skkn HÌNH THÀNH KIẾN THỨC TỔNG QUAN về ÁNH SÁNG CHO học SINH

SƠ YẾU LÝ LỊCH KHOA HỌC
……………………….
I.

THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN :
1. Họ và tên : Lê Xuân Đoan
2. Ngày tháng năm sinh : 02. 10. 1964
3. Giới tính : Nam
4. Địa chỉ : Ấp Hoà Bình , Xã Túc Trưng , Huyện Định Quán
5. Điện thoại : 0613639043(cơ quan) , 0613630057( nhà riêng) .
6. Fax :
E-mail :
7. Chức vụ : Tổ trưởng tổ chuyên môn
8. Đơn vị công tác : Trường THPT Điểu Cải

II.

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO :
- Học vị cao nhất : cử nhân Vật lý .
- Năm nhận bằng : 1987
- Chuyên ngành đào tạo : Vật lý

III.

KINH NGHIỆM KHOA HỌC :
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm : giảng dạy vật lý cấp
THPT .
- Số năm có kinh nghiệm : 25 năm .
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây :
• Đơn vị và các đại lượng vật lý cơ bản.
• Tính thực tế trong bài toán vật lý.

• Phân tích chia nhỏ và lấy tổng một phương pháp cơ bản
xây dựng các kiến thức vật lý.
• Năng lượng hạt nhân.

Trang1


HÌNH THÀNH KIẾN THỨC TỔNG QUAN VỀ ÁNH
SÁNG CHO HỌC SINH
I. LÝ DO CHỌN ĐẾ TÀI :
ính thưa quý thầy cô, qua giảng dạy tôi thấy việc hình thành cho
học sinh một nhận thức khái quát về một nội dung phân môn Vật
lý được trình bày trong nhiều chương nhiều bài là vô cùng cần thiết.
Nếu không nhận thức khái quát người học không thể liên hệ, xâu chuỗi
kiến thức từng phần được học theo từng bài, từng tiết. Không hệ thống
dược kiến thức đã học, học sinh dễ rơi vào tình trạng học vẹt, mau
quên, không nhận ra nội dung chính, không vận dụng được kiến thức đã
học.
Chúng ta hình dung một nhà điêu khắc muốn có một bức tượng
đẹp đầu tiên phải phát hoạ một mô hình rồi mới đến các chi tiết, các chi
tiết có thể phải tỉ mỉ, miệt mài làm việc để bổ sung hoàn thiện dần cho
bức tượng trong nhiều thời gian. Nếu có mô hình đúng tỉ lệ và đầy đủ
các ý tưởng ta dễ dàng nhận ra chi tiết thiếu hay khiếm khuyết để bổ
sung trong quá trình hoàn tất bức tượng, nhưng các khuyết tật của mô
hình phát hoạ có thể không hình thành được bức tượng. Việc hình thành
nhận thức khái quát cho học sinh về một nội dung phân môn của vật lý
cũng có ý nghĩa tương tự. Kiến thức từng bài từng chương là những
mãnh ghép trên một bức tranh tổng thể, chỉ khi biết ghép lại tương đối
hoàn thiện mới có thể nhận ra nội dung chính, nhớ lâu, trở thành kiến
thức của người học và vận dụng dễ dàng cho những vấn đề liên quan.

K

II.

TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1.Cơ sở lý luận :
Trong chương trình vât lý phổ thông hiện nay, nội dung giảng
dạy về quang học được giảng dạy một phần ở lớp 9, một phần ở lớp 11
và một phần ở lớp 12. Đa số học sinh học rồi lại quên. Rất khó hình
thành kiến thức một cách có hệ thống. Để học sinh có sự định hướng tốt
và hứng thú hơn trong việc học tập nội dung về quang học tôi muốn đề
cập về nội dung này một cách tổng quát nhẹ nhàng như một câu
chuyện. Hi vọng qua đó các em có một phác họa tốt cho cho việc tìm
hiểu sự muôn màu muôn vẻ xung quanh chúng ta do ánh sáng tạo ra.
2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
2.1 Khái quát về quang học:
Thắp một ngọn nến, bật một công tắc đèn ta có ngay ánh sáng lan
toả khắp phòng . . . Có ánh sáng thì mắt ta nhìn thấy các vật xung
quanh, các vật có màu sắc khác nhau, có bóng tối, có sự che khuất, có
ảnh trong gương . . . Trong tự nhiên hằng ngày mặt trời vô tư chiếu
sáng khắp nơi cho ta nhìn thấy cảnh vật xung quanh. Chính ánh sáng
Trang2


tạo nên sự cảm nhận trong mắt chúng ta về thế giới vật chất mn màu
mn vẻ xung quanh chúng ta.
Con người từ khi lọt lòng mẹ mở mắt chào đời đã bắt đầu cảm
nhận ánh sáng và chịu ảnh hưởng của ánh sáng khơng khác gì thức ăn

nước uống và khơng khí. Chính vì thế con người đã nghiên cứu về ánh
sáng và ứng dụng vào cuộc sống của mình từ rất lâu trong lịch sử. Từ
những hiện tượng đơn giản là sự che khuất con người biết ngụy trang
núp trốn khi săn bắn đến việc tạo ra gương để ngắm nhan sắc của mình,
rồi đến sự sáng tạo ra các dụng cụ quang học phức tạp hơn như kính
hiển vi, kính thiên văn, máy quang phổ, máy X quang, tế bào quang
điện, máy ảnh và các thiết bị ghi hình tạo ảnh trong lĩnh vực truyền
thơng … Những dụng cụ khơng thể thiếu trong các lĩnh vực kỹ thuật
hiện đại ngày nay.
Ánh sáng là gì ? Từ ngọn nến hay một nguồn sáng thực chất đã
có gì lan truyền ra mà được ta gọi là ánh sáng? Tại sao có ảnh của ta
trong gương? Tại sao trăng tròn rồi lại khuyết ? tại sao một bong bóng
xà phòng lại có đủ màu rất đẹp trong ánh nắng? Rõ ràng các câu hỏi
liên quan đến các hiện tượng do ánh sáng diễn ra hằng ngày xung quanh
chúng ta khơng dễ dàng trả lời tí nào? Các nhà vật lý tiên phong như
Newton ; Young ; Huyghen, Plăng … đã nêu lên những cơ sở căn bản
về quang học giúp ta giải thích được các hiện tượng về ánh sáng và làm
cơ sở cho các ứng dụng quang học:
2.2 Về đường truyền của ánh sáng:
Với cơ sở là tia sáng:
Tia sáng là phần ánh sáng truyền dọc theo một đường thẳng xuất
phát từ một điểm sáng trên vật sáng.
Ta dùng nửa đường thẳng có chiều xác định để mơ tả một tia
sáng. Ví dụ SI biểu diễn một tia sáng phát ra từ một điểm S trên ngọn
đèn.
I
S

SI là một tia sáng phát ra từ ngọn đèn

a/ Định luật truyền thẳng:
Trong một mơi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền
theo một đường thẳng

Trang3


Ánh sáng truyền thẳng tạo ra bóng đen va sự che khuất

Những tia sáng mặt trời trời truyền thẳng tạo ra bóng con và bóng
mẹ

Hiện tượng trăng tròn lại khuyết là do khi quan sát từ mặt đất
vào những đêm rằm ta nhìn thấy tồn bộ mặt trăng được chiếu
sáng bởi mặt trời, còn những ngày khác trong tháng thì có một
phần mặt trăng khơng được chiếu sáng bởi mặt trời ta chỉ nhìn
Trang4


S

thấy phần được chiếu sáng. Vào đêm cuối và đầu tháng âm lịch
thì khơng có ánh trăng vì phần tối của mặt trăng hướng về trái
đất.
Hiện tượng nguyệt thực, nhật thực là do trong q trình chuyển
động của mặt trăng quanh trái đất có những thời điểm mà trái
đất, mặt trăng và mặt trời thẳng hàng. Nếu sự thẳng hàng xảy ra
mà trái đất ở giữa thì mặt trăng bị che khuất bởi trái đất, một
phần hay tồn bộ mặt trăng khơng được chiếu sáng bởi mặt trời
ta gọi là nguyệt thực. Nếu thẳng hàng xảy ra mà mặt trăng ở

giữa thì một phần bề mặt trái đất bị che khuất bởi mặt trăng
khơng nhận được ánh sáng mặt trời giữa ban ngày. Từ mặt đất
trong vùng che khuất ta khơng quan sát thấy mặt trời đó là hiện
tượng nhật thực.
b/ Định luật phản xạ: Khi tia sáng truyền đến một bề mặt nhẵn
thì đổi hướng trở lại mơi trường tới gọi là tia phản xạ:
- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới , bên kia
pháp tuyến so với tia tới .
N
S’
- Góc phản xạ bằng góc tới .
i i’
I

Sự phản xạ của một chùm sáng
song song trên bề mặt nhẵn

Sự phản xạ của một chùm sáng song song trên
bề mặt không nhẵn ( goi là sự tán xạ)

Trang5


Mắt ta nhìn thấy đỉnh núi dưới hồ là do ánh sáng từ đỉnh núi phản xạ trên mặt hồ
rồi đến mắt. Dưới mặt hồ là ảnh ảo của ngọn núi do ánh sáng phản xạ trên mặt hồ
tạo ra

Sự tạo ảnh trong gương là do chùm tia sáng từ những điểm trên vật
sáng đặt trước gương truyền đến gương rồi bị phản xạ, mắt ta nhận
được chùm tia phản xạ này thì thấy ảnh ảo của vật trong gương.

B

B’

A

Mắt

A’

Gương phẳng

Ta nhìn thấy ảnh ảo A’B’ trong gương do chùm tia sáng từ vật
AB đến gương bò phản xạ đi vào mắt.

c/ Định luật khúc xạ: khi tia sáng truyền qua mặt ngăn cách giữa hai
mơi trường trong suốt thì đổi hướng thành tia khúc xạ.

Trang6


tia tụựi

phaựp tuyeỏn
i

n1
n2
r
tia khuực xaù

- Tia khỳc x nm trong mt
phng ti , bờn kia phỏp tuyn so vi tia
ti .
- Vi hai mụi trng trong sut
nht nh thỡ t s gia sin gúc ti v
sin gúc khỳc x l mt hng s
sin i
= n21
sin r

(n21 = n2/n1: gi l chit sut t i ca hai mụi trng)

h
h

Do s khỳc x ca ỏnh sỏng , mt ta cú th c chng sai sõu thc s ca mt h nc trong . sõu
thc s l h nhng mt ta nhỡn t trờn khụng khớ vo nc thỡ thy sõu l h nh hn h . Bn phi cnh
giỏc khi mỡnh cha bit bi.

Trang7


d/ Nguyên lý thuận nghịch :Khi ánh sáng truyền từ A đến B theo
đường nào thì ngược lại cũng truyền từ B về A dọc theo đường
đó.
A
I
B

Do tính thuận nghịch về đường truyền mà khi đổi tia phản xạ thành tia
tới thì tia tới trở thành tia phản xạ, khi đổi tia khúc xạ thành tia tới thì
tia tới thành tia khúc xạ.
Trên cơ sở đường truyền của tia sáng ta giải thích và ứng dụng
các hiện tượng liên quan : Sự tạo bóng đen, sự tạo ảnh qua các dụng cụ
quang học như gương phẳng, gương cầu, lăng kính, thấu kính … Nói
chung các nội dung liên quan đến đường truyền của ánh sáng được gọi
là quang hình học.
2.3 Về bản chất ánh sáng :
Có hai quan điểm lý thuyết về mặt bản chất của ánh sáng để giải thích
được các hiện tượng khác nhau do ánh sáng gây ra :
a) Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76µm
do có bản chất sóng mà có hiện tượng giao thoa,hiện tượng nhiễu
xạ, hiện tượng tán sắc ánh sáng .
Thắp một ngọn nến ta hình dung từ ngọn nến phát ra một sóng tuy có
bản chất khác nhưng có sự lan truyền tương tự như sóng trên mặt nước.
Khi ta ném xuống mặt nước phẳng lặng một hòn đá, có một dao động
của mặt nước chỗ hòn đá rơi xuống , dao động này lan truyền ra tạo
thành những vòng sóng trên mặt nước.Khi ta thắp một ngọn nến thì có
một sóng ánh sáng phát ra từ ngọn nến . Sóng ánh sáng có sự lan truyền
với vận tốc v nhất định trong môi trường trong suốt , Trong chân không
ánh sáng truyền với vận tốc lớn nhất c ≈ 3.108 m / s .Mỗi ánh sáng đơn
sắc ( Ánh sáng có màu nhất định không bị tán sắc ) thì có chu kỳ , tần
số nhất đinh . Người ta thường dùng bước sóng của ánh sáng trong
c
chân không để đặc trưng cho ánh sáng đơn sắc λ =
f

Trang8

Ánh sáng mà ta nhìn thấy hằng ngày thường là tập hợp của nhiều
ánh sáng đơn sắc khác nhau. Ánh sáng trắng là tập hợp của tất cả các
ánh sáng có màu sắc khác nhau từ đỏ đến tím. Ta có thể quan sát thấy
điều này khi ánh sáng trắng bị tán sắc qua một lăng kính.

Sự tán sác của ánh sáng trắng khi qua lăng kính

Cầu vồng là sự tán sắc ánh sáng trắng của mặt trời khi chiếu qua
một đám mưa ở xa xa phía chân trời.

Trang9


Sự phân tích ánh sáng trắng của mặt trời thành nhiểu màu khác nhau
còn được quan sát thấy ở một váng dầu trên mặt nước , trên bong bóng
xà phòng và trên mặt đĩa CDROM .
Hiện giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai chùm sáng kết hợp khử lẩn
nhau và tăng cường lẩn nhau tạo thành các vân tối , sáng xen kẽ nhau
trong vùng gặp nhau thể hiện bản chất sóng của ánh sáng . Hiện tượng
này tương tự như hai sóng thích hợp trên mặt nước gặp nhau , nơi gặp
nhau của một gợn lồi và một gợn lỏm thì hai sóng khử lẩn nhau mặt
nước tại đó không dao động hoặc dao động yếu nhất . Chỗ gặp nhau của
hai gợn lỏm hoặc hai gợn lồi thì hai sóng tăng cường lẩn nhau , mặt
nước tại đó dao động với biên độ lớn nhất .

Thí nghiệm của Young về sự giao thoa của ánh sáng

Sự giao thoa của hai sóng trên mặt nước

2.4 Về tính chất hạt của ánh sáng :Theo thuyết lượng tử năng lượng
của Plăng các nguyên tử không bức xạ năng lượng liên tục mà thành
từng phần gián đoạn , mỗi phần có năng lượng xác định gọi là một
lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng có độ lớn tỉ lệ với tần số của
bức xạ .
ε = h. f ( h=6,625.10-34 J.s được gọi là hằng số Plăng).
Trang10


Trên cơ sở thuyết lượng tử năng lượng của Plăng. Anhxtanh đã nêu ra
thuyết lượng tử ánh sáng. Mỗi lượng tử năng lượng được xem là một
hạt sáng được gọi là photon. Thuyết lượng tử ánh sáng cho phép giải
thích hợp lý các hiện tượng quang điện, hiện tượng bức xạ hay hấp thụ
ánh sáng đơn sắc mang tính đặt trưng riêng của từng ngun tố hố học
tạo ra quang phổ vạch đặc trưng của mỗi ngun tố.
Như vậy theo thuyết lượng tử khi thắp sáng một ngọn đèn ta
hình dung từ ngọn đèn đó có các ngun tử bị kích thích đốt nóng rồi
những ngun tử này phát ra những hạt ánh sáng li ti (được gọi là
photon) truyền ra xung quanh theo những đường thẳng và đi rất nhanh (
c ≈ 3.108 m / s trong chân khơng). Mỗi loại photon có năng lượng xác định
ứng với một tần số nhất định gây ra cảm giác màu sắc nhất định lên mắt
ta nên còn gọi là ánh sáng đơn sắc. Các hạt sáng này truyền qua chân
khơng và một số mơi trường, bị hấp thụ bởi các mơi trường khác . Mơi
trường mà photon ứng với đơn sắc nào truyền qua thì ta gọi là trong
suốt đối với photon ứng với đơn sắc đó. Mơi trường hấp thụ mạnh
photon ứng với đơn sắc nào gọi là mơi trường khơng trong suốt hay mơi
trường chắn sáng đối với photon ứng với đơn sắc đó. Sự hấp thụ hay
phản xạ ánh sáng của một bề mặt vật chất cũng mang tính đặc trưng
riêng của mỗi chất chính điều này tạo nên màu sắc khác nhau của các
vật.

Từ một ngọn đèn có các photôn bắn ra theo đường
thẳng tạo thành tia sáng.

Hiện tượng quang điện: Photon đập đến một bề mặt
kim loai làm bức ra các electron

Trang11


Dựa vào hiện tượng quang điện người ta tạo ra tế bào quang
điện , quang điện trở được dùng trong các mạch điện tự động điều khiển
bởi ánh sáng, tạo ra pin quang điện để biến đổi ánh sáng mặt trời thành
điện năng .

g
aùn
s
ùng
So
Tia saùng

aùng
s
t
ï
a
H

Khái quát , để lý giải các hiện tượng vật lý khác nhau do ánh sáng tạo ra

và ứng dụng của các hiện tượng này ta phải dựạ trên các cơ sở lý thuyết
khác nhau. Về sự tạo ảnh do ánh sáng ( quang hình) thì chỉ trên cơ sở
đường truyền của ánh sáng ta giải thích được các hiện tượng. Về các
hiện tượng khác phức tạp hơn ta phải dựạ trên cả hai quan điểm khác
nhau về bản chất của ánh sáng : Ánh sáng là sóng, có bản chất là sóng
điện từ và ánh sáng là các hạt photon . mỗi photon mang năng lượng
xác định . Ta nói ánh sáng có tính lưỡng tính vừa có bản chất là sóng
vừa có bản chất hạt.
II.5
Thực hiện :
Nội sung khái quát về quang học được nêu như trên được báo cáo
qua sinh hoạt tổ chuyên môn nhằm gíup giáo viên có điều kiện trao đổi
về sự định hướng trong giảng dạy, xác định được kiến thức trong tâm
của chương , bài trong quá trình giảng dạy. Tổ chức trình chiếu , nói
chuyện chuyên đề với học sinh với thời lượng khoảng hai tiết . hình
thành cho các em ý niệm tổng thể về quang học . Gợi cho các em học
sinh tính tò mò quan sát các hiện tựơng thực tế hằng ngày và liện hệ
đến nội dung được đề cập trong sách giáo khoa . gợi được sự hứng thú ,
Sự phát sáng của một ngọn đèn .
tập trung và chủ động hơn trong học tập của học sinh.

Khi xét đến các hiện tượng về quang hình ta dựa trên cơ sỏ các
tia sáng , khi xét hiện tượng giao thoa nhiễu xạ ta dựa trên lý
Trang12
thuyết ánh sáng là sóng và khi xét hiện tượng quang điện ta phải
chấp nhận ánh sáng có tính chất hạt.


III.

HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

Qua việc xây dựng ý niệm khái quát, kiến thức cơ bản về quang học
trong chương trình vật lý phổ thông. Tôi nhận thấy trong quá trình
giảng dạy theo bài , theo chương dễ dàng định hướng cho học sinh tìm
hiểu sâu hơn từng phần và mỗi phần này dược gắn kết dễ dàng với phần
đã học trước đó. Một số hình ảnh đặc trưng và các kiến thức cơ bản
nhất có tác dụng như một cái giá để các em học sinh lần lượt móc vào
đó các chùm kiến thức được học qua từng bài từng chương, hình thành
kiến thức một cách hệ thống và bền vững hơn .
VI . ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

Trong chương trình vật lý phổ thông hiện nay thời lượng dành cho việc
ôn tập hệ thống kiến thức sau mội chương học hay giới thiệu khái quát
một nội dung lớn được tìm hiểu qua nhiều bài nhiều chương chưa được
chú trọng. Theo tôi phải dành 1 đến 2 tiết học cho mổi phần để ôn tập
hệ thống kiến thức cho học sinh sau khi học qua hoặc giới thiệu nội
dung chính và phân tích ý nghĩa thực tế của nội dung được học ở đầu
mổi chương, mổi phân môn vật lý.
”Hình thành kiến thức tổng quan về ánh sáng cho học sinh” là nội
dung đưa vào sinh hoạt chuyên đề trong tổ vật lý – kỷ thuật ở trường
THPT Điểu Cải , được sự quan tâm cùa nhiều thầy cô bộ môn và có
những nhận xét tích cực. Tuy nhiên việc xây dựng nội dung cũng như
triển khai thực hiện không tránh khỏi một số khiếm khuyết , mong
quý thấy cô và bạn đọc góp ý để nội dung chuyên đề được hoàn thiện,
tối ưu hơn.Tôi xin chân thành cảm ơn qúi thầy cô và bạn đọc, chúc
quý vị dồi dào sức khỏe.
NGƯỜI THỰC HIỆN

LÊ XUÂN ĐOAN

Trang13