Thiết kế, chế tạo và lắp ráp một số dụng cụ thí nghiệm phần quang học thpt

IV- Giả thuyết khoa học: Nếu chúng ta thiết kế, chế tạo và lắp ráp đ-ợc các thí nghiệm giáo khoa vật lý nói chung và các thí nghiệm giáo khoa vật lý phần quang học nói riêng thì không n

Lời cảm ơn

Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Lạc - cán bộ giảng dạy của khoa Vật Lý tr-ờng Đại học Vinh đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới bố mẹ, ng-ời thân cũng nh- bạn

bè đã tạo điều kiện thuận lợi cho em từng b-ớc hoàn thiện đề tài

Luận văn vừa làm xong chắc còn có nhiều chỗ sai sót, những chỗ ch-a sâu, vì thế em rất biết ơn những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của thầy giáo phản biện, các thầy giáo, cô giáo trong tổ bộ môn Ph-ơng pháp của khoa Vật lý cũng nh- những ai quan tâm đến đề tài này, để cho luận văn ngày càng đạt chất l-ợng tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hiếu

Lớp 41A khoa Vật Lý

môc lôc

Phần mở đầu I- Lý do chọn đề tài:

Vật lý học là bộ môn khoa học thực nghiệm nên khi dạy học bộ môn này ng-ời giáo viên cần phải coi trọng ph-ơng pháp thực nghiệm Thí nghiệm giáo khoa vật lý là một loại ph-ơng tiện không thể thiếu trong việc dạy học vật lý bằng ph-ơng pháp thực nghiệm Nó là một trong những ph-ơng tiện quan trọng nhất để kiểm tra hệ quả lôgíc của giả thuyết, từ đó dẫn đến sự công nhận hay loại bỏ giả thuyết đã đ-ợc đặt ra

ở n-ớc ngoài,nhờ điều kiện kinh tế và khoa học - công nghệ phát triển cao nên việc thiết kế, chế tạo và lắp ráp các thiết bị thí nghiệm trở nên dễ dàng Vì thế, ng-ời giáo viên sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học trở thành điều hiển nhiên

ở n-ớc ta, tr-ớc đây, vì điều kiện khoa học - công nghệ còn lạc hậu nên hầu hết các thiết bị thí nghiệm đều phải nhập từ n-ớc ngoài với giá thành th-ờng rất cao, nên ở các tr-ờng trung học phổ thông chỉ đ-ợc trang bị thiết bị thí nghiệm một vài lần, vì thế thiết bị thí nghiệm ở các tr-ờng trung học phổ thông hoặc là bị mất hoặc là đã bị h- hỏng nên hầu nh- không đ-ợc

sử dụng Do đó, trong một khoảng thời gian dài hầu hết giáo viên vật lý chúng ta đều dạy chay (dạy không có thí nghiệm) Trong những năm gần

đây, đ-ợc sự quan tâm đặc biệt của Đảng và Chính phủ, ngành Giáo dục &

Đào tạo đã đ-ợc đầu t- một cách đáng kể Chính vì vậy các ngành khoa học thực nghiệm nói chung và ngành vật lý nói riêng đã đ-ợc cung cấp một l-ợng thiết bị thí nghiệm khá hơn tr-ớc đây

Tuy nhiên,vẫn còn ít các trung học tr-ờng phổ thông có đầy đủ các thiết bị thí nghiệm Vì thế sự sáng tạo của ng-ời giáo viên để tự thiêt kế, chế tạo và lắp ráp nên các thiết bị thí nghiệm vẫn là một việc làm đang rất cần thiết trong điều kiện hiện nay Hơn nữa, sự sáng tạo của ng-ời giáo viên

không những bù đắp các thí nghiệm còn thiếu mà còn làm đa dạng các loại thí nghiệm giáo khoa vật lý hiện có

ở đây, em vì điều kiện thời gian cũng nh- trình độ hạn chế nên chỉ có dịp quan tâm đến các thí nghiệm phần quang học ở trung học phổ thông mà thôi Đặc điểm của phần quang học là nhiều thí nghiệm quen thuộc đã có thể thực hiện đ-ợc ở các tr-ờng phổ thông hiện nay Vì thế,trong khuôn khổ đề tài này, em chủ yếu chỉ làm đa dạng thêm các loại thiết bị thí nghiệm và

đóng góp vào đó một vài thiết bị thí nghiệm t-ơng đối mới mẻ ở các tr-ờng phổ thông mà thôi

II- Mục đích nghiên cứu:

Lập ph-ơng án thiết kế, chế tạo và lắp ráp các thiết bị thí nghiệm phần quang học vật lý phổ thông nhằm nâng cao hiệu quả trong việc dạy của giáo viên,từ đó nâng cao chất l-ợng học tập của học sinh

III- Khách thể và đối t-ợng nghiên cứu:

III.1 Đối t-ợng nghiên cứu:

- Thí nghiệm giáo khoa vật lý

- Các ph-ơng án xây dựng thí nghiệm giáo khoa vật lý

III.2- Khách thể nghiên cứu:

Các ph-ơng tiện dạy học vật lý

IV- Giả thuyết khoa học:

Nếu chúng ta thiết kế, chế tạo và lắp ráp đ-ợc các thí nghiệm giáo khoa vật lý nói chung và các thí nghiệm giáo khoa vật lý phần quang học nói riêng thì không những tạo điều kiện cho giáo viên thực hiện bài dạy một cách dễ dàng hơn mà còn giúp cho học sinh hiểu đ-ợc sâu sắc bản chất của tri thức vật lý, đồng thời tạo cho các em sự tin t-ởng hơn vào các tri thức đó

V- Nhiệm vụ nghiên cứu:

V.1 Tìm hiểu thí nghiệm giáo khoa vật lý

V.2 Tìm hiểu các ph-ơng án xây dựng các thí nghiệm giáo khoa vật lý phần quang học ở trung học phổ thông

V.3 Chế tạo, lắp ráp một vài dụng cụ thí nghiệm mà ở các tr-ờng phổ thông còn thiếu

V.4 Tiến thành thực hiện các thí nghiệm ở trên các dụng cụ đã đ-ợc chế tạo

VI Ph-ơng pháp nghiên cứu:

VI.1 Nghiên cứu lý thuyết:

Đọc sách giáo khoa vật lý 12, đọc các tài liệu về thí nghiệm , từ đó đề

ra ph-ơng án thiết kế, chế tạo, lắp ráp thiết bị thí nghiệm

VI.2 Nghiên cứu thực nghiệm:

Từ các dụng cụ chế tạo đ-ợc,ta tiến hành các thí nghiệm ở trên đó để tính toán kết quả (chiết suất chất lỏng, b-ớc sóng ánh sáng)

Ch-ơng 1:

Thí nghiệm giáo khoa vật lý

1.1 Khái niệm thí nghiệm giáo khoa vật lý

Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con ng-ời vào các đối t-ợng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác

động, tac có thể thu nhận tri thức mới (Sách ph-ơng pháp dạy học Vật Lý ở tr-ờng phổ thông Nguyễn Đức Thâm chủ biên, NXB đại học s- phạm)

Thí nghiệm giáo khoa Vật Lý là thí nghiệm vật lý đ-ợc thực hiện trong các tr-ờng phổ thông

1.2 Vai trò của thí nghiệm giáo khoa vật lý trong dạy học

Môn học vật lý là một trong những bộ môn có tính chất thực nghiệm vì nội dung của nó gắn bó chặt chẽ với các sự kiện thực tế và có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, đời sống và kỹ thuật Do đó thí nghiệm là ph-ơng tiện rất quan trọng, có tác dụng to lớn đến việc nâng cao chất l-ợng lĩnh hội tri thức của học sinh Ta sẽ xem xét vai trò và tác dụng của thí nghiệm cũng nh- cách sử dụng từng loại thí nghiệm trong daỵ học vật lý theo những quan

điểm mới nhất

1.2.1 Vai trò và tác dụng của thí nghiệm giáo khoa về vật lý

Nhiều tài liệu trình bày cách nhìn nhận vai trò và tác dụng của thí nghiệm giáo khoa về vật lý ở những góc độ khác nhau ở đây tác giả không

đi quá thực tiễn về các mặt đó, nh-ng muốn đề cập một cách có sự so sánh giữa các quan niệm tr-ớc đây với các quan điểm mới nhất

1.2.1.1 Thí nghiệm là ph-ơng tiện của hoạt động nhận thức trong dạy học vật lý:

- Tr-ớc hết thí nghiệm là ph-ơng tiện trực quan quan trọng nhất trong dạy học vật lý Với chức năng này, thí nghiệm là một dạng đại diện của thực

tiễn (th-ờng là đơn giản hơn sự kiện thực tiễn mà nó đại diện, nh-ng lại bộc

lộ nét đặc tr-ng của sự kiện một cách rõ rệt hơn) Do đó chức năng trực quan của thí nghiệm giáo khoa vật lý nhiều lúc có tác dụng hơn cả sự kiện thực

Với chức năng trực quan, thí nghiệm giáo khoa vật lý giúp cho học sinh hình thành và rèn luyện đ-ợc kỹ năng quan sát, mô tả và giải thích sự kiện rất có hiệu quả Thông th-ờng muốn quan sát một sự kiện nào đó thì phải xác định mục đích quan sát và định h-ớng cho học sinh đạt đ-ợc mục

đích đó, tránh sự tản mạn, lạc h-ớng do những thông tin gây nhiễu Thí nghiệm chứa ít yếu tốt gây nhiễu hơn sự kiện thực tiễn nên dễ đạt đ-ợc điều

đó Tr-ớc đây ng-ời ta rất coi trọng chi tiết này, nên th-ờng yêu cầu bố trí và lắp ráp các thí nghiệm sao cho đơn giản nhất; hoặc tìm cách che khuất các chi tiết phụ có thể gây nhiễu khi quan sát Từ vài chục năm lại đây, ng-ời ta vẫn thừa nhận -u điểm đó của thí nghiệm giáo khoa vật lý Nh-ng mặt khác ng-ời ta cho rằng ngoài cái lợi làm cho tiến tình dạy học đ-ợc gọn nhẹ, dễ thành công, thì ta lại gặp cái hại lớn khác Đó là làm tầm th-ờng hoá hoạt

động quan sát Nếu trong dạy học vật lý, học sinh chỉ đ-ợc tiếp xúc với đại diện đơn điệu của sự kiện thực tiễn (thí nghiệm) không thôi thì họ sẽ khó đạt

đ-ợc kết quả cao khi trực tiếp làm việc với thực tiễn Từ đó ng-ời ta cho rằng không nên quá lạm dụng điều đó, không nên chỉ nhằm vào việc đơn giản hoá các sự kiện thực tiễn Trong những điều kiện cho phép, nên để cho học sinh tiếp xúc với cả các tình tiết phức tạp, có thể gây nhiễu trong việc quan sát để

họ đ-ợc thử thách một cách thực sự ở những mức độ ngày càng gay go, ngày càng khó khăn hơn Hai quan niệm này gắn với hai tiến trình qui nạp: qui nạp cổ điển (qui nạp ngây thơ) và quy nạp khoa học

Đối với các hoạt động mô tả và giải thích các sự kiện thực tiễn thông qua việc quan sát đại diện của nó (thí nghiệm) ta cũng gặp hai quan điểm t-ơng tự nh- trên đây Vì vậy, trong sự hạn hẹp của không gian và thời gian dạy học ở nhà tr-ờng, ta không thể rời bỏ đ-ợc sự đơn giản hoá các biểu hiện rất phức tạp của các sự kiện thực tế và ta không thể từ chối việc sử dụng

tiến trình quy nạp cổ điển Nh-ng do sự đòi hỏi của mục tiêu đào tạo những thế hệ trẻ thành những ng-ời hành động trong thực tiễn cho nên phải cố gắng

đến mức cao nhất để học sinh đ-ợc trực tiếp quan sát, mô tả và giải thích sự kiện đích thực đang xẩy ra trong thực tiễn và vận dụng tiến trình qui nạp khoa học nh- đã xẩy ra trong lịch sử nghiên cứu vật lý học

Với vai trò là đại diện của thực tiễn và do đó với chức năng là ph-ơng tiện trực quan trong dạy học, thí nghiệm giáo khoa vật lý còn có tác dụng to lớn trong tiến trình nhận thức thực tiễn Hoạt động phán đoán th-ờng mang

đến những kết quả có tính mới mẻ, tính cách mạng trong khoa học nói chung, trong vật lý học nói riêng Đối với học sinh, việc rèn luyện trong phán đoán có căn cứ khoa học là một yêu cầu rất quan trọng Đó là sự rèn luyện để có đ-ợc tính sáng tạo trong hoạt động học tập lúc còn ở trên ghế nhà tr-ờng và chuẩn bị cho hoạt động thực tiễn mai sau Đối chiếu với sơ đồ hoạt động hiện thực, hoạt động phán đoán chính là một trong những khâu

đột phá, là nơi đề xuất giả thuyết khoa học - là tiền tri thức lý thuyết để nhận thức thực tiễn Thí nghiệm giáo khoa là ph-ơng tiện giúp học sinh rèn luyện

để có kỹ năng phán đoán khoa học

Tiếp theo, thí nghiệm giáo khoa là nguồn tri thức Sau khi thông qua ph-ơng tiện trực quan là thí nghiệm giáo khoa vật lý để giúp học sinh quan sát, mô tả, giải thích và đề xuất giả thuyết khoa học thì hoạt động kiểm tra

đánh giá và hoàn thiện giả thuyết (nếu nó đ-ợc công nhận) xây dựng nên tri thức lý thuyết là khâu tiếp theo ở hoạt động này thí nghiệm có vai trò đặc biệt, theo quan niệm của lý thuyết qui nạp cổ điển thì thí nghiệm là nguồn cung cấp tri thức Tức là từ các số liệu đo đạc đ-ợc ở thí nghiệm, kết hợp với t- duy lôgic và biến đổi toán học ta có thể khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết, hoàn thiện nó và khái quát hoá thành tri thức lý thuyết phản ánh thực tiễn mà thí nghiệm là đại diện

Trong tr-ờng hợp này thí nghiệm đ-ợc sử dụng theo khuôn khổ là ph-ơng pháp thí nghiệm (hay ph-ơng pháp thực nghiệm) Các b-ớc hành

động ở đây mang tính chất của hoạt động khai thác, khám phá tri thức Tri thức coi nh- là cái có sẵn, ẩn tàng trong thí nghiệm Tuy nhiên đây là cách hiểu theo ngôn từ thông th-ờng, còn trong vật lý học, khi cần thiết thì phải

có sự thảo luận chi tiết hơn

Theo quan niệm của chủ thuyết qui nạp khoa học thì thí nghiệm không phải là nguồn tri thức mà là thực tiễn kiểm định, là sự minh hoạ cho sự

đúng đắn của các hệ quả đ-ợc suy ra từ giả thuyết Nh- vậy theo quan niệm này thì giả thuyết tốt (là giả thuyết có khả năng giải thích và tiên đoán sự tồn tại và phát triển của sự kiện thực tiễn) đã đ-ợc chấp nhận để vận dụng vào thực tiễn và nhờ đó mà rút ra đ-ợc các hệ quả Nếu các hệ quả đ-ợc các thí nghiệm chấp nhận là hợp lý thì ta có thể khái quát hoá rằng giả thuyết cũng

đ-ợc coi là đúng đắn và nó sẽ đ-ợc hoàn thiện, đ-ợc xây dựng nên tri thức lý thuyết phản ánh sự kiện đang đ-ợc nghiên cứu - đó là sự qui nạp khoa học Ng-ời ra cho rằng các hành động ở đây là những thao tác xây dựng tri thức (chứ không phải là khám phá hay khai thác tri thức) Nói cách khác ở đây ng-ời ta coi tri thức không phải là cái có sẵn trong thực tiễn mà tri thức là cái đ-ợc con ng-ời xây dựng nên để phản ánh thực tiễn Trong dạy học vật

lý, ng-ời ta cho rằng ở các lớp cuối bậc học phổ thông, nên tăng c-ờng sử dụng thí nghiệm giáo khoa theo quan niệm này Bởi vì ở đây vai trò của t- duy suy diễn và t- duy qui nạp đ-ợc gắn chặt chẽ với nhau và trình độ học sinh ở cuối cấp 3 đã khá cao, khả năng t- duy suy diễn đã đạt đ-ợc ở trình

độ cao Còn ở bậc trung học cơ sở (cấp 2) thì chủ yếu nên sử dụng thí nghiệm giáo khoa vật lý theo quan điểm qui nạp cổ điển Bởi vì ở bậc học này, nhất là các lớp 6 và 7, t- duy trực quan, t- duy cụ thể đang chiếm -u thế Mặt khác các sự kiện vật lý đ-ợc xét đến ở đây cũng còn rất đơn giản Tuy nhiên ngay ở bậc trung học cơ sở cũng phải chú ý đến cả quan điểm qui nạp khoa học khi sử dụng thí nghiệm Có nh- thế mới quán triệt đ-ợc tinh thần và đặc điểm của nội dung và ph-ơng pháp nghiên cứu của vật lý học vào việc dạy học vật lý

Cuối cùng, thí nghiệm giáo khoa vật lý đóng vai trò thực tiễn cho việc vận dụng, củng cố và mở rộng kiến thức của học sinh trong dạy học vật lý, việc khắc sâu và củng cố tri thức và kỹ năng là một b-ớc bắt buộc Yêu cầu

mở rộng và vận dụng tri thức và kỹ năng vật lý cũng là một trong những hoạt

động vừa giúp cho việc củng cố, vừa giúp cho việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp và h-ớng nghiệp cho học sinh

Với t- cách là đại diện của thực tiễn (thực tiễn trong sự t- duy, trong

sự nhận thức), thí nghiệm là cơ sở để củng cố niềm tin của học sinh đối với tri thức đã đ-ợc xây dựng, nhất là tri thức đã đ-ợc hình thành nên nhờ ph-ơng pháp lý thuyết Bản thân tri thức vật lý th-ờng có tính trừu t-ợng cao, nếu tri thức đ-ợc xây dựng bằng ph-ơng pháp lý thuyết thì tính trừu t-ợng lại càng cao, do đó học sinh càng khó ghi nhớ Vì vậy ngoài tác dụng tạo đ-ợc niềm tin cho học sinh về sự đúng đắn của tri thức, thí nghiệm giáo khoa còn có ý nghĩa to lớn đối với việc tạo ấn t-ợng mạnh mẽ và nhờ đó giúp học sinh dễ ghi nhớ và nhớ lâu, hiểu sâu kiến thức đã học Thí nghiệm giáo khoa vật lý với t- cách là mảnh đất thực tiễn của tri thức sẽ giúp học sinh nhận ra tính hữu ích, hữu dụng, khả năng cải biến thế giới tự nhiên của

nó, nhờ đó mà kích thích hứng thú học vật lý, xây dựng những tình cảm yêu thích bộ môn vật lý Nếu thí nghiệm đ-ợc tổ chức cho học sinh sử dụng d-ới dạng các bài tập thực hành, các bài học có định h-ớng thiết kế trong nhóm câu lạc bộ kỹ thụât thì sẽ còn có tác dụng rất lớn cả về mặt hình thành và rèn luyện những năng lực thực hành nh- thiết kế, chế tạo và lắp ráp thí nghiệm,

đo đạc và xử lý số liệu Đây là những hoạt động có tính sáng tạo và có ý nghĩa thực tiễn to lớn mà dạy học vật lý có nhiệm vụ phải thực hiện

Tóm lại, với vai trò là ph-ơng tiện của hoạt động nhận thức, thí nghiệm giáo khoa về vật lý có thể đ-ợc sử dụng ở mọi giai đoạn của quá trình nhận thức nh- công thức mà Lê Nin đã nêu ra và có vai trò to lớn trong việc hình thành và phát triển năng lực t- duy và kỹ năng thực hành cho học

sinh trong quá trình đó Sau đây ta sẽ xem xét khả năng sử dụng thí nghiệm trong các giai đoạn của quá trình dạy học vật lý:

1.2.1.2 Thí nghiệm trong các chức năng lý luận dạy học:

Quá trình dạy học có những chức năng sau:

- Củng cố trình độ xuất phát về tri thức và kỹ năng cho học sinh

- Xây dựng tri thức và kỹ năng mới

- Ôn luyện, củng cố và khắc sâu tri thức và kỹ năng

- Tổng kết và hệ thống hoá tri thức

- Kiểm tra và đánh giá trình độ tri thức và kỹ năng của học sinh

Các chức năng này th-ờng đ-ợc gọi là các chức năng lý luận dạy học Chúng đ-ợc thực hiện một cách đan xen và phối hợp với nhau trong quá trình dạy học Nếu coi một tiết lên lớp là một quá trình dạy học cơ sở thì ta

sẽ gặp những tiết học chỉ có một chức năng (tiết học đơn năng), những tiết học có nhiều chức năng (tiết học đa chức năng) Trong các tiết học đa năng

sẽ có một chức năng nào đó nổi trội hơn các chức năng khác ở đây ta chỉ xem xét đến vai trò của thí nghiệm và khả năng sử dụng nó trong việc thực hiện các chức năng lý luận dạy học của các quá trình dạy học

Đối với chức năng củng cố trình độ xuất phát về tri thức và kỹ năng cho học sinh trong quá trình dạy học vật lý, các thí nghiệm giáo khoa ngắn gọn có thể có ý nghĩa rất thiết thực Trong tr-ờng hợp giáo viên biểu diễn thí nghiệm thì có thể yêu cầu học sinh tập vận dụng kiến thức để giải thích các kết quả và cả tiến trình thí nghiệm Khi giao cho học sinh tiến hành thí nghiệm thì có thể giúp cho học sinh ôn luyện một số kỹ năng thực hành, đặc biệt đối với những kỹ năng phức tạp thì nên thông qua đó để giúp học sinh hoàn thiện chúng từng b-ớc

Trong chức năng xây dựng tri thức mới, thí nghiệm giáo khoa đ-ợc sử dụng rất rộng rãi và có tác dụng rất to lớn mà ta đã có dịp trình bày ở mục trên Bởi vì việc xây dựng tri thức mới là một trong những hoạt động có tác dụng nhận thức, và nh- đã nói ở mục trên, ở đó, thí nghiệm có ỹ nghĩa nh-

là nguồn tri thức, là ph-ơng tiện có ý nghĩa trực quan và cũng là ph-ơng tiện có ý nghĩa kiểm tra tính đúng đắn của tri thức Để thực hiện chức năng này, thí nghiệm có thể đ-ợc thực hiện d-ới hình thức giáo viên biểu diễn hoặc học sinh thực tập

Đối với chức năng ôn luyện, củng cố và khắc sâu kiến thức, kỹ năng

và đối với chức năng tổng kết hệ thống hoá tri thức trong quá trình dạy học vật lý, thí nghiệm giáo khoa có vai trò là đại diện thực tiễn để kiểm nghiệm nh- b-ớc "trở về với thực tiễn" trong nhận thức ở đây thí nghiệm học sinh ở dạng thực hành và những bài tập thí nghiệm, những thí nghiệm học sinh ở nhà rất đáng đ-ợc l-u ý một cách đặc biệt

Để thực hiện chức năng kiểm tra và đánh giá trình độ và chất l-ợng tri thức và kỹ năng thực hành của học sinh, ta có thể sử dụng thí nghiệm giáo khoa vật lý một cách rộng rãi Các chức năng này rất có hiệu quả trong việc kiểm tra, đánh giá tri thức và kỹ năng từng ch-ơng, từng phần hoặc trong thi

cử, tuyển sinh Tuy nhiên hiện nay trong kiểm tra đánh giá, ng-ời ta ch-a quan tâm đến việc sử dụng các thí nghiệm Các kỹ năng thực hành và kỹ năng t- duy ch-a đ-ợc gắn với nhau trong hoạt động nói chung và trong

đánh giá kết quả học tập của học sinh nói riêng Đây là điều trái với mục tiêu dạy học các bộ môn khoa học thực nghiệm, trong đó có bộ môn vật lý Do

đó cần phải có biện pháp khắc phục thiếu sót này Trong số các biện pháp

ấy, bao giờ ta cũng thấy sự cố gắng và sáng tạo của giáo viên là điều rất quan trọng

Tóm lại, thí nghiệm giáo khoa về vật lý có thể đ-ợc sử dụng một cách rộng rãi ở tất cả các chức năng lý luận dạy học Mỗi thí nghiệm có thể đ-ợc

sử dụng nhiều lần, ở nhiều chức năng khác nhau ở các n-ớc tiên tiến nhờ những thuận lợi về cơ sở vật chất, cấu trúc tr-ờng học theo kiểu phòng bộ môn, và về những điều kiện khác, nên thí nghiệm đ-ợc sử dụng rất nhiều trong dạy học Và nhờ vậy mà chất l-ợng dạy học vật lý đ-ợc nâng lên rõ rệt

về mọi mặt

1.2.1.3 Thí nghiệm trong việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học vật lý: Các nhiệm vụ của bộ môn vật lý gồm:

- Vũ trang cho học sinh tri thức và kỹ năng về vật lý

- Hình thành và phát triển năng lực nhận thức cho học sinh

- Giáo dục nhân cách ng-ời lao động cho học sinh

- Giáo dục kỹ thuật tổng hợp và h-ớng nghiệp cho học sinh

Trong mục này ta sẽ đề cập đến vai trò và tác dụng của thí nghiệm giáo khoa vật lý với t- cách là một ph-ơng tiện dạy học đối với việc thực hiện các nhiệm vụ ấy

+ Đối với nhiệm vụ vũ trang cho học sinh hệ thống tri thức và kỹ năng cơ bản về vật lý, thí nghiệm là một ph-ơng tiện dạy học rất có ý nghĩa Bởi vì, thí nghiệm đ-ợc sử dụng trong mọi giai đoạn của quá trình hoạt động nhận thức Nó là ph-ơng tiện làm đại diện cho thực tiễn đ-ợc quan sát, để từ

đó có cơ sở xây dựng nên những tri thức giả định,thí nghiệm cũng là ph-ơng tiện để kiểm tra và hoàn thiện những giả định đó Cuối cùng thí nghiệm

đóng vai trò là tiêu chuẩn của thực tiễn đối với sự phản ánh của lý thuyết Trong dạy học vật lý, thí nghiệm giáo khoa cũng có vai trò t-ơng tự Giáo viên cần l-u ý một điều là phải tổ chức cho học sinh sử dụng thí nghiệm, chứ không phải chỉ một mình giáo viên sử dụng thí nghiệm Mặt khác nên chú trọng cả việc hình thành và phát triển năng lực thực hành lẫn năng lực t- duy trí tuệ cho học sinh trong sự gắn với quá trình xây dựng tri thức vật lý, vận dụng tri thức để giải quyết những yêu cầu thực tiễn Nh- vậy thí nghiệm có thể coi là ph-ơng tiện để xây dựng tri thức lý thuyết, theo quan điểm quy nạp khoa học Th-ờng thì đối với học sinh ở cuối bậc phổ thông, ta nên chú trọng đến quan điểm này Đối với học sinh ở bậc đầu phổ thông, thí nghiệm

có thể đ-ợc dùng theo quan điểm qui nạp đổ điển nhiều hơn là theo quan

điểm qui nạp khoa học (đã trình bày ở phần tr-ớc)

Điều thứ hai cần l-u ý đến là hệ thống các thao tác t- duy và hệ thống các kỹ năng thực hành mà ta đã đề cập ở mục I.2.1.1 phải đ-ợc chú trọng

đúng mức Đó là những thao tác t- duy và kỹ năng thực hành hết sức cơ bản

mà phải đ-ợc hình thành cho học sinh một cách bắt buộc khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học bộ môn vật lý, dẫu thí nghiệm đ-ợc nhìn nhận d-ới góc độ của tiến trình qui nạp nào

+ Đảm bảo đ-ợc 2 yêu cầu vừa đ-ợc l-u ý đến trên đây thì không những ta đã không những sử dụng thí nghiệm giáo khoa để thực hiện nhiệm

vụ thứ nhất của dạy học vật lý (vũ trang tri thức và kỹ năng về vật lý cho học sinh) mà còn đồng thời cũng để thực hiện nhiệm vụ thứ 2, đó là hình thành

và phát triển năng lực nhận thức thế giới tự nhiên cho học sinh Muốn thực hiện cả hiệu quả 2 nhiệm vụ này thì cần phải sử dụng thí nghiệm theo tinh thần dạy học nêu vấn đề Chẳng hạn có thể dùng thí nghiệm đơn giản nh- thí nghiệm về quán tính, về sự sôi ở áp suất thấp để kích thích hứng thú học tập của học sinh Khi học sinh đã chấp nhận bài toán nhận thức thì có thể tổ chức cho họ cùng tham gia các hoạt động nh-: thiết kế, chế tạo, lắp ráp, đo

đạc và xử lý số liệu thí nghiệm để giải quyết vấn đề Từ đó mà họ vừa lĩnh hội đ-ợc tri thức vật lý, vừa nắm đ-ợc ph-ơng pháp xây dựng nên tri thức ấy

Thông th-ờng giáo viên chỉ tập trung vào các thí nghiệm biểu diễn ở lớp và những thí nghiệm của học sinh (khi học bài mới hoặc khi làm các bài thí nghiệm thực hành) ở nhà tr-ờng trong giảng dạy

Điều này là rất cần thiết, bởi vì giáo viên có điều kiện h-ớng dẫn trực tiếp cho học sinh ở tất cả các hoạt động thí nghiệm, từ việc thiết kế, lựa chọn, lắp ráp các bộ phận, các thiết bị đến việc sử dụng các công vụ đo đạc

để thu thập số liệu, xử lý các số liệu và dẫn đến các thao tác t- duy để xây dựng nên kiến thức mới Tuy nhiên ng-ời ta còn khuyên rằng, ngoài các dạng thí nghiệm ở tr-ờng, còn nên mạnh dạn giao cho học sinh những bài tập thí nghiệm về nhà Các thí nghiệm học sinh ở nhà có thể giao cho từng nhóm học sinh theo địa bàn dân c- Điều cần quan tâm là giáo viên phải h-ớng dẫn một cách đầy đủ về mục đích của thí nghiệm Sau đó h-ớng dẫn thảo luận để thống nhất các ph-ơng án thí nghiệm khả dĩ Và để từng học

sinh hoặc từng nhóm học sinh thực hiện theo các ph-ơng án đó Lúc này sự h-ớng dẫn và hỗ trợ của giáo viên chỉ dừng ở mức gợi ý và định h-ớng để học sinh tháo gỡ những khó khăn và v-ớng mắc và họ gặp phải trên đ-ờng giải quyết nhiệm vụ đ-ợc giao Cuối cùng giáo viên đóng vai trò trọng tài và kiểm định các kết quả làm việc của các nhóm học sinh Đây chính là định h-ớng của hình thức sử dụng thí nghiệm mà ở các n-ớc ph-ơng tây đang

đ-ợc khuyến khích Kiểu bài học đ-ợc tiến hành theo hình thức có sử dụng thí nghiệm nh- trên đ-ợc gọi là bài học định h-ớng thiết kế (gọi là bài học thiết kế) Bài học thiết kế đòi hỏi sự tự lực cao của học sinh và họ phải chuẩn bị khá nhiều ở ngoài giờ lên lớp Có bài học đ-ợc thiết kế đ-ợc hành tập trung trong cả tuần lễ (và đ-ợc gọi là bài học thiết kế tuần lễ)

+ Nhiệm vụ giáo dục đạo đức t- t-ởng và nhân cách ng-ời lao động cho học sinh có thể đ-ợc thực hiện một cách có hiệu quả cao thông qua hoạt

động với thí nghiệm trong dạy học vật lý Bởi vì qua thí nghiệm, những qui luật của lý thuyết duy vật biện chứng đ-ợc bộc lộ một cách cụ thể và khá rõ nét Khi hoạt động với thí nghiệm các qui luật ấy sẽ đ-ợc học sinh tiếp nhận một cách tự nhiên, không mang tính áp đặt Do đó chúng sẽ đ-ợc chấp nhận một cách tự giác và sẽ ăn sâu vào tiềm thức của học sinh

Ngoài ra, thông qua thí nghiệm, việc hình thành và củng cố những thói quen cần thiết của ng-ời lao động mới có cơ sở bền chặt.Đó là những thuộc tính tâm lý đòi hỏi phải đ-ợc nảy nở và phát triển trên cơ sở hoạt động với

đối t-ợng thực tiễn, bao gồm: Sự khéo léo, tính kiên trì, đức cần cù và lòng trung thực, sự nhanh nhạy và sáng tạo kỹ thuật, sự táo bạo và hăng say v-ợt khó trong hoạt động Những nét tính cách này cũng có thể đ-ợc hình thành

ở mỗi học sinh trong tr-ờng hợp dạy học không dùng đến thí nghiệm (dạy chay, chỉ dùng đến những bài tập đơn thuần lý thuyết và toán học) Nh-ng

độ bền và tính linh hoạt, mềm dẻo sẽ không cao nh- trong tr-ờng hợp có sử dụng thí nghiệm, nhất là khi hoạt động thực tiễn đòi hỏi đến các công vụ vật

chất Và điều này thì lại rất phổ biến do đó đây là một trong nhiều lý do của việc chống dạy chay mà ta cần l-u ý đến

+ Cuối cùng, đối với việc thực hiện nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp và h-ớng nghiệp thì ta có thể dễ dàng khẳng định vai trò to lớn của thí nghiệm giáo khoa về vật lý Thí nghiệm, dù ở góc độ nào của ph-ơng pháp

sử dụng, nó luôn luôn là đại diện của thực tiễn Và trong chừng mực nhất

định nó còn là hiện thân nền công nghệ trong những mức độ hiện đại t-ơng ứng mà nó đ-ợc sản sinh và nó là đại diện Ví dụ thiết bị thí nghiệm giao thoa của sóng ánh sáng đơn sắc nhờ kính lọc màu và nhờ nguồn phát laser,

sẽ thể hiện các mức độ công nghệ khác nhau và sẽ cho những kết quả với mức độ chính xác khác nhau Thí nghiệm giáo khoa với việc sử dụng các thiết bị kỹ thuật, các thiết bị đo Các thiết bị và các dụng cụ này nhiều khi cũng khá phổ biến trong sản xuất và đời sống Do đó thí nghiệm là ph-ơng tiện có khả năng và hiệu quả nhất trong việc rèn luyện kỹ năng Nhiều thí nghiệm trên các mô hình vật lý có khả năng cung cấp cho học sinh những hiểu biết về nguyên lý vận hành của nền kỹ nghệ t-ơng ứng

Ví dụ: Mô hình vận chuyển điện năng từ nơi sản xuất ra điện đến nơi tiêu thụ điện, cung cấp cho học sinh cơ sở lý thuyết và thực tiễn của nền sản xuất điện khí hoá

Tất cả những điều đó là nội dung của giáo dục kỹ thuật tổng hợp Mặt khác qua những thí nghiệm giáo khoa về vật lý mà học sinh có thể tự nhận ra

sở tr-ờng và năng khiếu của họ Với sự giúp đỡ của giáo viên bộ môn, của các tổ chức trong và ngoài tr-ờng, đó chính là cơ sở để các em xác định khu vực nghề nghiệp mai sau của họ Chỉ có thể có đ-ợc sự lành nghề trong t-ơng lai, thông qua sự rèn luyện và phấn đấu, nếu ngay từ đầu con ng-ời

đ-ợc h-ớng nghiệp một cách chính xác Giáo viên vật lý trong quá trình giảng dạy cần và có thể góp phần định h-ớng nghề nghiệp cho học sinh Trong quá trình đó thí nghiệm giáo khoa về vật lý có vị trí nhất định

1.2.2 Các loại thí nghiệm giáo khoa vật lý:

- Thí nghiệm biểu diễn:

Thí nghiệm biểu diễn do giáo viên tiến hành trên lớp và trong tiết học

Nó đ-ợc sử dụng chủ yếu để giới thiệu một vấn đề cần nghiên cứu hoặc để dẫn dắt học sinh giải quyết vấn đề đã đ-ợc đặt ra Tuy nhiên nó cũng còn

đ-ợc dùng để minh hoạ và kiểm nghiệm cho sự đúng đắn của một tri thức vật lý Mục đích sử dụng là do giáo viên căn cứ vào nội dung và kế hoạch giảng dạy cả một ch-ơng hay cả một phần mà quyết định Nh-ng điều chủ yếu dành cho giáo viên khi dùng thí nghiệm biểu diễn là các thao tác t- duy

và thực hành phải đạt tính chuẩn mực cao Do đó giáo viên phải chuẩn bị chu

đáo, phải tự biểu diễn kỹ càng để đạt đ-ợc điều đó Học sinh có nhiệm vụ quan sát các thao tác, tiến trình biểu diễn thí nghiệm của giáo viên để vừa học tập các thao tác thí nghiệm, vừa qua sự diễn tiến của thí nghiệm mà xây dựng và hiểu đ-ợc kiến thức vật lý

Đối với thí nghiệm biểu diễn, ng-ời ta cho rằng cần phải đạt đ-ợc các mặt sau đây:

+ Về mặt kỹ thuật: thiết bị của thí nghiệm biểu diễn phải có kích th-ớc lớn và cần đ-ợc bố trí một cách đơn giản, rõ ràng, đ-ợc tiến hành ngắn gọn

và đảm bảo thành công một cách chắc chắn với độ chính xác cao (sai số đôí với thí nghiệm giáo khoa không đ-ợc v-ợt quá 9%)

+ Về mặt s- phạm: thí nghiệm phải đảm bảo cho cả lớp quan sát đ-ợc,

do đó kích th-ớc các bộ phận quan sát phải đủ lớn (nếu bé thì phải tìm cách phóng đại qua đèn chiếu hoặc qua hình vẽ)

Các chi tiết không phục vụ cho sự quan sát có thể đ-ợc che khuất dấu kín Nếu thí nghiệm đạt độ chính xác thấp hoặc nếu thí nghiệm bị thất bại thì giáo viên không đ-ợc nắn hoặc khịa ra số liệu, mà phải giải thích lý do, phải tìm ra nguyên nhân Sau đó dẫn ra các kết quả thí nghiệm đã đ-ợc thừa nhận trong lịch sử Thí nghiệm biểu diễn không nên dài quá 10 phút, vì dễ gây sự sao nhãng và mất trật tự trong lớp học Phải biết kết hợp biểu diễn thí nghiệm với giải thích và dẫn dắt, gắn với nội dung bài học, sao cho thí

nghiệm chỉ là ph-ơng tiện để nghiên cứu nội dung đó Thao tác thực hành và

sự giải thích, sự dẫn dắt phải đạt đ-ợc trình độ nhuần nhuyễn trong sự kết hợp với dạy học nêu vấn đề ở suốt quá trình biểu diễn thí nghiệm

- Thí nghiệm trực diện của học sinh:

Thí nghiệm trực diện của học sinh là thí nghiệm do học sinh tiến hành một cách đồng loạt trên lớp trong tiết học Nó đ-ợc sử dụng chủ yếu cho việc xây dựng tri thức mới hoặc cho việc minh hoạ hay ứng dụng một tri thức nào đó Thông th-ờng giáo viên phải h-ớng dẫn một cách tỷ mỉ các thao tác cần thực hiện, sau đó mới cho tiến hành Các thiết bị thí nghiệm đã

đ-ợc kiểm tra và đã đ-ợc chuẩn bị sẵn Các học sinh đã quen với các thí nghiệm thì sự tự lực của họ sẽ đ-ợc nâng cao hơn, các chỉ dẫn của giáo viên

sẽ ít chi tiết tỉ mỉ Các thí nghiệm trực diện của học sinh không nên kéo dài, tốt nhất nên chiếm thời gian cỡ 10 phút Do đó với thời gian này vẫn có thể tiến hành thí nghiệm định l-ợng, có đo đạc các số liệu Nếu không có điều kiện để trang bị cho mỗi học sinh một bộ dụng cụ thí nghiệm riêng biệt thì

số học sinh trong mỗi nhóm nên là 2 em, và nên tạo cách h-ớng dẫn sao cho các em trong nhóm đều tham gia vào công việc thí nghiệm, tránh tình trạng

có học sinh chỉ làm việc ghi chép số liệu mà không đ-ợc thực hành các thao tác thí nghiệm Bởi vì điều đáng đ-ợc chú ý để phân biệt giữa thí nghiệm biểu diễn với thí nghiệm trực diện của học sinh là ở chỗ học sinh không chỉ quan sát thí nghiệm mà phải tự thực hiện các thao tác thí nghiệm

- Thí nghiệm thực hành:

Thí nghiệm thực hành cũng là thí nghiệm của học sinh nh-ng không diễn ra trực tiếp trong tiết học, mà th-ờng đ-ợc sử dụng để vận dụng tri thức hoặc để ôn tập, khắc sâu kiến thức đã học Th-ờng thì mỗi học sinh hoặc mỗi nhóm 2 học sinh thực hiện một thí nghiệm Các bản h-ớng dẫn đã đ-ợc

in sẵn chứ không phải đ-ợc giáo viên giải thích bằng lời nh- trong thí nghiệm trực diện Đây là b-ớc đòi hỏi học sinh phải tự lực rất cao Vì họ phải thông qua bản h-ớng dẫn để thực hiện các thao tác thí nghiệm Hơn nữa

các nhóm lại hoạt động độc lập với nhau Cuối cùng, mỗi nhóm học sinh phải hoàn thành báo cáo kết quả thí nghiệm Hoạt động thí nghiệm trong nhóm phải đ-ợc phân bố sao cho tránh tình trạng bao biện và làm thay lẫn nhau nh- tr-ờng hợp hoạt động ở thí nghiệm trực diện Thông th-ờng giáo viên cần có sự kiểm tra cả việc nhận thức của học sinh về việc vận dụng kiến thức trong thí nghiệm lẫn các thao tác tiến hành thí nghiệm Năng lực xử lý

số liệu, xác định sai số của các phép đo, xây dựng các kết luận lý thuyết từ kết quả tính toán và xử lý số liệu cũng là những thao tác rất quan trọng cần

đ-ợc rèn luyện cho học sinh Đây là những mặt hoạt động cơ bản của ng-ời nghiên cứu và học tập vật lý mà học sinh phải đạt đ-ợc ở mức độ nhất định

Thiết bị thí nghiệm thực hành không cần có kích th-ớc lớn, nh-ng phải đảm bảo độ chính xác qui định cho nhà tr-ờng Còn kỹ thuật và biện pháp tổ chức, h-ớng dẫn và chỉ đạo cho học sinh đòi hỏi nhà tr-ờng phải

đ-ợc trang bị và phải có cấu trúc theo những yêu cầu nhất định, đây là điều

mà nhà tr-ờng ở Việt Nam ch-a đạt đ-ợc, kể cả những tr-ờng đã đ-ợc xây dựng khang trang Về phía giáo viên, đòi hỏi tr-ớc tiên là sự am hiểu thấu

đáo và t-ờng tận những yêu cầu về nội dung của từng thí nghiệm Giáo viên phải có kỹ năng thực hành đạt mức thành thục, biết đ-ợc những khúc mắc, trục trặc về kỹ thuật của từng thiết bị, nắm đ-ợc những kiểu lỗi mà học sinh hay gặp ở từng thí nghiệm để giúp học sinh

- Bài tập thí nghiệm và thí nghiệm học sinh ở nhà:

Đây là những thí nghiệm mà học sinh phải thực hiện ở lớp hoặc ở nhà

để giải bài tập vật lý định tính hoặc định l-ợng nào đó Bởi vì họ không nhận

đ-ợc một lời h-ớng dẫn hay một bản giải thích nào nh- ở các loại thí nghiệm trực diện hay thí nghiệm thực hành Chính vì vậy giáo viên cần có sự cân nhắc và lựa chọn khi giao cho học sinh những bài tập, những nhiệm vụ d-ới dạng các bài tập thí nghiệm Nội dung các bài tập này chỉ nên dừng ở mức đơn giản, nhằm quyết định một nhiệm vụ nhỏ nào đó gắn với ch-ơng trình học Thiết bị thí nghiệm th-ờng là những ph-ơng tiện kỹ thuật sẵn có ở

nhà, trong công việc bếp núc, trong sinh hoạt đời th-ờng Nếu cần phải gia công chế tạo các thiết bị thí nghiệm thì chỉ cần dùng đến các vật liệu rẻ tiền

có bán ở nhiều nơi, hoặc các đồ phế liệu, phế thải nh- chai nhựa, lon bia, hộp bìa cứng Nh- vậy thí nghiệm ở nhà của học sinh th-ờng đòi hỏi hoạt

động có tính chất sáng tạo kỹ thuật ở những mức độ đơn giản, trong đó còn

có yêu cầu vận dụng tri thức vật lý để giải thích sự kiện, tiên đoán kết quả vận hành của thiết bị tự tạo Có thể nói bài tập thí nghiệm và thí nghiệm học sinh ở nhà là ph-ơng tiện có ý nghĩa to lớn đối với sự định h-ớng nghề nghiệp Qua các hoạt động này giáo viên có thể đoán nhận đ-ợc khá chính xác năng khiếu và sở tr-ờng của học sinh để đ-a ra những lời khuyên xác thực về định h-ớng nghề nghiệp t-ơng lai Nh-ng cần l-u ý rằng do giáo viên không giám sát trực tiếp các hoạt động thiết kế, chế tạo, lắp ráp và vận hành đo đạc thí nghiệm của học sinh, nên học sinh có thể thuê m-ớn ng-ời khác làm thay Do vậy giáo viên phải kiểm tra lại và đặc biệt là phải thận trọng khi đánh giá kết quả bài của học sinh cũng nh- khi đ-a ra lời khuyên h-ớng nghiệp Bài tập thí nghiệm và thí nghiệm học sinh ở nhà có thể đ-ợc

sử dụng để tổ chức dạy học vật lý theo hình thức bài học có định h-ớng thiết

kế (bài học thiết kế đã trình bày) rất thích hợp Bằng hình thức này giáo viên

có thể tạo điều kiện phối hợp sử dụng 2 loại thí nghiệm : thí nghiệm thực hành và thí nghiệm học sinh ở nhà

1.3.Kết luận ch-ơng 1

Qua nghiên cứu ch-ơng 1, chúng ta thấy đ-ợc tầm quan trọng của thí nghiện giáo khoa vật lý trong quá trình dạy học."Từ trực quan sinh động đến t- duy trừu t-ợng, từ t- duy trừu t-ợng đến thực tiẽn đó là con đ-ờng nhận thức chân lý" Trong con đ-ờng nhận thức chân lý mà Lê nin đã nêu ra,thí nghiệm có thể đ-ợc sử dụng vào bất kì giai đoạn nào Thí nghiệm vừa là ph-ơng tiện trực quan để học sinh quan sát, mô tả và giải thích sự kiện rồi đề xuất giả thuyết.Sau đó, cũng chính thí nghiệm là ph-ơng tiện kiểm tra giả thuyết đ-a ra tri thức mới (nếu giả thuyết là đúng đắn) Cuối cùng, thí

nghiệm lại đóng vai trò là thực tiễn cho việc vận dụng và cũng cố khắc sâu kiến thức Mặt khác, khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý, giáo viên

có thể thực hiện tốt cả 5 chức năng của lý luận dạy học vật lý và 4 nhiệm vụ dạy học vật lý Qua đó,chúng ta có thể khẳng định rằng, thí nghiệm giáo khoa là ph-ơng tiện dạy học đặc tr-ng của quá trình dạy học vật lý Vì thế, giáo viên vật lý chúng ta cần phải nhận thức rõ vai trò của thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học Tuy nhiên trong hoàn cảnh hiện nay, nhiều tr-ờng phổ thông ch-a có đủ các thiết bị thí nghiệm Do đó, giáo viên cần phải tìm hiểu các ph-ơng án lắp ráp và bố trí thí nghiệm, để trong chừng mực có thể, giáo viên tự thiết kế chế tạo và lắp ráp các thiết bị thí nghiệm

Trong ch-ơng 2, tác giả sẻ trình bày các ph-ơng án lắp ráp và bố trí các thí nghiệm trong phần quang học ở ch-ơng trình vật lý 12

Ch-¬ng 2 C¸c thÝ nghiÖm gi¸o khoa vËt lý phÇn quang häc

Hình 1

- Thí nghiệm 1 (hình 1): Điều chỉnh để chùm sáng từ nguồn chiếu ra song song Chiếu chùm sáng vào khe hẹp Màn để song song với trục quang học hứng lấy chùm sáng của nguồn chiếu ra Quan sát vết của chùm tia sáng hiện trên màn sau khi qua khe hẹp

- Thí nghiệm 2 (hình 2): Để quả bóng bàn trên đ-ờng đi của chùm sáng từ ngọn nến đến màn Màn đặt vuông góc với trục quang học quan sát bóng của bóng bàn trên màn

Hình 2

2.1.4 Kết quả:

- Thí nghiệm 1: Chùm tia sáng chiếu thành vệt thẳng trên màn

- Thí nghiệm 2: Do ngọn nến có kích th-ớc lớn nên quả bóng tạo ra bóng đen và bóng mờ trên màn

Cả hai thí nghiệm trên chứng tỏ ánh sáng truyền theo đ-ờng thẳng

2.1.5 Gợi ý:

- Trong các thiết bị quang học, thông th-ờng chỉ cần làm sáng bóng

đèn nên dùng điện xoay chiều để đỡ hại bộ chỉnh l-u của biến thế nguồn

- Nguồn sáng th-ờng là bóng đến có công suất lớn nên khi không cần thiết thì tắt đi đẻ dỡ hại bóng đèn, đỡ tốn điện

- Nếu tr-ờng ch-a có bộ dụng cụ quang học, giáo viên có thể tiến hành những thí nghiệm này bằng cách tự tạo lấy dụng cụ Nguồn sáng nên dùng

đèn pin tiểu vì bóng đèn có cấu tạo đặc biệt có thể chiếu ra chùm tia sáng song song và t-ơng đối mạnh Các tấm chắn sáng làm bằng bìa, màn làm bằng bìa màu trắng

- Để cạnh g-ơng phẳng trùng với đ-ờng kính vòng tròn chia độ rồi gắn lên màn, mặt g-ơng phẳng h-ớng về phía nguồn sáng (hình 3)

- Chùm tia từ nguồn sáng qua khe hẹp chiếu vào g-ơng phẳng tại tâm I của vòng tròn chia độ Tia tới là SI, tia phản xạ và IR, IN là pháp tuyến Quay g-ơng phẳng đồng thời với vòng tròn chia độ nh-ng giữ cho tia tới luôn luôn chiếu vào điểm I, góc tới SIN thay đổi Đo góc phản xạ NIR và so sánh với góc SIN trong từng tr-ờng hợp

- Nếu g-ơng phẳng bằng nhựa mạ, mặt phản xạ nằm ngay trên mặt nhựa, nên phải để mặt này trùng với đ-ờng kính của vòng tròn chia độ

- Để vệt sáng rõ, nên để màn chếch về phía nguồn sáng một chút

2.3.G-ơng cầu lõm

2.3.1.Mục đích

-Biểu diến sự phản xạ ánh sáng trên g-ơng cầu lõm

-Biểu diễn sự tạo ảnh của g-ơng cầu lõm

2.3.2.Thiết bị

-1 trục quang học, (A) - 1g-ơng cầu lõm (dạng chõm cầu) (E)

-1 nguồn sáng 12V, (B) -1 màn để hứng, (F) -1 tấm chăn sáng có ba khe, (C) -1cây nến, (G)

-1 g-ơng cầu lõm(dạng lát cắt), (D) -1 nguồn điện 12V (H)

2.3.3.Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm 1:

Lắp ráp thí nghiệm nh- hình 4 G-ơng cầu lõm dạng lát cắt đặt vuông góc với màn Điều chỉnh cho chùm sáng từ nguồn sáng chiếu qua 3 khe hẹp song song với nhau

Hình 5

Di chuyển dần cây nến ra xa g-ơng, với mỗi vị trí của cây nến, di chuyển màn để hứng đ-ợc hình ảnh cây nến rõ nét Nhận xét về vị trí cây nến và vị trí hình ảnh của nó so với g-ơng

Thí nghiệm 1:

Chùm tia sáng song song với trục chính hội tụ tại một điểm trên trục chính Đó là tiêu điểm chính

Chùm tia song song với trục phụ hội tụ tại một điểm trên trục phụ Đó

là tiêu điểm phụ

2.3.5 Gợi ý:

- Giáo viên có thể tự làm g-ơng lõm mặt trụ có dạng cắt của g-ơng cầu lõm Lấy tấm nhựa mạ 1 x 15 x 120mm (nhựa này hiện nay trên thị tr-ờng dùng để trang trí), uốn ép sát vào hộp bằng kim loại (hộp sữa), mặt mạ áp vào hộp Dùng dây buộc cho tấm nhựa ôm sát vào hộp Đổ n-ớc sôi vào hộp trong độ vài phút rồi đổ n-ớc đó đi Khi hộp và tấm nhựa đã nguội thì tháo dây ra, tấm nhựa sẽ có dạng cong theo hình hộp, đó là một phần của g-ơng lõm mặt trụ Tùy theo ý muốn làm g-ơng cầu lõm có độ cong nhiều hay ít mà dùng hộp kim loại nhỏ hay to

- Cho học sinh nhận xét về thị tr-ờng của g-ơng cầu lõm so với g-ơng phẳng cùng kích th-ớc

- Nếu để nguồn sáng vào tiêu điểm chính của g-ơng thì chùm tia phản xạ sẽ nh- thế nào ? từ đó suy ra nhận xét g-ơng cầu lõm đ-ợc dùng trong công việc gì ?

Thí nghiệm 1: nên để màn hơi chếch về phía nguồn sáng một chút để nhìn rõ đ-ờng đi của chùm tia sáng

2.4 G-ơng cầu lồi:

2.4.1 Mục đích:

BiÓu diÔn sù ph¶n x¹ ¸nh s¸ng trªn g-¬ng cÇu låi; sù t¹o ¶nh cña vËt bëi g-¬ng cÇu låi

2.4.2 ThiÕt bÞ:

- 1 trôc quang häc (A); - 1 nguån ®iÖn 12v (E)

- 1 nguån s¸ng 12v (B); - 1 g-¬ng cÇu låi (d¹ng l¸t c¾t) (F)

- 1 g-¬ng cÇu låi (d¹ng chám cÇu) (C); - 1 mµn (G)

- 1 c©y nÕn (D); - 1 tÊm ch¾n cã 3 khe hÑp (H)

2.4.3 TiÕn hµnh thÝ nghiÖm:

ThÝ nghiÖm 1: L¾p r¸p thÝ nghiÖm nh- (h×nh 6)

§Æt g-¬ng cÇu låi d¹ng l¸t c¾t lªn mµn, mÆt ph¶n x¹ h-íng vÒ nguån s¸ng Nguån s¸ng chiÕu vµo tÊm cã 3 khe hÑp t¹o thµnh 3 chïm tia song song, tia ë gi÷a trïng víi trôc chÝnh Quan s¸t chïm tia ph¶n x¹

®iÓm chÝnh vµ lµ tiªu ®iÓm ¶o

Thí nghiệm 2: ảnh của cây nến tr-ớc g-ơng cầu lồi là ảnh ảo, cùng chiều với vật và nhỏ hơn vật

- 1 trục quang học (A); - 1 chắn sáng có một khe hẹp (D);

- 1 nguồn sáng 12V (B); - 1 miếng thuỷ tinh hình bán nguyệt (E)

- 1 nguồn điện 12V (C); - 1 vòng tròn có chia độ (F) -1 màn

2.5.3 Tiến hành thí nghiệm:

Hình 7

Đặt miếng thủy tinh hình bán nguyệt lên vòng tròn có chia độ, cạnh thẳng của miếng thủy tinh trùng với một đ-ờng kính của vòng tròn chia độ, gắn miếng thuỷ tinh và vòng tròn chia độ lên màn, cạnh thẳng của miếng thủy tinh h-ớng về phía nguồn Chùm sáng ở nguồn sáng qua khe hẹp chiếu vào cạnh miếng thủy tinh tại tâm vòng tròn chia độ (hình 7)

Quan sát chùm tia khúc xạ

Mỗi lần thay đổi góc I thì đo góc I và góc khúc xạ R rồi ghi vào

- 1 trục quang học (A); - 1 nguồn điện 12V (D);

- 1 nguồn sáng 12V (B); - 1 tấm chắn sáng có 1 khe hẹp (E);

- 1 màn (C); - 1 tấm thủy tinh hình bán nguyệt (F)

- 1 vòng tròn chia độ (G)

2.6.3 Tiến hành thí nghiệm:

Hình 8

- Đặt cạnh thẳng của tấm thuỷ tinh hình bán nguyệt trùng với một

đ-ờng kính của vòng tròn có chia độ Đặt cả tấm thủy tinh hình bán nguyệt

và vòng tròn chia độ này lên màn sao cho phần mặt tròn của tấm thuỷ tinh h-ớng về phía nguồn sáng (hình 8)

- Chùm tia sáng S đi qua khe hẹp chiếu vào tâm vòng tròn có chia độ (để cho I <40o) Tại tâm J ta thấy có tia phản xạ JR vào tấm thủy tinh và tia khúc xạ JK ra ngoài không khí

- Tăng dần góc i lên, quan sát độ sáng của tia phản xạ và tia khúc xạ

- Tăng dần góc i đến khi tia khúc xạ JK đi là là mặt phân cách giữa thuỷ tinh và không khí Đo góc d-ới hạn igh

- Tiếp tục tăng góc i, quan sát tia phản xạ JR và tia khúc xạ JK

2.6.4 Kết quả:

- Khi góc i <40o ta thấy có tia phản xạ JR và tia khúc xạ JK Tăng dần góc i lên thì độ sáng của tia phản xạ IR tăng, độ sáng của tia khúc xạ JK giảm

- Tăng góc i đến một giá trị nào đó, ta thấy tia khúc xạ JK đi là là mặt phân cách giữa thuỷ tinh và không khí Lúc đó bắt đầu có hiện t-ợng phản xạ toàn phần, góc i lúc đó là góc d-ới hạn phản xạ toàn phần igh Muốn có phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa 2 môi tr-ờng thì tia sáng phải đi từ môi tr-ờng chiết quang hơn sang môi tr-ờng kém chiết quang hơn

- Từ đó tiếp tục tăng góc i thì không còn tia khúc xạ JK nữa, tia phản xạ JR rất sáng, gần nh- sáng bằng tia tới

2.6.5 Gợi ý:

- Mặt phẳng của tấm thuỷ tinh phải phẳng và nhẵn bóng

- Nền để màn hơi chếch h-ớng về phía nguồn sáng để chùm tia sáng hiện rõ trên màn

- 1 trục quang học (A); - 1 giá để lăng kính (E);

- 1 nguồn sáng 12V (B); - 1 tấm chắn sáng có 1 khe hẹp (F);

- 1 nguồn điện 12V (C); - 1 tấm kính lọc sắc (G);

Chùm sáng đơn sắc từ nguồn sáng chiếu qua khe hẹp vào lăng kính tạo thành tia trên vòng tròn chia độ SI là tia tới, IJ là tia khúc xạ, JR là tia ló,

- Nguồn sáng để chếch xuống vòng tròn chia độ một chút để thấy rõ

đ-ờng đi của tia sáng

- Không để lăng kính va chạm mạnh sẽ hỏng cạnh lăng kính

- Tránh chạm tay hoặc để n-ớc dây vào mặt lăng kính sẽ làm lăng kính bị mốc Khi làm thí nghiệm xong phải dùng khăn mềm, sạch lau nhẹ