Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học Vật lí lớp 12 trường THPT

Mục tiêu của nghiên cứu "Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học Vật lí lớp 12 trường THPT" là chế tạo được thiết bị thí nghiệm về lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng để sử dụng trong dạy học vật lí 12 THPT nhằm nâng cao chất lượng kiến thức và phát triển năng lực hoạt động thực nghiệm và năng lực sáng tạo của học sinh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học Vật lí lớp 12 trường THPT KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ TÍNH CHẤT SÓNG – HẠT CỦA ÁNH SÁNG DÙNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 12 TRƢỜNG THPT Vũ Thị Nguyệt Ánh, Đỗ Thị Huệ, Trần Việt Hùng Lớp K60A, Hoàng Ngọc Cầm, Đặng Thị Thu Hiền, Lớp K61A, Khoa Vật lí GVHD: TS. Nguyễn Văn Biên, TS. Dương Xuân Quý, TS. Nguyễn Anh Thuấn Tóm tắt: Trong dạy học Bộ môn vật lí ở trường THPT, một số kiến thức hiện đại về quang học được trình bày ở lớp 12 giúp tạo nên bức tranh trọn vẹn về Ánh sáng cho học sinh. Đây là kiến thức về sự truyền ánh sáng theo quy luật sóng với bản chất là sóng điện từ và tính chất lượng tử của ánh sáng với mô hình photon thể hiện tính chất lưỡng tính sóng- hạt ánh sáng. Thực tế dạy học phần kiến thức này, hầu hết là sự truyền thụ một chiều, học sinh tiếp thu kiến thức một cách thụ động do thiếu thiết bị thí nghiệm (hiện chỉ có 03 thiết bị thí nghiệm dùng thực hiện được 03 thí nghiệm dành cho việc dạy học 2 chương này). Do đó không tạo điều kiện để thực hiện việc dạy học theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực sáng tạo của học sinh. Đề tài: “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học vật lí lớp 12 trường THPT…” đã chế tạo được một bộ thiết bị thí nghiệm để thực hiện được 10 thí nghiệm dùng trong dạy học các kiến thức về tính chất sóng – hạt của ánh sáng. Cụ thể: Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng; khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp; khảo sát hiện nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn; khảo sát hoạt động của quang trở; khảo sát hiện tượng phân cực ánh sáng đối với ánh sáng LED trắng và LASER, nghiệm lại biểu thức của định luật Malus; xác định độ lưỡng chiết của mica mỏng; khảo sát sự phụ thuộc góc quay của mặt phẳng phân cực vào nồng độ dung dịch đường; xác định hằng số Planck nhờ đèn LED và ánh sáng của dây tóc bóng đèn đốt nóng; khảo sát ba định luật quang điện ngoài. Việc thực hiện các thí nghiệm này tạo điều kiện cho học sinh chiếm lĩnh được kiến thức xuyên suốt, sâu sắc về tính chất sóng- hạt của ánh sáng và tạo cơ hội phát triển năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt động sáng tạo của học sinh. Thiết bị thí nghiệm được chế tạo từ các linh kiện, vật liệu có sẵn trên thị trường Việt Nam với giá thành rẻ có thể sản xuất hàng loạt để cung cấp cho các trường phổ thông (kể cả các trường chuyên) trên toàn quốc. Từ khóa: Phân cực, giao thoa, nhiễu xạ, ánh sáng, hằng số Planck, định luật Malus. I. MỞ ĐẦU Trong dạy học Bộ môn vật lí ở trƣờng THPT, một số kiến thức hiện đại về quang học đƣợc trình bày ở lớp 12 giúp tạo nên bức tranh trọn vẹn về Ánh sáng cho học sinh. Đây là kiến thức về sự truyền ánh sáng theo quy luật sóng với bản chất là sóng điện từ và tính chất lƣợng tử của ánh sáng với mô hình photon thể hiện tính chất lƣỡng tính sóng- hạt ánh sáng. Thực tế dạy học phần kiến thức này, hầu hết là sự truyền thụ một chiều, học sinh tiếp thu kiến thức một cách thụ động do thiếu thiết bị thí nghiệm (hiện chỉ có 03 thiết bị thí nghiệm dùng thực hiện đƣợc 03 thí nghiệm dành cho việc dạy học 2 chƣơng này). Do đó không tạo điều kiện để thực hiện việc dạy học theo định hƣớng phát triển hoạt động học tích cực sáng tạo của học sinh. 61 KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014 II. NỘI DUNG 1. Mục tiêu của công trình Chế tạo đƣợc thiết bị thí nghiệm về lƣỡng tính sóng hạt của ánh sáng để sử dụng trong dạy học vật lí 12 THPT nhằm nâng cao chất lƣợng kiến thức và phát triển năng lực hoạt động thực nghiệm và năng lực sáng tạo của học sinh. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các giáo trình, tài liệu khoa học về ánh sáng; nghiên cứu chƣơng trình SGK, sách giáo viên, sách bài tập vật lí lớp 12 THPT và các tài liệu liên quan đến việc khai thác và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí. - Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thử nghiệm chế tạo thiết bị và tiến hành các thí nghiệm tƣơng ứng trong phòng thí nghiệm. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Chức năng của thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm đƣợc sử dụng để tiến hành các thí nghiệm về tính chất sóng và tính chất hạt của ánh sáng trong chƣơng trình vật lí lớp 12 THPT. 3.2. Các bộ phận của thiết bị thí nghiệm Hình 1. Dụng cụ thí nghiệm “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học vật lí lớp 12 trường THPT” 62 KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014 1: Ống đồng trục 20: Bình chia độ 2. Ống ngắm 21 + 22: Chân đỡ 3. Đĩa gắn lỗ tròn 23: Biến áp nguồn 4. Đĩa có gắn khe hẹp 24: Dây nối que đo 5: Đĩa tròn có thấu kính hội tụ 25: Cân điện tử 6: Các lỗ tròn, khe hẹp và khe giao thoa 26: Đế gắn bóng đèn, kính lọc sắc và 7: Ống trụ rỗng quang trở 8: Bộ điều khiển đèn 27: Kính lọc sắc 9: Đèn LED có jack cắm 28: Kính xám 10: Đèn LASER có jack cắm 29: Biến trở 11: Dây nối 30: Đồng hồ đo điện đa năng hiện số 12: Ống gắn đèn 31: Nắp hộp 13: Kính phân cực và kính phân tích 32: Bảng mạch LED 14: Bản mica mỏng 33: Các bóng đèn LED 15: Màn chắn có gắn quang trở ...