góp ý môn Vật lý (SKKN)

Lý do: dùng đèn mW thì học sinh làm sao thấy được tính chất khuếch đại tuyến tính vì các bóng đèn này có quán tính nhiệt, không thể hiện được tính biến thiên tức thời của tín hiệu và cũn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỤC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-Quách Tuấn Ngọc Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008

Kính gửi:

Đồng kính gửi:

Bộ Giáo dục và Đào tạo

- Vụ Giáo dục Trung học

- Nhà Xuất bản Giáo dục Nhóm tác giả sách Vật lý 11 và 12 nâng cao

GÓP Ý SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ

Lớp 11 và 12 nâng cao

Đây là bản góp ý được biên soạn lần thứ hai, sau khi tôi nhận được phúc đáp của nhóm tác giả cho bản góp ý lần thứ nhất viết vào tháng 7/2008 Sau khi xem bản phúc đáp, tôi thấy nhóm tác giả đã tiếp thu sửa chữa một số lỗi như lỗi chính tả, lỗi kí hiệu … Một số lỗi thuộc nội dung

cơ bản thì tôi thấy chưa sửa Nay xin tổng hợp lại để góp ý lần nữa

Tôi xin góp ý trực tiếp vào các bài vật lý bán dẫn, dao động sóng

cơ, âm thanh, sóng điện từ, là lĩnh vực chuyên sâu của tôi

Sách giáo khoa Vật lý nâng cao lớp 11

Hình 23.10 và hình 23.11: Cần vẽ lớp hàng rào ở giữa lớp tiếp giáp p-n Khi phân cực thuận, lớp hàng rào này mỏng đi Khi phân cực ngược, lớp hàng rào này rộng ra nên sẽ ngăn cản các điện tử “bay” qua Chỉ những hạt có năng lượng đủ lớn mới bay qua được, tạo nên dòng điện phân cực ngược rất bé

Hình 23.12 cần vẽ thêm phần đồ thị dốc ngược khi phân cực ngược quá cao, trong đó có loại điốt Zener có đường thẳng đứng được dùng làm điốt ổn áp

Hình 24.2 để minh hoạ dễ hiểu, cần bổ sung hình tín hiệu vào là hình sin thì đầu ra, hình tín hiệu là các nửa chu kì dương của hình sin

Phần điốt cần bổ sung loại điốt ổn áp Zener Nên có hình ảnh về các loại điốt lớn bé khác nhau: Bé là điốt tách sóng, rồi lớn nhất là điốt công suất lớn

Hình 24.7 cần vẽ thêm mạch khếch đại tải Rtải thuần điện trở, vẽ đường tải và bổ sung khái niệm điểm công tác Q để khuếch đại Dùng đường tải vẽ trên đáp ứng von-ampe để giải thích tính chất khuếch đại

Cần bổ sung kiến thức (trang 123): Bóng bán dẫn có hai chế độ làm việc:

- Khuếch đại tuyến tính: Tín hiệu ra có dạng sóng tương tự dạng sóng đầu vào, chỉ khác nhau về biên độ, góc pha

- Chế độ khoá, vai trò hoạt động như cái công tắc Đó là mạch xung

số biểu diễn các đại lượng digital tương ứng giá trị số là 0 và 1 Trong thời đại CNTT, khái niệm này cần phải học vì đây chính là nền tảng hoạt động của máy tính số hiện nay

Phần này SGK viết còn khó hiểu, học sinh chưa thể hiểu nổi khuếch đại là gì, đèn bán dẫn khuếch đại ra sao Ngay tôi đọc cũng thấy còn khó hiểu và khó vận dụng thực tế do SGK thiếu các thí dụ đơn giản

mà dễ hiểu

Tôi có bài viết riêng về việc dùng máy tính PC làm dao động ký điện tử và máy phát sóng tín hiệu Như vậy học sinh có thể học các bài thí

nghiệm một cách trực quan sinh động và rất rẻ tiền.

Trang 128: Bài thí nghiệm khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn dùng dao động kí Không nên dùng máy phát sóng về tần số 50 Hz,

mà nên vẽ mạch thí nghiệm dùng biến áp điện xoay chiều 220V xuống 3V, 4,5V

Nên vẽ luôn mạch chỉnh lưu xoay chiều dùng điốt với biến áp điện lưới 50 Hz Trực quan, dễ hiểu sau đó bổ sung thêm linh kiện tụ lọc (tụ hoá) để thuyết minh hoạt động phóng nạp của tụ

Trang 130: Hình vẽ mạch khuếch đại: Cần đặt tên cho các điện trở

là R1, R2 và R3 (Rtải), tụ C1 và thêm tụ C2 ở đầu ra Cả hai nên biểu diễn là

tụ hoá Cần thuyết minh tại sao giá trị của R2 và R3 lại là 150 kΩ và 3 kΩ Tại sao R1 lại là 5 kΩ ? Đường nối điện trở nối R1 này tại sao lại vẽ ngoằn nghèo vậy ? Cần vẽ lại cho thẳng Khoá K1 và K2 để ở phần đất là không đúng Cần để ở phía trên

Tôi đã từng góp ý mạch 25.7 bài thí nghiệm khuếch đại dùng bóng đèn chỉ thị là không chính xác, không dùng được Lý do: dùng đèn mW thì học sinh làm sao thấy được tính chất khuếch đại (tuyến tính) vì các bóng đèn này có quán tính nhiệt, không thể hiện được tính biến thiên tức thời của tín hiệu và cũng không thể bảo vì đèn đầu ra sáng hơn đèn đầu vào nối với cực bazơ mà bảo là có tính khuếch đại Thêm nữa, dòng qua bazơ rất nhỏ, không thể hiện qua bóng đèn mW được Lúc thuyết minh dùng điện trở 100-200 kΩ có công suất 1W là không đúng, do quá thừa công suất chịu đựng Tụ điện khi mắc mạch khuếch đại âm tần phải ghi rõ

và vẽ là tụ hoá 1-10 μF

Phần hướng dẫn quan sát các bóng đèn là không khả thi (trang 132): quan sát đại lượng gì ? ánh sáng ? làm sao học sinh ghi vào báo cáo

Nhìn chung, SGK không giải thích cơ chế khuếch đại tuyến tính

nên học sinh sẽ không thể hiểu và không thể điều chỉnh nếu mua đèn bán dẫn bất kì về làm thí nghiệm

Tôi xin nêu khái niệm khuếch đại như sau: Khuếch đại là dùng một nguồn năng lượng nhỏ để điều khiển một nguồn năng lượng lớn.

Khuếch đại tuyến tính là tín hiệu ra có dạng sóng tỉ lệ thuận với tín hiệu vào: đầu vào là hình sin thì đầu ra cũng là hình sin, có biên độ lớn hơn

Góp ý chung:

- Nên dùng các phần mềm vẽ mạch điện tử chuyên dụng để vẽ mạch điện tử cũng như nên khai thác các mạch điện tử cơ bản để giảng bài

- Nên đánh tên linh kiện trong các mạch thí nghiệm điện tử khi nói

về nguyên lý Giá trị riêng của các linh kiện phụ thuộc nhiều vào mẫu bóng bán dẫn làm thí nghiệm, vì vậy cũng nên cho cả tên loại bóng bán dẫn sẵn có trên thị trường để tham khảo Nguyên lý tính toán giá trị các linh kiện R, C

Sách giáo khoa Vật lý nâng cao lớp 12

Tôi tạm dịch đoạn sách vật lý sau khi nói về âm học:

http://en.wikipedia.org/wiki/Acoustics

Âm học (acoustic) là khoa học nghiên cứu về âm thanh, siêu âm, hạ

âm, nói chung là các sóng cơ học trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Thính giác (Hearing) là một bộ phận chính của thế giới động vật và tiếng nói (Speech) là một trong những nét đặc biệt nhất của sự tiến hoá con người.

Nghiên cứu âm học xoay quanh các vấn đề về tạo âm, truyền và nhận (cảm nhận) các sóng dao động cơ học.

Sóng cơ có sóng dọc, sóng ngang và sóng mặt.

Người ta đã liệt kê ra có 16 lĩnh vực nghiên cứu âm học:

Physical acoustics Biological acoustics Acoustical engineering

• Aeroacoustics

• General linear

acoustics

• Nonlinear

acoustics

• Structural

acoustics and

vibration

• Underwater sound

• Bioacoustics

• Musical acoustics

• Physiological acoustics

• Psychoacoustics

• Speech communication

(production;

perception; processing and communication systems)

• Acoustic measurements and instrumentation

• Acoustic signal processing

• Architectural acoustics

• Environmental acoustics

• Transduction

• Ultrasonics

• Room Acoustics

Một trong nghiên cứu âm học là đặc trưng tần số Theo kinh nghiệm, người ta chia ra các âm "higher pitched" hoặc "lower pitched",

là âm có tính tuần hoàn nhiều hay ít.

Cả dải phổ âm học được chia ra làm 3 miền: âm thanh nghe thấy, siêu âm và hạ âm Âm thanh là các âm tai người nghe được, nằm trong phạm vi tần số 20-20000 Hz Siêu âm có bước sóng ngắn, thường được ứng dụng trong y học để soi ảnh thai nhi, soi ảnh tim gan… Hạ âm thường được ứng dụng nghiên cứu như về động đất.

Một số kiến thức cơ bản có liên quan:

Tất cả các tín hiệu theo thời gian x(t) đều có tính chất biểu diễn

theo tần số Phép biến đổi Fourier minh chứng điều đó

Đồ thị biểu diễn tín hiệu theo tần số được gọi là phổ tần số

(frequency spectrum) Có thể thuyết minh đơn giản cho học sinh hiểu là hàm x(t) = sinωot = sin(2πfot) nên ta có thể biểu diễn, vẽ tín hiệu theo t mà cũng có thể vẽ tín hiệu theo tần số f Sâu sắc hơn thì phải có kiến thức toán: các hàm sin(nωot) và cos(nωot) là các hàm trực giao, độc lập tuyến tính nên có thể dùng làm các trục biểu diễn trong không gian n chiều

Có thể tóm tắt định lý Fourier như sau:

Nếu x(t) là tín hiệu bất kì, ta có tích phân Fourier X(ω) = X(2πf) với đồ thị vẽ theo f liên tục

∫

∞

∞

−

−

= x t e dt f

X( ) ( ). j2 πft

Nếu x(t) là hàm liên tục, tuần hoàn với chu kì là T o thì x(t) có thể biểu diễn là tổ hợp tuyến tính của các dao động điều hoà sin và cos có tần

số là n.2π/To=nFo Fo là tần số dao động cơ bản, hay còn gọi là pitch Khi

đó ta nói nó có phổ vạch Các vạch tần số nωo=n2πfo trong điện tử được

gọi là hài bậc n (Thí dụ mạch tạo dao động đa hài trong SGK công nghệ)

x(t) = ∑∞

=

ω +

ω

0 n

o n

o

n cos n t b sin n t a

Công thức trên được gọi là chuỗi Fourier.

an, bn hoặc cn

0 F o 2F o 3F o 4F o 5F o NF o f Dải tần F max

Hình 1 Phổ vạch và dải tần

Tại sao ta lại cần quan tâm đến kiến thức chuỗi Fourier ở đây ?

Đó là vì tín hiệu tiếng nói và tín hiệu âm nhạc đa phần là hàm tuần

hoàn, chu kì To Tiếng nói cũng có loại không tuần hoàn, thí dụ các phụ

âm vô thanh

Tôi không có ý định nói là sẽ đề nghị học sinh phải học chuỗi

Fourier mà cái chính tôi muốn nói đến khái niệm về pitch = tần số dao động cơ bản Trong khi trục tần số có thể kéo dài gấp bội lần Fo,đến tận khoảng Fmax=NFo thì người ta gọi đó là dải tần tín hiệu hay dải phổ Thành phần tín hiệu có tần số > Fmax được coi như có năng lượng bằng 0

Khi nói tai người có thể nghe từ 20 đến 20000 Hz là nói đến dải tần nghe thấy (là khía cạnh sinh lý) chứ không phải là pitch

Còn khi nói tiếng nói điện thoại có dải phổ 200-3500 Hz, nghĩa là Fmax=3500 Hz

Chỉ khi tín hiệu là điều hoà (hình sin) thì tần số dao động cơ bản = tần số (phổ) tín hiệu Đây có lẽ là nguyên nhân dẫn đến sự hiểu không hết

về khái niệm tần số

Những kiến thức này sẽ lý giải được các thuyết trình dưới đây

-Sau đây là một số ý kiến cụ thể:

Phần dao động âm thanh có khá nhiều thuyết minh không

chuẩn, cần chỉnh lại.

Trang 31 có thuyết

minh 5 Đồ thị (li độ).

Không nên dùng khái niệm li độ Có lẽ tác giả viết đoạn này muốn dùng khái niệm li độ

(displacement) là thuật ngữ mô tả độ lệch của con lắc hay lò xo ?

Nên dùng khái niệm tín hiệu âm thanh x(t) hoặc dùng thuật ngữ đồ thị là thuật ngữ phổ dụng từ lâu

nay

Trang 91 SGK viết:

3 Nhạc âm và tạp âm

Hình 17.3 cho ta đồ thị

của dao động âm phát

ra từ các nhạc cụ mà ta

quan sát được trên màn

hình dao động ký điện

tử Hình 17.4 là đồ thị

dao động của một tiếng

gõ mạnh trên tấm kim

loại

Ta nhận thấy âm do các

nhạc cụ phát ra thì

nghe êm ái, dễ chịu và

đồ thị dao động của

chúng có đặc điểm

chung là những đường

cong tuần hoàn có tần

số xác định Chúng

được gọi là nhạc âm

Âm thanh là dao động cơ mà tai người nghe thấy, cảm nhận thấy SGK chỉ chú trọng vào nhạc âm, âm phát ra từ nhạc cụ Như vậy là không đúng và không đủ

Thực tế, âm thanh có thể gồm các loại:

- Tiếng nói (Speech, human voice) của con

người Tiếng kêu của động vật cũng có cấu trúc tương tự

- Âm nhạc (Music): Âm phát ra từ các nhạc cụ (Về chủ quan, cái gì êm tai thì người ta mới giữ lại làm nhạc cụ ?)

- Tạp âm: (unwanted sound, noise) là những

âm không mong muốn nghe thấy Nghiên cứu tạp âm cũng khá phức tạp vì có nhiều loại tập âm

Không nên dùng khái niệm đường cong ở đây Nên

nói là đồ thị tín hiệu x(t) có dạng tuần hoàn …

hay nói là hàm x(t) là hàm tuần hoàn Câu này các sách toán đã dùng nhiều Đồ thị x(t) không có vẻ

“cong” thuần tuý chút nào

Tín hiệu tiếng nói có tính tuần hoàn: Cần thuyết minh cơ cấu phát âm của con người để biết có hai

loại âm: hữu thanh và vô thanh Đó là do tiếng nói

con người được tạo ra từ luồng không khí đi qua đôi dây thanh ở cuống họng Nếu đôi thanh rung với tần

số Fo, tần số dao động cơ bản, thì ta có âm hữu

thanh, có pitch, nghe êm tai Nếu đôi dây thanh

không rung, thì ta có âm vô thanh Thí dụ âm sờ ở cuối cùng khi phát âm English sẽ cho âm xát, phổ trắng (đường phổ phủ đều)

Còn tiếng gõ tấm kim

loại nghe chối tai, gây

cảm giác khó chịu, đồ

thị của chúng là những

đường cong không tuần

hoàn, không có tần số

xác định Chúng được

gọi là tạp âm

Tiếng gõ kim loại có thể chói tai có thể là do tần số cao, biên độ xung lực mạnh Nên làm thí nghiệm kiểm chứng trước

Theo tôi hiểu, SGK khi nói đến dao động có tần số xác định hay không xác định là đang muốn nói đến

tần số dao động cơ bản, pitch,

chứ không phải là tần số frequency chung, là dải tần chiếm đến Fmax (Xem hình vẽ)

Phần này cần cho học sinh làm thí nghiệm rất đơn giản để hiểu các loại âm thanh, xem dạng sóng trên máy tính mà không mất tiền mua thiết bị thí nghiệm

Sau đây chúng ta chỉ

nghiên cứu những nhạc

âm

Đúng ra là sau đây chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu các âm dao động tuần hoàn gồm tiếng nói, âm nhạc ?

Xin làm rõ

Hình 17.3 và Hình 17.4 Hai hình này được các tác giả tự vẽ, không sát thực

tế Các tác giả cần lấy tín hiệu trên dao động ký

thực tế để minh hoạ, không cần vẽ tượng trưng, khó

hiểu và không chính xác

Cụ thể là tín hiệu của nhạc cụ nào, nốt nào ?

Thí nghiệm minh hoạ nguyên âm A (của Quách Tuấn Ngọc)

Tín hiệu của nguyên âm A, có pitch=tần số dao động cơ bản Fo xấp xỉ bằng

100 Hz, do To ≈ 10 ms Trong một chu kỳ dao động To, mọi người còn quan sát thấy các dao động có tần số khác nữa, thường được gọi là các tần số formant

Song dải phổ của tín hiệu này lên đến khoảng 3900 Hz Điều đặc biệt, quý vị

có thể quan sát hiệu ứng phổ vạch, nhất là trong khoảng tần số 500-1500 Hz Khoảng cách 2 vạch phổ chính là tFo=100Hz (Hãy đếm số vạch trong khoảng

từ 0 đến 1000 Hz) Năng lượng tín hiệu quá 4000 Hz có thể coi như bằng 0

Trang 92 SGK.

4 Những đặc trưng

của âm.

Khi sóng âm tác dụng

vào tai ta thì mỗi đặc

trưng vật lý của âm

(tần số, cường độ âm,

mức cường độ âm, đồ

thị dao động) gây ra

một loại cảm giác

riêng, gọi là đặc trưng

sinh lý

Việc này phải phân ra hai loại âm khi nghiên cứu: đơn âm (âm có 1 tần số dao động) và hợp âm (âm tổ hợp nhiều tần số khác nhau)

Tai người nghe được với cảm giác khác nhau là liên qua đến tần số (nếu là đơn âm), hoặc nói rộng ra liên quan đến phổ tín hiệu (hợp âm từ nhiều tần số) Nếu tín hiệu là tuần hoàn thì tổ hợp tần số của các tần số dao động là bội lần tần số cơ bản Fo=1/To, sách gọi

các tần số này là hoạ âm (harmonic ?) bậc n Ngành điện tử gọi là sóng hài bậc n.

(tần số, cường độ âm, mức cường độ âm, đồ thị dao động) nên viết lại là: (tần số, cường độ âm, mức cường độ âm, phổ tần số)

Cái mà sách nói là dạng đồ thị dao động làm cho học

sinh không hiểu được nó là cái gì mà khác nhau ? mà khác nhau cái gì mà lại tạo ra âm sắc ?

Chỉ khi dùng khái niệm vạch phổ nói trên sẽ giải thích dễ dàng hơn

a) Độ cao của âm

Ta đã biết…

Ta đã biết ở đâu ?

Hãy dùng khái niệm tần số (dao động cơ bản) để mô

tả các nốt nhạc

Vẽ trục tần số và cách phân loại các nốt nhạc

Thiếu đặc tính Trường

độ âm thanh

Thiếu Trường độ, là thời gian kéo dài dao động Trường độ cũng ảnh hưởng đến cảm nhận âm thanh

Trang 92:

• Tiếng nói con người có

tần số trong khoảng từ

200 đến 1000 Hz.

Sai

Phải viết là: Tiếng nói có phổ tín hiệu nằm trong dải từ 300 đến 3500 Hz, đủ đảm bảo chất lượng khi

truyền qua điện thoại

Tiếng nói có dải phổ cao hơn, có thể đến 7000 Hz nếu thu âm chất lượng cao (ca sĩ hát chẳng hạn)

Tuy nhiên có thể SGK đang muốn nói đến pitch, chứ

không phải nói đến dải tần Vì vậy có thể viết lại là:

Tiếng nói con người có tần số dao động cơ bản trong khoảng từ 100 đến 600 Hz.

Chỗ này có thể thuyết minh thêm về Fo của nam, nữ

và trẻ em là khác nhau, thuyết minh về giọng hát của các ca sĩ cao thấp theo Fo

Trang 93: Âm sắc Con người cảm nhận được âm sắc là do cấu trúc

Vì thế sóng âm tác

dụng vào màng nhĩ của

tai, làm cho màng nhĩ

dao động theo những

kiểu khác nhau Do đó

ta nghe thấy các âm đó

có sắc thái khác nhau

Âm sắc khác nhau khi

dạng đồ thị dao động

của âm khác nhau

phổ tín hiệu, tương quan giữa các vạch phổ khác

nhau và cảm nhận được quá trình quá độ khi tạo âm thanh

Cùng một nốt nhạc nhưng tạo ra từ các nhạc cũ khác nhau, tương quan giữa các vạch phổ khác nhau sẽ tạo

ra cảm nhận khác nhau

Một nhạc cụ có sắc thái riêng còn có thể do cách gẩy,

gõ, kéo, luyến, láy, rung… còn có thể do các thành phần tần số khác tần số cơ bản gây ra

Thí nghiệm minh hoạ

Tín hiệu âm nhạc: một nốt đàn violon, To=1,65 ms, Fo=609 Hz

Phổ của tín hiệu trên là:

Rõ ràng là khi nhìn tín hiệu theo thời gian, rất khó nói gì thêm Song hãy xem phổ của tín hiệu trên thì thấy nhiều thông tin bổ ích là:

- Phổ vạch, tương ứng với tín hiệu thời gian là tín hiệu tuần hoàn (Chuỗi Fourier)

- Vạch đầu tiên là 610 Hz, là tần số dao động cơ bản

- Dễ dàng nhìn thấy các hoạ âm là các vạch có tần số n lần 610 Hz

- Độ cao thấp khác nhau giữa các vạch hoạ âm, hay là đường bao của phổ,

sẽ quyết định âm sắc của nốt nhạc này

- Năng lượng tín hiệu coi như bằng 0 khi tần số phổ >= 4500 Hz