Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học sóng ánh sáng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.14 MB, 76 trang )
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG TRỊ
TOÀN VĂN GIẢI PHÁP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO
TRONG DẠY HỌC SÓNG ÁNH SÁNG
Thái Ngọc Ánh, giáo viên Trường THPT Vĩnh Định, Quảng Trị
Nguyễn Thị Xuân Hiền, giáo viên Trường THPT Chu Văn An, Quảng Trị
BÀI DỰ THI CHƢƠNG TRÌNH
“TRI THỨC TRẺ VÌ GIÁO DỤC” NĂM 2016
QUẢNG TRỊ, THÁNG 8 NĂM 2016
ii
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG TRỊ
TOÀN VĂN GIẢI PHÁP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO
TRONG DẠY HỌC SÓNG ÁNH SÁNG
Tác giả: Thái Ngọc Ánh. Sinh năm 1981 tại Quảng Trị
Nguyễn Thị Xuân Hiền. Sinh năm 1986 tại Quảng Trị
BÀI DỰ THI CHƢƠNG TRÌNH
“TRI THỨC TRẺ VÌ GIÁO DỤC” NĂM 2016
QUẢNG TRỊ, THÁNG 8 NĂM 2016
i
LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan những nội dung và kết quả nghiên
cứu trong đề tài là trung thực, do chúng tôi nghiên cứu và chưa
một ai trong nước công bố. Các số liệu khác đều được sự đồng ý
của các thành viên nghiên cứu trong nhóm, nếu sai tôi sẽ chịu
hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật.
Đại diện nhóm nghiên cứu
Thái Ngọc Ánh
ii
LỜI CÁM ƠN
Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Ban Giám đốc Sở
Giáo dục và Đào tạo Quảng Trị đã nhiệt tình chỉ đạo, định hướng, giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất cho chúng tôi trong quá trình nghiên cứu và tham
gia Chương trình “Tri thức trẻ vì giáo dục” năm 2016.
Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu các Trường
THPT Vĩnh Định và Trường THPT Chu Văn An đã tạo điều cho chúng tôi hoàn
thành đề tài.
Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ Vật lý –
Trường THPT Nguyễn Huệ, Trường THPT Vĩnh Định, Trường THPT Đông Hà,
Trường THPT Chu Văn An, tập thể Hội đồng bộ môn Vật lý Quảng Trị, Hội
giảng dạy Vật lý Việt Nam, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam đã động viên,
góp ý cho chúng tôi trong thời gian qua.
Xin cám ơn các cơ quan truyền thông: Báo Quảng Trị, Đài Phát thanh
Truyền hình Quảng Trị đã đưa tin kịp thời các kết quả nghiên cứu.
Cuối cùng chúng tôi xin dành tất cả tình cảm sâu sắc đến gia đình, người
thân, bạn bè, đồng nghiệp và toàn thể học sinh đã chia sẽ, ủng hộ và giúp đỡ tôi
về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thời gian chúng tôi thực hiện đề tài và
thực nghiệm sư phạm.
Thị xã Quảng Trị, tháng 8 năm 2016
Nhóm tác giả
iii
TIỀN ĐỀ ĐỂ TẠO RA GIẢI PHÁP
Ở phòng bộ môn các trường THPT đã được Bộ GD- ĐT cung cấp một số thiết
bị thí nghiệm vật lý, tuy nhiên số lượng học sinh trong một trường THPT đông, nhiều
thiết bị thí nghiệm thiếu, đắt tiền, dễ hư hỏng, cồng kềnh nên chưa đáp ứng tối ưu nhu
cầu dạy và học. Ví dụ ở trường THPT, máy quang phổ, dao động ký, thí nghiệm hiện
tượng quang phát quang, thí nghiệm kiểm chứng hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chưa
có, các thí nghiệm về kiểm tra đặc tính của bán dẫn, … còn thiếu.
Nhiều thiết bị thí nghiệm không có trong danh mục các thiết bị thí nghiệm cần
thiết ở trường THPT nhưng qua thực tế giảng dạy lại cần thiết.
iv
Mục lục
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................................... ii
TIỀN ĐỀ ĐỂ TẠO RA GIẢI PHÁP ......................................................................................iii
Mục lục ..................................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..........................................................................................viii
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ....................................................................................................................1
II. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................................1
1. Phạm vi đề tài ...............................................................................................................................1
2. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................................................2
III. Mục tiêu của đề tài .........................................................................................................................2
IV. Lịch sử nghiên cứu .........................................................................................................................2
V. Giới hạn của đề tài...........................................................................................................................3
VI. Tiêu chí của nhóm tác giả ..............................................................................................................3
NỘI DUNG ................................................................................................................................ 4
Chƣơng 1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ DÙNG CÁCH
TỬ NHIỄU XẠ TRONG DẠY HỌC Ở TRƢỜNG THPT ................................................... 8
1.1. Thiết kế, chế tạo máy quang phổ dùng cách tử .............................................................................8
1.1.1. Khe chuẩn trực .......................................................................................................................9
1.1.2. Cách tử nhiễu xạ [9] ............................................................................................................ 10
1.1.3. Đầu thu tín hiệu ................................................................................................................... 11
1.1.4. Hộp đen ............................................................................................................................... 11
1.1.5. Xử lý tín hiệu [10] ............................................................................................................... 13
1.2. Lắp ráp thí nghiệm ..................................................................................................................... 14
1.3. Sử dụng trong dạy học ............................................................................................................... 14
1.3.1. Đo quang phổ liên tục ......................................................................................................... 15
v
1.3.2. Đo Quang phổ vạch phát xạ .............................................................................................. 15
1.3.3. Đo quang phổ hấp thụ ......................................................................................................... 16
1.3.4. Dùng máy quang phổ để dạy bài Các loại Quang phổ (VL 12) .......................................... 16
Chƣơng 2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ LĂNG KÍNH
TRONG DẠY HỌC Ở TRƢỜNG THPT ............................................................................. 18
2.1. Chế tạo máy quang phổ .............................................................................................................. 18
2.2. Lắp ráp máy quang phổ .............................................................................................................. 18
2.3. Sử dụng máy quang phổ trong dạy học[2] ................................................................................ 19
2.3.1. Hướng dẫn chung sử dụng máy quang phổ trong dạy học .................................................. 19
2.3.2. Hướng dẫn chi tiết sử dụng máy quang phổ trong dạy học ................................................. 20
2.3.3. Dùng máy quang phổ để dạy bài Máy quang phổ (MQP), các loại quang phổ (vật lý 12 NC)
và bài các loại quang phổ (Vật lý 12 cơ bản) ................................................................................ 21
Chƣơng 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TỔNG HỢP ÁNH
SÁNG TRẮNG........................................................................................................................ 24
3.1. Chế tạo bộ TN về tổng hợp ánh sáng trắng bằng đĩa màu [1,2] ................................................. 24
3.1.1 Chế tạo đĩa màu Newton ...................................................................................................... 24
3.1.2 Chế tạo vòng tròn màu Newton bằng phương pháp in màu trên giấy Decal........................ 24
3.2. Thiết kế, chế tạo và cải tiến thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng dùng lăng kính ..................... 25
3. 3. Sử dụng vòng tròn màu Newton và bộ TN tổng hợp ánh sáng trắng dùng lăng kính ............... 26
Chƣơng 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM BIỂU DIỄN
HIỆN TƢỢNG NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VẬT LÝ 12 ......................... 28
4.1. Chế tạo TN biểu diễn nhiễu xạ ánh sáng .................................................................................... 28
4.2. Chế tạo TN biểu diễn giao thoa ánh sáng.................................................................................. 29
4.3. Lắp ráp bộ TN biểu diễn nhiễu xạ ánh sáng ............................................................................... 30
4.4. Lắp ráp bộ TN biểu diễn giao thoa ánh sáng.............................................................................. 30
4.5. Dùng bộ TN biểu diễn nhiễu xạ ánh sáng và bộ TN biểu diễn giao thoa ánh sáng (Tiết 58, 59
Vật lý 12 nâng cao; tiết 43 Vật lý 12 cơ bản)................................................................................... 31
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 34
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................................. 35
vi
CÁC THIẾT BỊ DẠY HỌC TỰ LÀM ĐƢỢC VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC
VIỆT NAM TUYỂN CHỌN VÀ NHÂN RỘNG TRONG TOÀN QUỐC ........................ 36
GIẢI THƢỞNG KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ .............................................................. 36
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH MÀ TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ TỪ NĂM 2009 ĐẾN
NAY KHÔNG LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ......................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 38
Phụ lục 1. Các Hội Nghị và Hội thảo Khoa học đã tham gia .............................................. 39
Phụ lục 2: Công văn số 155/VKHGDVN-CSVS ngày 23 tháng 4 năm 2015 của Viện
Khoa học Giáo dục Việt Nam ................................................................................................ 42
Phụ lục 4 Mẫu vòng tròn màu bằng phƣơng pháp in màu Decal, In màu sau đó dán vào
đĩa CD (mẫu có kích thƣớc đúng bằng đĩa CD)................................................................... 48
Phụ lục 5 Danh sách học đạt giải Sáng tạo thanh thiếu niên nhi đồng toàn quốc lần 11
năm 2015 .................................................................................................................................. 48
Phụ lục 6 Mẫu các khe Young và khe nhiễu xạ đƣợc thiết kế để in laser ......................... 49
Phụ lục 7 Chứng nhận đạt giải thƣởng sáng tạo kỹ thuật Quảng Trị lần V (2012-2013)
và lần VI (2014-2015) ............................................................................................................. 50
Phụ lục 8: Hai bài báo khoa học năm 2016 (Đã gửi bài, chƣa xuất bản) .......................... 51
Bài báo 1: Đã gửi tới Hội nghị vật lý thừa thiên Huế năm 2016 ....................................................... 51
Bài báo 2: Gửi tới Hội thảo dạy học vật lí theo định hướng phát triển năng lực tại Trường ĐHSP Hà
Nội ..................................................................................................................................................... 57
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1 Các loại nguồn sáng ....................................................................................................... 4
Hình 2 Đèn sợi đốt wolfram ...................................................................................................... 5
Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý máy quang phổ dùng cách tử nhiễu xạ ........................................... 8
Hình 1. 2 Sơ đồ thiết kế máy quang phổ ................................................................................... 8
Hình 1. 3 Sơ đồ lắp ráp máy quang phổ .................................................................................... 9
Hình 1. 4 Khe chuẩn trực[9] ...................................................................................................... 9
Hình 1. 5 Dùng kéo cắt một dĩa DVD đã hỏng........................................................................ 10
Hình 1. 6 Tách hai mặt DVD ra khỏi nhau .............................................................................. 10
Hình 1. 7 Cắt một miếng DVD hình chữ nhật có kích thước (2cm x 3cm) ............................. 10
Hình 1. 8 Webcam ................................................................................................................... 11
Hình 1. 9 Lắp đặt webcam ....................................................................................................... 11
Hình 1. 10 Hộp đen ................................................................................................................. 12
Hình 1. 11 Hình dạng bên ngoài máy quang phổ .................................................................... 13
Hình 1. 12 Giao diện của phần mềm đo quang phổ trực tuyến ............................................... 13
Hình 1. 13 Lắp đặt bộ thí nghiệm ............................................................................................ 14
Hình 1. 14 Sơ đồ thực tế của phép đo Quang phổ dùng trong dạy học Chương sóng ánh sáng
........................................................................................................................................... 15
Hình 1. 15 Kết quả quan sát Quang phổ liên tục của bóng đèn dây tóc 220V-40W ............... 16
Hình 1. 16 Kết quả quang phổ vạch phát xạ của đèn compact (ylkon 220V- 11W) ............... 16
Hình 1. 17 Kết quả đo quang phổ hấp thụ của dung dịch mực xanh ....................................... 17
Hình 2. 1 Ống chuẩn trực ......................................................................................................... 18
Hình 2. 2 Lăng kính tam giác .................................................................................................. 18
Hình 2. 3 Máy quang phổ ........................................................................................................ 18
Hình 2. 4 Quan sát quang phổ liên tục phụ thuộc nhiệt độ ...................................................... 23
Hình 3. 1Vòng tròn màu bằng phương pháp dán giấy màu ..................................................... 24
Hình 3. 2 Vòng tròn màu được vẽ trên máy vi tính ................................................................. 24
Hình 3. 3 Sơ đồ lắp ráp vòng tròn màu .................................................................................... 24
Hình 3. 4 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng dùng lăng kính ................... 25
Hình 3. 5 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng dùng lăng kính cải tiến ........ 25
Hình 3. 6 Tổng hợp ánh sáng trắng bằng máy quang phổ với hai lăng kính ........................... 26
Hình 4. 1 Khe nhiễu xạ chế tạo bằng cách ghép hai dao lam sát nhau .................................... 28
Hình 4. 2 Khe chắn sáng .......................................................................................................... 28
Hình 4. 3 Khe Young ............................................................................................................... 28
Hình 4. 4 Khe Young được cấu tạo theo phương pháp ghép hai dao lam gần nhau ............... 29
Hình 4. 5 Bộ TN biểu diễn nhiễu xạ ánh sáng ......................................................................... 30
Hình 4. 6 Hình ảnh giao thoa sóng ánh sáng quan sát được trên màn quan sát ....................... 31
Hình 4. 7 Học sinh làm thí nghiệm biểu diễn nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng ........................ 32
Hình 4. 8 Thí nghiệm biểu diễn hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng ............................................... 33
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Bảng dự trù các nguyên vật liệu cho các bộ thí nghiệm .............................................. 5
Bảng 2. 1 Hệ thống các bài trong Chương trình Vật lý phổ thông có dùng đến máy Quang
phổ ..................................................................................................................................... 19
Bảng 3. 1 Hệ thống các bài trong Chương trình Vật lý phổ thông có dùng đến vòng tròn màu
........................................................................................................................................... 26
Bảng 4. 1 Hệ thống các bài trong Chương trình Vật lý phổ thông có dùng đến khe nhiễu xạ
và khe Young [2] ............................................................................................................... 30
1
MỞ ĐẦU
-------------------I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Với môn vật lý (VL) lớp 12, các bài học và các khái niệm về giao thoa ánh
sáng, về nhiễu xạ ánh sáng, về quang phổ, về quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt
độ, ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng, … là các khái niệm hết sức khô khan và khá trừu
tượng. Điều đó làm cho học sinh khó hình dung nội dung bài học, đôi khi còn hiểu
nhầm các khái niệm và các hiện tượng vật lý với nhau.
Thực tế giảng dạy hiện nay ở các trường THPT trong tỉnh Quảng Trị nói riêng
và trong toàn quốc nói chung, một số thiết bị thí nghiệm về sóng ánh sáng đã được Bộ
Giáo dục & Đào tạo cung cấp khá đầy đủ cho Phòng bộ môn ở các trường. Tuy nhiên,
số lượng học sinh(HS) trong một trường THPT đông, nhiều thiết bị thí nghiệm thiếu,
đắt tiền, dễ hư hỏng, cồng kềnh. Điều kiện thời tiết khắc nghiệt làm cho đồ dùng dạy
học nhanh chống xuống cấp và hư hỏng, ví dụ: Khe Young trong thí nghiệm Young,
các mạch điện tử, các nguồn sáng.
Nhiều thiết bị thí nghiệm không có trong danh mục các thiết bị trường học
nhưng cần thiết để giảng dạy chương sóng ánh sáng như: Bộ thí nghiệm nhiễu xạ ánh
sáng, máy quang phổ, máy quang phổ cách tử nhiễu xạ kết nối với máy vi tính để quan
sát quang phổ liên tục của đèn sợi đốt, quang phổ vạch phát xạ của đèn ống, …
Do đó, việc “Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học sóng ánh
sáng” là cần thiết cho việc truyền đạt các kiến thức về sóng ánh sáng đến các học sinh.
Toàn bộ các thí nghiệm, bắt đầu từ những dụng cụ hết sức đơn giản và dễ tìm
kiếm. Như thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng: chỉ với một đèn Laser, màn quan
sát và khe Young làm bằng phương pháp ghép lưỡi lam hoặc Laser in là học sinh có
thể quan sát được hiện tượng giao thoa ánh sáng. Hay kết hợp giữa vòng tròn màu,
máy quang phổ và đèn chiếu để học bài tán sắc ánh sáng; máy quang phổ cách tử
nhiễu xạ kết nối với máy vi tính để quan sát quang phổ liên tục và quang phổ vạch
phát xạ trong việc dạy học trực quan các loại quang phổ ánh sáng.
Qua những bài thí nghiệm này đã góp phần giúp học sinh phát huy tối đa năng
lực sáng tạo, tự tìm tòi học hỏi và tự chủ động làm ra các thiết bị rẽ tiền tương tự để
phục vụ thí nghiệm thực hành từ đó nhen nhóm những đam mê nghiên cứu và học tập
tốt hơn.
II. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
1. Phạm vi đề tài
Chương trình sách giáo khoa môn Vật Lý 12 cấp THPT, chương Sóng ánh
sáng.
2
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Các bộ thí nghiệm có trong danh mục và không có trong danh mục các thiết bị
trường học Chương sóng ánh sáng Vật lý 12.
III. Mục tiêu của đề tài
1. Tạo ra được các bộ thí nghiệm không có trong danh mục thiết bị trường học
nhưng cần thiết cho thực tế giảng dạy. Ví dụ: Bộ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng,
máy quang phổ dùng cách tử nhiễu xạ kết nối với máy vi tính cho phép quan sát
được quang phổ liên tục của đèn sợi đốt, đèn Led trắng, quan sát quang phổ vạch
phát xạ của đèn compact, đèn hơi thủy ngân,…
2. Tạo ra bộ thí nghiệm quan sát được quang phổ liên tục phụ thuộc nhiệt độ, quan
sát được hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ ánh sáng.
3. Tạo ra được khe Young và khe nhiễu xạ bằng phương pháp in laser để thay thế
cho các khe này bị xuống cấp trong các phòng thí nghiệm vật lý. Tạo ra được
vòng tròn màu bằng phương pháp in màu.
4. Chủ động chế tạo ra các thiết bị thí nghiệm đơn giản rẻ tiền, dễ chế tạo, dễ áp
dụng vào các tình huống dạy học trên cơ sở các vật liệu dễ tìm kiếm: tạo ra được
các nguồn sáng đa dạng phục vụ cho việc nghiên cứu tính chất sóng của ánh
sáng.
5. Bồi dưỡng năng lực kỹ thuật cho học sinh, giúp các em định hướng nghề nghiệp
sau này. Đồng thời giáo dục học sinh thái độ bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng
lượng.
6. Giúp nhen nhóm cho học sinh niềm đam mê nghiên cứu sáng tạo, từ đó góp
phần tạo cho các em yêu thích môn vật lý và học tập tốt hơn môn học này. Đồng
thời giúp các em tự tin tham gia các cuộc thi sáng tạo khoa học như Intel Isef,
tham gia cuộc thi Sáng tạo trẻ, …
IV. Lịch sử nghiên cứu
Năm 2009 chúng tôi bắt đầu tham gia đề tài ở giai đoạn sơ khai.
Năm 2012, tham gia Báo cáo tại Hội nghị khoa học trẻ lần VII tại ĐHSP Hà
Nội 2; chia sẽ kinh nghiệm tại chuyên đề Vật lý cấp tỉnh Quảng Trị.
Năm 2013, tham gia thi sáng tạo kỹ thuật Cấp tỉnh với đề tài: Nghiên cứu, thiết
kế, chế tạo một số thiết bị thí nghiệm vật lý sử dụng trong dạy học ở Trường trung học
phổ thông, Đạt giải 3 cấp tỉnh.
Năm 2014, tại Hội thảo “ Sử dụng thiết bị vật lý trong dạy học và ứng dụng vào
đổi mới phương pháp ở trường THPT”, chúng tôi đã chuyên giao công nghệ chế tạo
máy Quang phổ cho 6 trường THPT trên địa bàn đó là các Trường THPT Chu Văn An,
3
THPT TX Quảng Trị, THPT Triệu Phong, THPT Vĩnh Định, THPT Nguyễn Huệ,
THPT DT Nội trú tỉnh Quảng Trị.
Tháng 4 năm 2015, “Bộ TN sử dụng trong dạy học sóng ánh sáng” được Viện
Khoa học Giáo dục Việt Nam tuyển chọn và nhân rộng trong toàn quốc.
Tháng 10 năm 2015, được Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam mời Tập huấn
chuyên đề: Chế tạo bộ thí nghiệm trong dạy học sóng ánh sáng, tại Hội thảo tập huấn
về thiết bị dạy học và thiết bị dạy học tự làm THPT cho toàn bộ Giáo viên THPT trên
toàn quốc.
Năm 2016, chúng tôi đã hoàn thiện 2 bài báo đã gửi các hội nghị, hội thảo: Hội
thảo dạy học vật lí theo định hướng phát triển năng lực tại Trường ĐHSP Hà Nội và
Hội nghị vật lý thừa thiên Huế tại Trường ĐHKH Huế.
Tháng 7 năm 2016, hoàn thiện báo cáo toàn văn và tham gia Hội thi “Chương
trình tri thức trẻ vì giáo dục năm 2016”
V. Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ dừng lại giới thiệu cách thiết kế, chế tạo và hướng dẫn cách sử dụng
các thí nghiệm tự tạo.
Đề tài giới thiệu các kết quả đạt được của việc nghiên cứu: Vận dụng vào đổi
mới phương pháp giảng dạy, chuyển giao công nghệ cho các đơn vị bạn.
VI. Tiêu chí của nhóm tác giả
Đề tài được nghiên cứu với mục đích phục vụ cho ngành giáo dục, không vì
mục đích thương mại nên các công trình được nhóm tác giả chia sẽ, tập huấn và
chuyển giao cho tất cả các giáo viên trên toàn tỉnh và trên toàn quốc.
4
NỘI DUNG
Trong các hiện tượng vật lý liên quan đến sóng ánh sáng, để kết quả thí nghiệm
đạt được một cách trực quan rõ ràng thì vai trò của các nguồn sáng hết sức quan trọng.
Chúng tôi đã thiết kế và chế tạo ra một số các nguồn sáng phục vụ cho các thí
nghiệm trong chương trình Vật lý THPT
Chế tạo nguồn sáng[1,2,5]
Trong dạy học, cần sử dụng các nguồn sáng trắng và các nguồn đơn sắc với
cường độ sáng đủ mạnh, tiện sử dụng, phù hợp với yêu cầu phần thí nghiệm. Chúng tôi
dùng đèn halogen loại 12V, đèn sợi đốt (220V – 40W), đèn Compact (220V-11W),
đèn hơi hidro và đèn Led trắng có bán trên thị trường, với giá cực rẻ.
Nguồn đơn sắc: Chúng tôi sử dụng đèn Led đỏ, xanh, vàng và tìm. Ngoài ra
chúng tôi cũng dùng laser bán dẫn với bức xạ bước sóng trung bình cỡ 640nm. Trong
khi thí nghiệm cần các nguồn sáng đặt đúng vị trí của ống chuẩn trực và hội tụ tại ống
chuẩn trực vì vậy việc đặt giá đỡ nguồn sáng cần được coi trọng. Thường các giá đỡ
nguồn sáng chúng tôi gắn vào một nam châm để dễ dàng trong việc gắng vào bảng từ.
Nguồn điện cung cấp cho các nguồn sáng trên được lấy từ biến áp nguồn loại
đầu ra 12V có thể điều khiển được hiệu điện thế đầu ra, dùng pin và dùng trực tiếp
điện xoay chiều 220V – 50Hz.
Hình 1 Các loại nguồn sáng
(1): Đèn halogen (12V); (2): Đèn đã gắn vào giá đèn; (3): Đèn Led đã gắn vào giá đèn; (4):
Đèn Compact
5
Hình 2 Đèn sợi đốt wolfram
Trước khi chế tạo một dụng cụ thí nghiệm, chúng tôi căn cứ vào cơ sở lý thuyết
của bài học, từ đó thiết kế, cải tiến các dụng cụ thí nghiệm để phù hợp với yêu cầu của
thí nghiệm và yêu cầu cụ thể của tiết dạy. Đồng thời, phù hợp với điều kiện thực tế
giảng dạy của địa phương. Trên cơ sở đó, chúng tôi đưa ra dự trù các vật liệu như bảng
1.
Sau khi chế tạo và lắp ráp xong, chúng tôi đưa ra hướng dẫn để sử dụng.
Quy trình thiết kế, chế tạo được chúng tôi áp dụng vào thực tế giảng dạy và
hướng dẫn cho các học sinh làm theo, từ đó giúp các em nảy sinh các ý tưởng sáng tạo
và yêu thích hơn môn vật lý.
Bảng 1 Bảng dự trù các nguyên vật liệu cho các bộ thí nghiệm
Bộ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
1
Dao lam
cái
1
2.000
2
Cuộn băng keo
cái
1
2.000
3
Đèn Laser
cái
1
10.000
4
Kẹp nhựa
cái
4
1000
Tự kiếm
6
TỔNG
15.000
Bộ thí nghiệm giao thoa ánh sáng
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
1
Dao lam
cái
1
2.000
Tự kiếm
2
Kim khâu
cái
1
1.000
Tự kiếm
3
Đèn Laser
cái
1
10.000
4
Kẹp nhựa
cái
4
1000
TỔNG
14.000
Bộ thí nghiệm nhiễu xạ và giao thoa chế tạo bằng phƣơng pháp in laser
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
1
Giấy in bản trong suốt chịu nhiệt
cái
1
1.000
2
Bìa cứng
cái
1
1.000
3
Đèn Laser
cái
1
10.000
TỔNG
Tự kiếm
12.000
Bộ thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng dùng vòng tròn màu Newton
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
1
In màu giấy A4
Tờ
1
5.000
2
Mô tơ 12V - DC
cái
1
12.000
TỔNG
Tự kiếm
17.000
Máy quang phổ lăng kính1
1
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
1
Thấu kính hội tụ
f = (60 – 80)
1
40.000
2
Ống nhựa
= 28; l =60 1
3
Bóng đèn dây tóc 12V=24V
1
10.000
4
Nam châm gắn bẳng
3
3.000
Bộ TN tổng hợp ánh sáng trắng dùng lăng kình thì chỉ cần thêm 1 lăng kính đặt ngược
Tự kiếm
Tự kiếm
Mua
7
5
Lăng kính: Mƣợn ở phòng TN
TỔNG
53.000
Máy quang phổ dùng cách tử nhiễu xạ
TT
Tên vật liệu
Đơn vị
1
Ống giấy hoặc hộp nhựa
300x200x100
2
Một dĩa CD hỏng
3
Một lưỡi dao lam
4
Băng keo
5
wedcam
Số lượng
Giá tiền Ghi chú
Tự kiếm
Tự kiếm
1
2.000
1.000
Cái
1
TỔNG
150.000
155.000
Chúng tôi đã thống nhất chia Nội dung thành 4 chương chính
Chƣơng 1: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ
DÙNG CÁCH TỬ NHIỄU XẠ TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPT
Chƣơng 2 : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ
LĂNG KÍNH TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPT
Chƣơng 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TỔNG
HỢP ÁNH SÁNG TRẮNG
Chƣơng 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM BIỂU
DIỄN HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VẬT LÝ 12
Ngoài ra, chúng tôi còn có liệt kê các công trình liên quan đến đề tài đã công bố
và đã nghiệm thu.
Để chi tiết hơn chúng tôi có liệt kê một số minh chứng ở phần phụ lục.
8
Chƣơng 1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ
DÙNG CÁCH TỬ NHIỄU XẠ TRONG DẠY HỌC Ở TRƢỜNG THPT
1.1. Thiết kế, chế tạo máy quang phổ dùng cách tử
Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý máy quang phổ dùng cách tử nhiễu xạ
(1): Nguồn sáng; (2): Khe chuẩn trực; (3): Hệ tán sắc; (4): Đầu thu tín hiệu; (5): Xử
lý tín hiệu; (6): Máy vi tính
Khe chuẩn trực (2): Bề rộng của khe là 0,02mm; cách chế tạo xem mục 1.1.1
Hệ tán sắc (3) là cách tử nhiễu xạ được chế tạo xem mục 1.1.2
Đầu thu tín hiệu (4) là Máy ảnh hoặc Webcam được chế tạo như mục 1.1.3
Hình 1. 2 Sơ đồ thiết kế máy quang phổ
Các thiết bị này được gắn cố định trên một tấm gỗ nhỏ và đặt trong một hộp đen
như hình 1.3
9
Hình 1. 3 Sơ đồ lắp ráp máy quang phổ
1.1.1. Khe chuẩn trực
Chế tạo từ một cái lưỡi lam và miếng giấy bìa, băng keo
Dùng kéo cắt đôi lưỡi dao như hình dưới
Lưỡi dao lam
Dùng kéo cắt ra hai nữa và gép lại
Làm khung giấy
Lắp ghép khe chuẩn trực
Hình 1. 4 Khe chuẩn trực[9]
10
1.1.2. Cách tử nhiễu xạ [9]
Chế tạo từ một đĩa DVD đã hỏng
Hình 1. 5 Dùng kéo cắt một dĩa DVD đã hỏng
Hình 1. 6 Tách hai mặt DVD ra khỏi nhau
Hình 1. 7 Cắt một miếng DVD hình chữ nhật có kích thước (2cm x 3cm)
11
1.1.3. Đầu thu tín hiệu
Ta dùng một webcam trên thị trường loại mini webcam, càng nhỏ thì càng dễ
lắp đặt, xem hình 1.8
Hình 1. 8 Webcam
Chú ý điều chỉnh tiêu cự của thấu kính webcam là 20cm đúng bằng chiều dài từ
thấu kính đến khe chuẩn trực. Lắp webcam nghiêng góc 450 so với mặt phẳng nằm
ngang, miếng cách tử dán trên ống kính của webcam.
Hình 1. 9 Lắp đặt webcam
1.1.4. Hộp đen
Cắt tấm bìa màu đen theo hình 1.10. Sau khi lắp rạp các thiết bị cách tử nhiễu
xạ, wedcam vào trong hộp đen, ta có hình dạng bên ngoài máy quang phổ như hình
1.11
12
80
300
80
60
300
80
80
80
Hình 1. 10 Hộp đen
13
Hình 1. 11 Hình dạng bên ngoài máy quang phổ
1.1.5. Xử lý tín hiệu [10]
Để xử lý tín hiệu thu được từ đầu thu tín hiệu ta dùng Phần mềm đo quang phổ
mã nguồn mở từ . Để tiện sử dụng thì người dùng nên
đăng kí một tài khoản trên trang web.
Hình 1. 12 Giao diện của phần mềm đo quang phổ trực tuyến
14
1.2. Lắp ráp thí nghiệm
Hình 1. 13 Lắp đặt bộ thí nghiệm
(1) Nguồn sáng; (7) Nơi để mẫu đo hấp thụ; (2) Khe chuẩn trực; (8) Hộp đen; (9) dây kết nối
máy quang phổ và máy vi tính qua cổng USB; (6) máy vi tính có kết nối Internet.
1.3. Sử dụng trong dạy học
Máy quang phổ dùng cách tử nhiễu xạ được dùng trong dạy học để đo quang
phổ liên tục đèn sợi đốt, đo quang phổ vạch phát xạ của đèn Compact các loại, đèn hơi
thủy ngân và đo quang phổ vạch hấp thụ của một số chất lỏng, chất khí.
Ứng dụng trong dạy học liên môn với môn hóa học trong việc xác định thành
phần cấu tạo một số chất, đo độ ô nhiễm của nước.
Sau đây chúng tôi trình bày cách đo quang phổ liên tục, phát phổ vạch phát xạ
và quang phổ hấp thụ.
Các bƣớc để đo quang phổ:
Bƣớc 1: Lắp nguồn sáng (1) vào
Bƣớc 2: Mở máy vi tính và kết nối mạng Internet, mở trang wed:
, vào tài khoản cá nhân đã chọn.
15
Bƣớc 3: Bật khóa để nguồn sáng (1) sáng và tiến hành đo quang phổ. (Với
phép đo quang phổ hấp thụ thì nguồn sáng (1) nhất thiết là đèn sợi đốt, ở vị trí (7) ta
đặt vật hấp thụ vào).
Bƣớc 4: Lưu kết quả đo trong tài khoản cá nhân để có thể dùng sau này.
Bƣớc 5: Tắt máy và tháo rời các dụng cụ.
1.3.1. Đo quang phổ liên tục
Phép đo này giúp học sinh quan sát được một cách trực quan quang phổ liên tục
của đèn dây tóc. Chọn nguồn (1) là đèn dây tóc 220V-40W.
Hộp đen
Khay để mẫu
Nguồn sáng
Khóa điện
Hình 1. 14 Sơ đồ thực tế của phép đo Quang phổ dùng trong dạy học Chương sóng ánh sáng
1.3.2. Đo Quang phổ vạch phát xạ
Để quan sát quang phổ vạch phát xạ của một nguồn sáng ta thay nguồn sáng (1)
bằng một đèn hơi bất kí. Ví dụ: Đèn hơi thủy ngân hay đèn Compact. Ở đây, ta dùng
đèn Compact (ylkon 220V- 11W). Đây là loại đèn mà ngày nay được dùng phổ biến
trong các hộ gia đình thay thế có đèn sợi đốt.
