Dạy học bài tập chương lượng tử ánh sáng vật lí lớp 12 ( ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lí

Trong việc dạy học các bộ môn tự nhiên nói chung và dạy học môn vật lýnói riêng, bài tập hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rộng và hoànthiện kiến thức lý thuyết đã học một cá

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

MỤC 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

1 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 kỷnguyên của thời đại bùng nổ thông tin với nền kinh tế tri thức Hòa nhập với xuthế chung về đổi mới của nước ta, ngành Giáo dục và Đào tạo đang tích cực đổimới về mọi mặt Trong Nghị quyết hội nghị lần thứ IV của BCH Trung ươngĐảng khóa VII đã chỉ rõ “ nâng cao chất lượng giáo dục nhằm mục tiêu hìnhthành và phát triển nhân cách XHCN của thế hệ trẻ, đào tạo đội ngũ lao động cóvăn hóa, có kỹ thuật và giàu tính sáng tạo, đồng bộ về ngành nghề, phù hợp vớiphân công lao động của xã hội ” Trước sự phát triển của thế giới, ngành Giáodục Việt nam đang mang trên vai một trọng trách nặng nề, cần có những bướcphát 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 nhânlực, đặc biệt là nguồn nhân lực trình độ cao, chính là sứ mạng của ngành Giáodục và Đào tạo

Trong việc dạy học các bộ môn tự nhiên nói chung và dạy học môn vật lýnói riêng, bài tập hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rộng và hoànthiện kiến thức lý thuyết đã học một cách sinh động có hiệu quả Bài tập có ýnghĩa 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 kiếnthức 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 chưaphát huy được hết vai trò của bài tập vật lý trong việc thực hiện các nhiệm vụdạy học Một phần do đa số giáo viên chỉ giao bài tập ở sách giáo khoa để chohọc 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

áp dụng cũng không linh hoạt, nhất là khi cho bài tập khác dạng thì học sinh lúngtúng không giải quyết được Bên cạnh đó đa số học sinh hiện nay cũng còn thụđộng trong việc học tập của mình, các em chỉ học xoay quanh những gì mà giáoviên đã cung cấp chứ ít chủ động tìm tòi học tập điều mới ngoài thông tin từngười 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 cơbản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý và đề xuất các phương án sử dụng bàitập vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương này nói riêng vàdạy 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 họcvật 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 NguyễnMộng 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 MộngTuân và các truờng THPT thuộc huyện Đông Sơn Thanh Hoá

- Tìm hiểu mục tiêu, nội dung dạy học chương “Lượng tử ánh sáng” Vật

- 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 tậpvật lý ở trường phổ thông

- Xây dựng được hệ thống 5 BTCB chương “Lượng tử ánh sáng”, có hơn 10bài 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 tậpnhằm 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 chứcnăng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp Chính vìvậy, dạy học bài tập vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng Trong chương nàychúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giới thiệu một lý thuyếtmới về dạy học BTVL đang được nghiên cứu, triển khai gần đây nhằm khai tháchiệu quả hơn các chức năng lí luận dạy học của BTVL, đặc biệt là nâng cao tínhchủ 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:

+ 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 làviệc 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 ánkhác 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 quảcủa 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 giảikhác 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 cáimới, cái cũ, Nói cách khác, chúng ta phải mổ xẻ bài tập vừa giải cũng như lờigiải bài tập đó để tìm ra cái mới trong đó

Mặt khác, trong thực tế dạy học học sinh thường gặp nhiều bài tập cùngdạng tuy chúng có thể khác nhau về cách diễn đạt nhưng lại dùng những côngthức, kiến thức giống nhau để lập luận và tìm ra lời giải Nếu như vậy thì sẽkhông hiệu quả khi chúng ta yêu cầu học sinh cứ giải hết bài tập này đến bài tậpkhác trong cùng một dạng, nó vừa mất thời gian, dễ dẫn đến nhàm chán vàkhông phát huy được các đối tượng học sinh khá giỏi Chính vì vậy, cần chọn bàitập điển hình, sau đó thông qua bài tập điển hình nhận xét, đánh giá chỉ ra lời giảicho các bài tập khác

Trong tài liệu tham khảo học sinh thường gặp các bài toán phức tạp mà khigiải 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 vìcác em khó phát hiện trong BTTH mình gặp bao gồm những BTCB nào Thế thìchúng ta hãy xuất phát từ BTCB và biến nó thành BTPH (mở rộng bài tập) Nếulàm được điều này thì khi gặp những BTTH, các bài tập cùng dạng với bài tậpvừa giải học sinh dễ dàng tìm ra lời giải Nói như vậy có nghĩa là thông quaBTCB học sinh nắm được BTTH, thông qua lời giải BTCB học sinh có lời giảiBTTH.

Phát triển BTCB thành BTTH làm cho học sinh không chỉ nắm được mộtbài tập mà thông qua đó nắm được nhiều bài tập nữa, học sinh không những nắmkiến thức một cách chắc chắn và sâu sắc mà còn làm tăng sự hứng thú, năng lựclàm việc độc lập, tích cực nhận thức của học sinh Vì ở đây học sinh vừa cố gắnghoàn thành nhiệm vụ cho mình bằng cách tự đặt ra các đề bài tập Lúc này giáoviên 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 quánhiều và mất thời gian cho công việc này Chúng ta nên phân bố thời gian mộtcách hợp lý để hoàn thành nhiệm vụ hướng dẫn HS giải bài tập, đó là củng cốkiến 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 Vềmặt 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 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:

Phương án 2 Phát triển giả thiết BTCB

Dữ kiện bài toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số bằng phương trình biểudiễn 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 thiếtBTCB là thay giả thiết của bài tập đó bằng một số BTCB khác buộc tìm các đạilượng 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

Phương 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 toántrung gian)

Phương án 4 Đồng thời phát triển giả thiết và kết luận của BTCB (kết hợp

phương án 1 và phương án 2)

Phương án 5 Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị giả thiết

kết luận (kết hợp cả 4 hướng trên)

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

Cho

a, c, x2Tìm b

cx1, cx2

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:

Giả thiết

= hf  f =

h



=

19 34

2,86.1,6.10 6,625.10



 = 0,6907 1015Hz

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  = 34 8 6 6,625.10 3.10 0, 434.10   = 26,5.10 20(J) c Theo phương án 3 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 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

Chưa biết

Cho

,c

Giả thiết

p, m

GiảiBức xạ  có f = 3.1014 MHz = 3.1020 Hz

Năng lượng:  = hf = 1,9875.1013J = 1,242 eV

c

εc

hfλ

Chưa biết

f v



Cho n

Tìm P

Cho ,c

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 lêncatôt này một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng  thì tốc độ ban đầu cực đạicủa các êlectron quang điện bằng 4,8.105 m/s Tính bước sóng , hiệu điện thếgiữa anôt và catôt của tế bào quang điện để triệt tiêu dòng quang điện với bức xạđơn sắc có bước sóng 

= hc



Giải

Biết v0 max = 4,8.105 m/s; A = 1,88eV

Áp dụng công thức Anh - xtanh:

=

2

v m A λ

= 0,4895mDòng quang điện triệt tiêu: UAK = Uh; UAK < 0  UAK = - Uh

x ma 0

d A e.UW

Aλ

Theo phương án 1 (PA1)

Căn cứ vào giả thiết và kết luận của BTCB 2, ta có thể hoán vị chúngthành 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



GiảiGiới hạn quang điện:

0 =

34 8 19

0



Giả thiết Cho A

Kết luận

Bài tập 7 Giới hạn quang điện của Kẽm là 0,36m Giới hạn quang điện của

Natri lớn hơn của Kẽm là 1,4 lần Xác định công thoát của Natri

6,625.10 3.10

39, 43.10 0,504.10





Theo phương án 3

Trong bài tập cơ bản 2, 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 năng ban đầucực đại của electron

Bài tập 8 Một tấm kim loại có giới hạn quang điện là 500nm Chiếu vào tấm

kim loại này một bức xạ có tần số 8,57.1014Hz Tính động năng ban đầu cực đạicủa electron

GiảiCông thoát của electron ra khỏi kim loại là:

6,625.10 3.10 0,5.10



 = 3,975.10-19J Động năng ban đầu cực đại của electron là:

Bài tập 9 Chiếu lần lượt hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 250nm và

2=300nm vào cùng một tấm kim loại thì tốc độ ban đầu cực đại của êlectronquang điện tương ứng là v1 max = 7,305.105 m/s và v2 max = 4,925.105 m/s Cho biết

h = 6,625.10-34 J.s; e = 1,6.10-19C Đặt tấm kim loại đã cho ở trên cô lập về điện,chiếu lên tấm kim loại bức xạ có tần số f thì nó đạt điện thế cực đại bằng 2,5V.Tính tần số f?

Áp dụng công thức Anh - xtanh:

2

v m A λ

hc

2 v m A λ

hc

2 max 2 e 2

2 max 1 e 1

2 max 2 2

max 1

1 λ

1 h 2 v

max 2 2

max 1

1 λ

1 v

v

hc 2 m



 1

2

v m λ hc

hc λ

2 max 1 e

6,625.10 3.10 0,35.10



 = 56,79.10-20J

Tấm kim loại đặt cô lập về điện, khi xuất hiện hiện tuợng quang điện thìtấm kim loại mang điện tích dương và tăng dần Khi đạt hiệu điện thế cực đạithì điện thế cực đại Vmax đóng vai trò như hiệu điện thế hãm Uh trong tế bàoquang điện

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 10 Chiếu lên catôt của một tế bào quang điện một bức xạ đơn sắc có

bước sóng  = 0,4340m Để triệt tiêu dòng quang điện cần hiệu điện thế hãm

Uh = 0,36V Chiếu lên catôt của tế bào quang điện trên đồng thời 2 bức xạ có tần

số f1 = 2.1015Hz và bức xạ có bước sóng 2 = 0,18m Tính hiệu điện thế hãm đểtriệt tiêu dòng quang điện lúc này

GiảiTheo giả thiết:  = 0,4340m; Uh = 0,36V

Theo công thức Anh - xtanh:

x ma 0 dWAλ

c λ

1

1   ; 2 = 0,18m  1 < 2

Để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện thì công cản do hiệu điện thế hãm(Uh) phải cản được êlectron quang điện có động năng lớn nhất

Vì 1 < 2, êlectron có động năng ban đầu cực đại phải do phôtôn trong

chùm bức xạ 1 gây ra, nên: h 1

1

) e(U A λ

Cho  ,Uh

U

f,