp đồng tăng dần theo thời gian

1.3.1.3 Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh

- Việc củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh được tiến hành ngay ở mỗi bài học

nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình vật lý phổ thông Quá trình củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh diễn ra không những trong các giờ nội

khóa mà cả trong các giờ học ngoại khóa, ở lớp và ở nhà

- Việc sử dụng các thí nghiệm ở các giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại

nguyên si các thí nghiệm đã làm nhằm nhắc lại những kiến thức cũ mà phải có những yếu

tố mới nhằm đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của học sinh, giúp học sinh thấy

được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này Các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn củng cố có thể được tiến hành với các thiết bị có sẵn ở trường phổ thông, với các đồ chơi có bán trên thị trường hoặc với các dụng cụ có sẵn ở nhà, với các vật liệu dễ kiếm, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản do học sinh tự chế tạo từ những vật liệu này Trong các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn củng cố, thí nghiệm thực hành của học sinh có vai trò nổi bật trong việc củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng của học sinh Cần chú ý rằng: việc tiến hành các thí nghiệm trong giai đoạn củng cố phải được giao cho học sinh dưới dạng những nhiệm vụ

có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ - thức tiễn của học sinh,

chứ không đơn thuần chỉ là sự đòi hỏi hoạt động tay chân đơn giản

1.3.1.4 Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kỹ năng và kiến thức

của học sinh

- Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm

(thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng, quá trình vật lý diễn

ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm…), học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phương pháp, không

những kiến thức mà cả kỹ năng của mình

- Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo

viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau: từ việc

sử dụng thí nghiệm quen thuộc đến việc sử dụng thí nghiệm hoàn toàn mới, từ việc sử dụng thí nghiệm đơn giản đến việc sử dụng thí nghiệm phức tạp, từ thí nghiệm chỉ liên quan tới một mối quan hệ đến thí nghiệm liên quan đến nhiều khái niệm, định luật vật lý, thí nghiệm có thể là thí nghiệm định tính nhưng cũng có thể là thí nghiệm định lượng, học sinh được giao nhiệm vụ chỉ tiến hành một thí nghiệm nhưng cũng có thể được giao nhiệm vụ giải quyết một nhiệm vụ nhận thức mà trong đó thí nghiệm chỉ là một bộ phận của quá trình giải quyết nhiệm vụ này Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bản hướng dẫn chi tiết

cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất cả các giai đoạn thí nghiệm

1.3.2 Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý góp phần quan trọng vào việc phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

1.3.2.1 Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn

luyện kỹ năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh

- Chất lượng kiến thức của học sinh được xem xét theo các dấu hiệu: tính chính xác,

tính khái quát, tính hệ thống, tính bền vững và tính vận dụng được Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý, soạn thảo khái niệm, định luật vật lý, xây dựng các thuyết vật lý, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và

đời sống của những kiến thức đã học nên nó là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh theo các dấu hiệu nêu trên

- Thí nghiệm vật lý góp phần vào việc phát hiện và khắc phục các sai lầm của học

sinh như: thí nghiệm về ảnh của một vật thật (một ngọn lửa nến) qua một thấu kính hội tụ

bị che đi một nửa để gạt bỏ dự đoán sai lầm của học sinh cho rằng chỉ có ảnh của một nửa nến, khẳng định dự đoán đúng: có ảnh của toàn bộ vật, chỉ có độ sáng của ảnh là bị giảm đi; thí nghiệm về sự phân kì của các tia sáng đi qua một thấu kính lồi ghép từ hai mặt đồng hồ và được nhúng ngập vào một cốc nước nhằm khắc phục sai lầm của học sinh cho rằng thấu kính lồi luôn là thấu kính hội tụ

- Do thí nghiệm vật lý là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lý nên trong

mối quan hệ với quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, vượt ra khỏi giới hạn môn vật lý

- Trong các thí nghiệm do mình tự tiến hành, học sinh được rèn luyện các kỹ năng,

kỹ xảo thí nghiệm như: sử dụng các nguồn điện, dụng cụ đo (thước, các loại đồng hồ, cân, lực kế, nhiệt kế, ampe kế ), gia công bảng ghi các giá trị đo, đọc vá lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ thí nghiệm, sơ đồ các mạch điện tương đối đơn giản và được giáo dục các thói quen làm việc khoa học của người làm thí nghiệm như: tuân thủ các giai đoạn của quá thí nghiệm (đặt kế hoạch thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm), tìm hiểu kỹ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm trước khi sử dụng, lắp ráp các bộ phận thành các nhóm, bố trí thí nghiệm sáng sủa và kiểm tra sự hoạt động của hệ thống các dụng cụ đã bố trí trước khi tiến hành thí nghiệm, tuân thủ các quy tắc an toàn và chú ý đảm bảo các điều kiện mà thí nghiệm phải thỏa mãn trong khi tiến hành thí nghiệm, đánh giá phân tích sai số khi xử lý kết quả thí nghiệm

1.3.2.2 Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức

quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

- Trong quá trình thí nghiệm, học sinh phải tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ -

thực tiễn: thiết kế phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập bảng giá trị

đo, lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm (bằng số, bằng đồ thị), tính toán sai số, xác định nguyên nhân (nguyên nhân khách quan, nguyên nhân chủ quan), tìm biện pháp làm giảm sai số Chính vì vậy, thí nghiệm là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh Trong quá trình thí nghiệm, việc bồi dưỡng các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như: năng lực đề xuất giả thuyết, phân tích, mô tả các hiện tượng, quá trình vật lý, tổng hợp các mặt, các khía cạnh trong mối quan hệ với nhau, khái quát hóa thành những kết luận tổng quát nhờ phép quy nạp, đối chiếu các kết luận này với giả thuyết (hoặc hệ quả) đã đề xuất, giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình vật lý, các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của kiến thức đã học Để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, cần tận dụng sử dụng nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm học sinh, trong đó có thí nghiệm nhằm giải quyết các

nhiệm vụ thiết kế- kỹ thuật Cần tránh khuynh hướng sai lầm chỉ chú trọng đến việc rèn luyện kỹ năng thực hiện các thao tác chân tay mà không quan tâm tớ việc bồi dưỡng năng lực hoạt động trí tuệ của học sinh Điều đó dẫn đến kết quả là không phát triển được tư duy vật lý của học sinh, học sinh không hiểu được mối quan hệ giữa thực tế và tư duy, giữa những khái niệm, định luật trừu tượng và những hiện tượng cụ thể quan sát được trong thực tế Khuynh hướng sai lầm này dẫn đến đòi hỏi phải trang bị cho học sinh những thiết bị thí nghiệm, dụng cụ đo lường chính xác, đắt tiền mà nhiều khi học sinh không hiểu nguyên tắc hoạt động của chúng, coi nhẹ những dụng cụ thí nghiệm đơn giản,

dễ kiếm, dễ làm trong cuộc sống hằng ngày mà học sinh lại thấy rõ cấu tạo, hiểu rõ nguyên tắc hoạt động của chúng

- Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ khêu gợi sự hứng thú

nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực quá trình học tập của học sinh

1.3.2.3 Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác

nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

- Các thí nghiệm do các nhóm học sinh tiến hành đòi hỏi sự phân công, phối hợp

những công việc tự lực của học sinh trong tập thể Vì vậy, trong quá trình thí nghiệm đã diễn ra một quá trình bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể Quá trình cùng nhau cố gắng giải quyết những nhiệm vụ đặt ra trong quá trình thí nghiệm có nhiều điểm chung với quá trình làm việc tập thể trong cuộc sống nghề

nghiệp sau này của học sinh

- Trong mối quan hệ với quá trình tự lực xây dựng kiến thức ở các thí nghiệm, học

sinh thu nhận được những quan điểm quan trọng của thế giới quan duy vật, đặt biệt là vai trò của thực tiễn trong việc nhận thức thế giới, có niềm tin dựa trên cơ sở vốn hiểu biết của mình về tính nhận thức được thế giới và về sự tồn tại khách quan của các mối liên hệ

có tính quy luật trong tự nhiên

1.3.3 Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan trong dạy học vật lý

1.3.3.1 Trong tự nhiên và kỹ thuật, rất ít các hiện tượng, quá trình vật lý xảy ra

dưới dạng thuần khiết

Chính nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát đo đạt đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan

hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau Ưu điểm nổi bật của thí nghiệm vật lý có ý nghĩa không chỉ xét nó theo quan điểm của lý luận nhận thức mà cả theo quan điểm của

lý luận dạy học

1.3.3.2 Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu

được những thông tin chân thực về các hiện tượng, quá trình vật lý

- Đặc biệt trong việc nghiên cứu các lĩnh vực của vật lý mà ở đó, đối tượng cần

nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người thì việc sử dụng trong dạy học vật lý các thí nghiệm mô hình (các thí nghiệm được tiến hành trên những

mô hình vật chất thay thế cho đối tượng gốc cần nghiên cứu) để trực quan hóa các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu là không thể thiếu được Các hiện tượng, quá trình vật lý diễn ra trong thí nghiệm mô hình (ví dụ: các thí nghiệm mô hình về cấu tạo từ các hạt của các chất) đơn giản hóa các hiện tượng, quá trình vật lý thực, nhằm cung cấp cho học sinh các biểu tượng về các hiện tượng, quá trình này

- Các thí nghiệm mô hình còn được sử dụng khi nghiên cứu các ứng dụng của vật lý

trong kỹ thuật nhằm giới thiệu nguyên tắc của ứng dụng, nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các máy móc, thiết bị: động cơ nhiệt, động cơ điện, máy phát điện, các dụng cụ quang học

1.4 CÁC YÊU CẦU CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

1.4.1 Các yêu cầu trong việc đặt kế hoạch thí nghiệm:

- Xác định chính xác mục đích của thí nghiệm cần phải tiến hành và chức năng lý

luận dạy học của nó

- Xác định các nhiệm vụ mà học sinh cần phải hoàn thành trong việc chuẩn bị thí

nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm

- Từ mục đích thí nghiệm, lựa chọn phương án thí nghiệm để đảm bảo tính trực

quan, tính an toàn, tính hiệu quả và đảm bảo về thời gian

1.4.2 Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm:

- Tìm hiểu kĩ tính năng của các dụng cụ thí nghiệm được lựa chọn và sử dụng

thành thạo chúng

- Trước giờ học phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ, thử lại các thí nghiệm,

kịp thời thay thế những bộ phận hỏng hóc nếu có

1.4.3 Các yêu cầu đối việc bố trí thí nghiệm:

- Bố trí thí nghiệm phải đảm bảo cho học sinh trong lớp học đều nhìn rõ mọi dụng

cụ, độ lệch kim chỉ của các dụng cụ đo, hiện tượng vật lý xảy ra,

- Thí nghiệm nên bố trí gần bảng để có thể vừa tiến hành thí nghiệm vừa phân tích

cho học sinh và vẽ hình, viết các điều kiện, hiện tượng, số liệu, lên bảng

1.4.4 Các yêu cầu trong việc tiến hành thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần định hướng cho học sinh đâu là trọng

điểm cần tập trung quan sát

- Đối với thí nghiệm định lượng phải lập bảng ghi các giá trị ban đầu và giá trị đo

trước khi tiến hành thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm không được che khuất tầm quan sát của học

sinh

- Thí nghiệm cần lặp lại nhiều lần để thu được kết quả chính xác, tuy nhiên cũng

phải chú ý đảm bảo các điều kiện ban đầu mà thí nghiệm phải thỏa mãn, cũng như thời gian làm thí nghiệm

1.4.5 Các yêu cầu trong việc xử lý kết quả thí nghiệm:

- Việc thu nhận các số liệu thí nghiệm phải trung thực, có thể khái quát hóa và rút ra

kết luận

- Đối với các thí nghiệm định tính cần chú ý các điều kiện ban đầu, biện luận chặt

chẽ, để rút ra kết luận

- Đối với các thí nghiệm định lượng cần lập bảng số liệu, phân tích và xử lý số liệu,

tính sai số, vẽ đồ thị qua đó rút ra kết luận

Chương 2: ĐÔI NÉT VỀ HỌC PHẦN THỰC TẬP

QUANG HỌC SP140

2.1 SƠ LƯỢC VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM QUANG HỌC

- Bộ môn Sư phạm vật lý Khoa sư phạm đào tạo ngành sư phạm vật lý với 3 chuyên

ngành: Sư phạm Vật lý, Sư phạm Vật lý - Tin học, Sư phạm Vật lý – Công nghệ Về cơ

sở vật chất hiện nay, bộ môn Sư phạm Vật lý có 4 phòng thí nghiệm: Phòng thí nghiệm

Cơ – Nhiệt, Phòng thí nghiệm Điện học, Phòng thí nghiệm Quang học và Phòng thí nghiệm Vật lý phổ thông

- Phòng thí nghiệm Quang học được thành lập năm 1998 trên cơ sở được tách ra từ

Phòng thí nghiệm Điện – Quang lúc bấy giờ Hiện nay, Phòng thí nghiệm Quang học được Khoa và bộ môn bố trí ở phòng 102 và 103 nhà học C2

Hình 2.1: Phòng thí nghiệm Quang học – Phòng 102 và 103 – nhà học C2

- Về trang thiết bị thí nghiệm của phòng thí nghiệm Quang học được đầu tư từ

nguồn ngân sách của nhà trường và các Dự án của Bộ Giáo dục và Đào tạo Với nguồn lực trên Phòng có nhiều thiết bị, dụng cụ thí nghiệm mang tính nghiên cứu sâu, phù hợp với yêu cầu đổi mới trong việc đào tạo giáo viên giảng dạy môn Vật lý ở bậc Trung học phổ thông Trang thiết bị thí nghiệm được sản xuất từ các hãng có uy tín trên thế giới thuộc các quốc gia Hoa Kỳ, Đức, Cộng đồng Châu Âu v.v…

- Bên cạnh các trang thiết bị hiện đại, Phòng thí nghiệm Quang học còn kế thừa một

số trang thiết bị lưu lại từ trước năm 1975 Các thiết bị này có một đặc điểm là tính chính xác và độ bền cơ học còn rất cao Đây là ưu điểm đồng thời cũng nói lên tính thương hiệu của các hãng sản xuất từ các quốc gia Hoa Kỳ, Đức

- Phòng thí nghiệm Quang học là nơi làm việc, nghiên cứu khoa học, học tập trao

đổi kinh nghiệm của các giảng viên tổ Quang học trước đây, nay là Tổ Vật lý lý thuyết, còn là nơi sinh viên học tập, tiến hành các bài thí nghiệm trong học phần thực tập Quang học SP140

- Phòng thí nghiệm Quang học được chia thành Phòng làm việc của giảng viên và

Phòng thực hành thí nghiệm

- Phòng làm việc của giáo viên là nơi giảng viên đến làm việc, nghiên cứu khoa

học, hướng dẫn sinh viên làm luận văn, là nơi để sinh viên liên hệ với các giảng viên Quang học

Hình 2.2: Phòng làm việc của giảng viên

- Phòng thực hành thí nghiệm là nơi làm việc của các giảng viên tổ Quang học trước

đây, nay là Tổ Vật lý lý thuyết Ngoài những bộ thí nghiệm về Quang học mang tính nâng cao được các dự án cung cấp, Phòng thí nghiệm Quang học cũng là nơi diễn ra các quá trình học tập, thực hành, thực tập thí nghiệm của sinh viên khi học học phần SP140

và cũng là nơi để sinh viên thực hiện các đề tài tốt nghiệp hoặc nghiên cứu khoa học

Hình 2.3: Phòng thực tập thí nghiệm

Hình 2.4: Một góc làm việc của giảng viên trong phòng thí nghiệm

- Ngoài học phần SP140, Phòng thí nghiệm Quang học còn đảm nhận dạy học phần

SP096 SP096 là học phần Vật lý đại cương dành cho các sinh viên ngành Sư phạm Hóa

và Sư phạm Sinh

2.2 MỘT SỐ THÔNG TIN VỀ HỌC PHẦN SP140

- Thực tập quang học là một học phần thực hành bắt buộc trong chương trình đào

tạo ngành sư phạm vật lý, được thiết kế một tín chỉ, có mã số học phần là SP140 Sau khi học xong, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn về kiến thức Quang học, làm cơ sở vững chắc cho việc giảng dạy tại trường trung học phổ thông sau này Sinh viên sẽ chủ động trong việc truyền thụ kiến thức cho học sinh với nhiều cách khác nhau theo các phương pháp giảng dạy mang tính đặc thù của môn học

- Sinh viên có thể sử dụng các thí nghiệm Quang học trong tiết dạy của mình hoặc

có thể bố trí cho học sinh tiến hành thực hành, thực tập, làm thí nghiệm để nắm vững, hiểu rõ kiến thức theo yêu cầu của bài học

- Với số lượng là một tín chỉ, nội dung học phần thực tập Quang học – SP40 được

thiết kế 6 bài:

+ Bài 1: Tiêu trắc

+ Bài 2: Xác định chiết suất của lăng kính bằng giác kế

+ Bài 3: Khảo sát quang phổ

+ Bài 4: Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp

+ Bài 5: Định luật Lambert

+ Bài 6: Phân cực ánh sáng

- Qua học phần này, ngoài việc giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về kiến thức Quang

học, còn rèn luyện cho sinh viên phải đạt được kỹ năng thực hành thí nghiệm nhằm phục

vụ cho việc giảng dạy sau này khi trở thành người giáo viên thực sự Chính vì thế, tài liệu

sẽ được trình bày dưới hình thức thực hiện từng thao tác, theo một quy trình nhất định, trên cơ sở phải nắm vững kiến thức Vật lý nói chung, Quang học nói riêng

2.3 TỔ CHỨC GIẢNG DẠY HỌC PHẦN THỰC TẬP QUANG HỌC SP140

- Học phần SP140 được tổ chức giảng dạy trong cả 2 học kỳ và được đăng ký trực

tuyến theo hướng dẫn của Phòng Đào tạo

- Điều kiện tham gia học phần SP140 là sinh viên phải tích lũy xong học phần

SP139 Học phần SP139 là học phần Quang học được xem là điều kiện tiên quyết của học phần SP140

- Học phần được thực hiện theo thời khóa biểu của trường Sinh viên sẽ tiến hành

thực tập trong 6 tuần Tuần thứ 7 sẽ tổ chức thi kiểm tra hết học phần

- Khi sinh viên tham dự kiểm tra học phần, giáo viên chú trọng về thực hành, yêu

cầu sinh viên phải biết thực hành, phải biết vận hành, đo đạc và nắm lý thuyết một cách vững chắc

- Một học kì có 15 tuần học cho nên giảng viên đề nghị nhà trường xếp nhóm thực

tập theo 2 đợt: đợt 1 bắt đầu từ tuần 1 đến tuần 7; đợt 2 bắt đầu từ tuần 8 đến tuần 15 Ngoài ra, sinh viên có nhu cầu làm thêm thí nghiệm, giảng viên sẽ sắp xếp lịch vào những buổi mà giảng viên có mặt tại phòng thí nghiệm Quang học

2.4 YÊU CẦU CỦA NGƯỜI HỌC ĐỐI VỚI HỌC PHẦN SP140

- Sau khi hoàn thành học phần này, sinh viên sẽ được củng cố vững chắc những

kiến thức vật lý nói chung kiến thức về Quang học nói riêng

- Sinh viên mong muốn mình có kỹ năng , kinh nghiệm để thực hiện các thí nghiệm

Vật lý, không những chỉ với học phần này mà còn các học phần thực tập khác nữa

Muốn như thế thì sinh viên cần phải xác định lại nhiệm vụ của chính bản thân mình trong quá trình học tập và thực hiện một cách tự giác:

- Nghiên cứu và nắm lại một cách vững chắc về kiến thức Quang học có liên quan đến nội dung các bài thí nghiệm Đây là một yêu cầu cơ bản nhất Muốn thế sinh viên phải đọc lại giáo trình, tài liệu về mặt lý thuyết

- Nghiên cứu và biết sử dụng các dụng cụ, thiết bị đo được dùng trong các bài thí

nghiệm

- Phải làm được thí nghiệm, lắp ráp các sơ đồ thí nghiệm và vận hành thí nghiệm

phải thành công ngay

- Hình thành cách thức dạy học bằng thí nghiệm vào việc giảng dạy sau này của

sinh viên khi trở thành giáo viên thật sự

Chương 3: KHẢO SÁT NỘI DUNG BÀI THỰC HÀNH

3.1 KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CỦA BÀI THỰC HÀNH

3.1.1 Sơ lược về hiện tượng nhiễu xạ

Trong quang hình học ở môi trường đồng tính, ánh sáng sẽ truyền thẳng Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng điều đó không phải bao giờ cũng đúng Ta xét ví dụ sau đây: Dùng kim khâu đâm thủng một lỗ O trên một tấm bìa và rọi vào đó một chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn S qua thấu kính L (Hình 3.1) Theo định luật truyền thẳng của ánh sáng thì ta chỉ quan sát được ánh sáng trong hình nón OAB do các tia sáng đi qua mép thấu kính tạo nên Tuy nhiên nếu ta đặt mắt tại điểm M ở ngoài và ngay cả khá xa hình nón này vẫn nhận được ánh

sáng từ lỗ O

Điều đó chứng tỏ ánh sáng đã

truyền vào miền bóng tối hình học,

tức là không tuân theo định luật

truyền thẳng

Hình 3.1: Nhiễu xạ qua một lỗ tròn

Trong ví dụ trên, màn chắn có lỗ O là vật cản đóng vai trò phân bố lại cường độ sáng trên màn quan sát

Hiện tượng quan sát được ở trên là ví dụ về hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Vậy nhiễu

xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng lệch khỏi phương truyền thẳng trong môi trường đồng tính khi gặp vật cản

Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng có thể được giải thích định tính bằng nguyên lí Huygens

Tuy nhiên nguyên lí Huygens chưa cho biết cường độ sáng trên màn đặt sau vật cản

sẽ được phân bố như thế nào Ðể giải quyết vấn đề này Fresnel bổ sung nguyên lí giao thoa vào nguyên lí Huygens và lập nên nguyên lí Huygens-Fresnel Ðó là nguyên lí cơ bản của quang học sóng

3.1.1.1 Nguyên lí Huygens- Fresnel

Nội dung nguyên lí đó như sau: Có

thể thay nguồn sáng điểm S0 bằng một

mặt kín phát sáng  bao quanh S0 Mỗi

điểm trên mặt  được xem là các nguồn

ảo d phát sóng cầu thứ cấp, chúng là

những sóng kết hợp, có thể giao thoa với

nhau Hình 3.2: Mặt sóng cầu 

Như vậy để tìm cường độ ( hay biên độ) của sóng tổng hợp tại điểm P ở ngoài mặt 

ta không cần chú ý đến S0 mà chỉ cần dùng các nguồn ảo thứ cấp d phân bố trên mặt 

(Hình 3.2)

Nếu dao động xảy ra do nguồn nguyên tố d ở tại điểm M được biểu diễn bởi biểu thức: (3.1)

Trong đó: R=S0.M và là bước sóng của nguồn S0 thì dao động này truyên đến P sẽ

có dạng:  (3.2)

Trong đó r = MP, k là hệ số phụ thuộc vào bước sóng và phụ thuộc vào  và ’ tạo nên bởi pháp tuyến ngoải N của d tại điểm M với phương của sóng tới S0M và sóng nhiễu xạ MP Khi  và ’ càng lớn thì k càng nhỏ

Khi ’= thì k=0

Khi =’=0 thì k=kmax

Tuy vậy Fresnel vẫn chưa tìm được biểu thức giải tích của k

Bởi vì các nguồn thứ cấp d là những nguồn kết hợp, cho nên dao động tổng hợp tại điểm P sẽ bằng tổng tất cả những dao động thứ cấp dEP, tức là:

∫  ∫ * +  (3.3)

Mặt  được chọn hoàn toàn tùy ý vì vậy đối vơi mỗi bài toán cụ thể ta nên chọn mặt

 sao cho bài toán là dễ giải nhất Nếu mặt  trùng với đầu sóng truyền đi từ S0 thì tất cả các nguồn d sẽ cùng pha Nếu chọn  khác đi thì các nguồn d sẽ khác nhau nhưng các nguồn này vẫn là các nguồn kết hợp

Như vậy nguyên lí Huyghen-Fresnel cho phép nghiên cứu cường độ của sóng tổng hợp theo các phương khác nhau trong trường hợp sóng ánh sáng truyền tự do (truyền thẳng) cũng như khi gặp vật cản (nhiễu xạ)

Tuy nhiên việc giải trực tiếp bài toán này khá phức tạp vì rằng biên độ và pha ban đầu của các sóng thứ cấp phụ thuộc vào sự phân bố các nguồn nguyên tố d đối với điểm

P Ðể thay cho những tính toán phức tạp, Fresnel đưa ra phương pháp chia mặt không phải thành những diện tích d bé tuỳ ý, mà thành những đới với điều kiện đặc biệt và được gọi là phương pháp đới Fresnel

3.1.1.2 Phương pháp đới cầu Fresnel

Cách chia đới

Ta hãy xét tác dụng của sóng ánh

sáng phát ra từ S0 gây ra tại một điểm P

nào đó Theo nguyên lí

Huygens-Fresnel ta thay nguồn S0 bằng mặt đầu

sóng  phát ra từ điểm S0 (mặt cầu tâm

S0P cắt mặt cầu  tại M0 (Hình 3.3) Fresnel chia đới cầu như sau: Lấy tâm P làm tâm vẽ các hình cầu có bán kính lần lượt là:

Trước hết ta hãy tính bán kính của các

đới cầu và từ đó chứng minh rằng theo

cách chia đới cầu Fresnel thì diện tích của

mỗi đới cầu đều bằng nhau

Giả sử tính bán kính ngoài Sk = Mk.Hk

(Hình 3.4) của đới thứ k Đặt Mk.Hk =hk là

độ cao của chỏm cầu M0MkM’k, Hk là

chân của đường vuông góc hạ từ Mk

(3.6) Vậy bán kính của các đới cầu tỉ lệ với căn bậc hai của các số nguyên liên tiếp

Ta thử tính bán kính của đới cầu thứ nhất Giả sử R=r0=1m; =0.5m thì 1 =0.5mm; nghĩa là bán kính của đới thứ nhất rất bé

Bây giờ ta tính diện tích của mỗi đới cầu Diện tích của chỏm cầu M0MkM’k như đã biết bằng 2Rh1 Vì vậy diện tích của chỏm cầu thứ k theo (3.6) là:

Sk = 2Rhk = k

(3.7) Diện tích của đới cầu thứ k bằng:

∆Sk = Ss – Sk-1 = 

(3.8) Hình 3.6

Hình 3.4: Đới cầu thứ k