Tài liệu hướng dẫn giáo viên thực hiện các bài thí nghiệm về tính chất sóng của ánh sáng (THPT)

0 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA SAU ĐẠI HỌC ------------ ------------ TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN THỰC HIỆN CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VỀ TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG (THPT) Giaùo vieân höôùng daãn: PGS.TS Phaïm Thò Phuù Thöïc hieän: Nhoùm döï aùn soá 2 1. Ngô Sỹ Hoàng (nhóm trưởng) 2. Kiều Thị Hồng Xoan. 3. Nguyễn Xuân Vinh. 4. Mai Thị Hảo VINH - 2008 1 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TRỘN MÀU ÁNH SÁNG. I. TÁC DỤNG: Bộ thí nghiệm biểu diễn Trộn màu ánh sáng giúp cho học sinh hiểu được sự trộn màu của ánh sáng (sự nhìn thấy màu sắc của ánh sáng). II. CẤU TẠO: Bộ thí nghiệm được cấu tạo gồm 4 bộ phận: Máy trộn màu, bộ kính lọc màu, màn chắn, bộ nguồn DC 12V. 1. Máy trộn màu: Máy trộn màu được cấu tạo như hình vẽ: 1.Gương phẳng (mặt trong); 2. Vị trí lắp kính lọc màu; 3.Đèn Halogel; 4. Giắt cắm nguồn. 2. Kính lọc sắc: Gồm ba tấm kính thủy tinh có màu lần lượt là: Đỏ (Red), Xanh lá cây (Green) và Xanh lam (Blue). 3. Màn chắn sáng: 2 Màn chắn sáng có màu trắng và có giá đỡ. 4. Bộ nguồn một chiều DC 12V có 2 giắt ra. Hệ thống dây nối. III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Mọi màu sắc ta nhìn thấy đều có tác dụng tổng hợp (hòa trộn) lên mắt ta của các ánh sáng đơn sắc (màu) khác nhau với cường độ khác nhau. Nói cách khác, mọi màu sắc ta nhìn thấy đều do sự “trộn màu” mà có. Vì mắt người chỉ nhậy cảm với ba vùng quang phổ (gần tương ứng với vùng màu da cam, xanh lá cây và xanh lam trên quang phổ), nên phối màu phát xạ thường chỉ cần dùng ba nguồn sáng có màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam (gọi là màu gốc) để tạo ra cảm giác về hầu hết màu sắc. Hai tia sáng cùng cường độ thuộc hai trong ba màu gốc nói trên chồng lên nhau sẽ tạo nên màu thứ cấp:  Đỏ + Lục = Vàng  Đỏ + Lam = Cánh sen  Lam + Lục = Hồ thủy Ba tia sáng thuộc ba màu gốc cùng cường độ chồng lên nhau sẽ tạo nên màu trắng. Thay đổi cường độ sáng của các nguồn sẽ tạo ra đủ gam màu của ba màu gốc. Các sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn (chim 4 màu gốc) hoặc ít màu hơn (bò 2 màu gốc) và ở những vùng quang phổ khác (ong cảm nhận được vùng tử ngoại). Phương pháp trên vẫn áp dụng được cho chúng. 3 IV. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM: Bước 1: Cấp nguồn cho máy trộn màu, điều chỉnh khoảng cách giữa máy trộn màu đến màn chắn sao cho ánh sáng đến màn có cường độ lớn và rõ nét nhất. Bước 2: Giắt kính lọc màu vào các khe, có thể lắp 2 trong ba kính lọc màu. Điều chỉnh vị trí các màu bằng cách di chuyển 2 tấm gương phẳng hai bên để cho các màu sắc hòa trộn với nhau (thay đổi cường độ sáng). Bước 3: Cho học sinh quan sát và nhận xét hiện tượng. V. GỢI Ý: Bộ thí nghiệm này rất đơn giản, dễ thực hiện, có thể trình bày cho học sinh sau khi dạy xong bài Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc của các vật (Vật lý 12). Giúp cho học sinh vận dụng được kiến thức đã được học vào việc giải thích các hiện tượng xẩy ra trong tự nhiên ví dụ như màn hình của ti vi màu, máy chiếu, màn hình máy vi tính v.v... Cách thực hiện: Sau khi dạy xong bài Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc của các vật còn khoảng 5 phút, giáo viên tiến hành làm thí nghiệm về Trộn màu ánh sáng, giáo viên giới thiêu sơ qua dụng cụ làm thí nghiệm và tiến hành làm thí nghiệm như các bước ở trên, sau đó có thể ra cho học sinh một số câu hỏi để học sinh có thể về nhà nghiên cứu và trả lời. Vinh, ngày 28 tháng 9 năm 2008 Thực hiện: Ngô Sỹ Hoàng – Cao học 15 PP – LLDH Vật lý. 4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG I. Mục đích thí nghiệm :  Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng qua khe Y-âng.  Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa của ánh sang đơn sắc qua khe Y-âng .  Rèn luyện các kỷ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra hệ vân giao thoa . II. Thiết bị và tiến hành : 1. Dụng cụ thí nghiệm : Kính giao thoa là một hệ đồng trục (HV) gồm các bộ phận sau : - Nguồn sáng : Đèn 3 V _ 1.5w - ống trụ L1 chứa các khe, gồm : + Đĩa tròn (2) có khe hẹp S dọc theo đường kính đĩa và được gắn cố định ở đầu ống . + Đĩa tròn (3) nằm ở đầu kia của ống ,có hai khe S1, S2 rộng 1/10 mm ,song song với khe S , cách nhau 0,25 mm . Đĩa (3) được gắn vào mặt phẳng của một thấu kính hội tụ có tiêu cự bằng khoảng cách từ đĩa (2) đến đĩa (3) . - Ống quan sát hình trụ L2 có đường kính bằng đường kính L1 gồm : + Thước đo (mm) gắn trên ống L2 để xác định khoáng cách D từ màn M tới hai khe S1 S2 . + Kính lúp (5) nằm ở đầu ống , đống vai trò là một thị kính . + Màn hứng vân giao thoa (4) là một đĩa trong suốt , có thước chia đến 1/10 mm để đo khoảng vân , nằm ở gần tiêu diện của kính lúp . Vị trí của màn hứng vân được đánh dấu bằng vạch M ở bên ngoài ống L2 .Đèn và ống L1 được gắn khít đồng trục trong ống định hướng L3 sao cho dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe .Ở thành ống L3 có khe L nằm trước đĩa tròn (2) để lắp kính lọc sắc và có vạch đánh dấu từ vị trí K của hai khe S1 ,S2 . Ống quan sát L2 lồng khít trong ống định hướng L3 và có thể dịch chuyển được dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới màn (4). 5 2. Cơ sở lý thuyết:  Khi hai sóng ánh sáng đơn sắc phát ra từ hai nguồn kết hợp giao nhau thì có hiện tượng giao thoa . Khoảng cách giữa hai vân a Di  , trong đó  là bước sóng ánh sáng đơn sắc ,D là khoảng cách từ khe Y-âng đến màn quan sát và a là khoảng cách giữa hai khe .Nếu đo được I, D và a thì ta xác định được bước sóng của ánh sáng đơn sắc theo công thức D ai.  .  Vì ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau và khoảng vân phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng ,nên khi hai chùm ánh sáng trắng giao nhau thì trên màn , ta sẽ quan sát thấy nhiều hệ vân giao thoa của các sóng ánh sáng đơn sắc và chúng không chồng khít nhau. 3. Tiến trình thí nghiệm :  Xác định bước sóng của ánh sáng đỏ và bước sóng của ánh sáng xanh . + Đặt kính lọc sắc màu đỏ vào khe L và bật công tắc đèn pin . + Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5) và xoay nhẹ ống quan sát L2 sao cho các vạch chia trên thước ở màn(4) song song với các vân giao thoa . + Dịch chuyển ống L2 tới khi điểm giữa của tất cả các vân (sáng hoặc tối ) trùng với các vạch chia trên thước . Khi đó khoảng vân i =0, 1 mm . + Đọc khoảng cách D1 =KM giữa màn và khe trên thước L2 D S S1 S2 K L1 L2 L3 1 2 3 4 5 L S2 S1 S M 6 và ghi vào bảng số liệu. + Xê dịch ống quan sát L2 lần hai , đọc khoảng cách D2 =KM giữa màn và khe trên thước L2 rồi ghi vào bảng số liệu. Cho biết a = 0.24 mm  0.005mm ; i = 0,100  0.005mm ; tính D , D , ,  theo công thức 2 minDDD M  ; D ai.  ; ) D ( D a a i i         Lặp lại các bước thí nghiệm trên với kính lọc màu xanh.  Quan sát hiện tượng giao thoa của hai chùm ánh sáng trắng khi bỏ kính lọc sắc khỏi khe L + Mô tả hệ vân giao thoa quan sát được và giải thích kết quả này. +Nếu thay đổi D ,hệ vân giao thoa sẽ thay đổi như thế nào ? Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán 4. Kết quả thí nghiệm : Lần TN D1 (mm)D2 (mm) D D D ai.     Kính LS màu đỏ Kính LS màu xanh III. Gợi ý vân dụng vào dạy học: 1. Quan sát hiện tượng giao thoa qua khe Y-âng . 2. Đo bước sóng của các ánh sáng đơn sắc . 3. Kiểm chứng tính chất sóng của ánh sáng : Dựa vào thí nghiệm này ta chứng minh được ánh sáng có tính chất sóng . chú ý: Ống quan trắc có độ phóng đại là 50 vì vậy ta quan sát thấy vân giao thoa qua kính có kích thước lớn hơn thực tế . Thực hiện: Nguyễn Xuân Vinh – Cao học 15 PP – LLDH Vật lý. 7 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM QUANG HÌNH HỌC I.mục đích thí nghiệm: M1: -Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì bằng nhiều cách và đánh giá độ chính xác của thí nghiệm -Rèn luyện kỹ năng sử dung láp ráp, bố trí các linh kiện quang và kĩ năng tìm ảnh của vật cho bởi thấu kính M2 -Khảo sát hiên tượng tán sắc ánh sáng -Từ ánh sáng trắng qua lăng kính thu được ánh sáng đơn sắc - Tổng hợp ánh sáng trắng từ ánh sáng đơn sắc II. Thiết bị và tiến hành: M1. Xác định tiêu cự của thấu kính 1. Xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ *Dụng cụ: - một đèn chiếu 12V -một băng quang học -Màn ảnh bằng nhựa trắng mờ -Một dias chữ L -một thấu kính hội tụ tiêu cự khoảng 10 cm - Bốn chân đế để cắm * Lắp ráp và tiến hành a. Cách 1: Phương pháp dùng chùm sáng tới song song điều chỉnh đèn chiếu thí nghiệm để tạo ra chùm sáng song song chiếu vào thấu kính theo phương song song với trục chính 8 -Di chuyển màn hình dọc theo trục chính của thấu kính hội tụ cho tới khi thấy ảnh rõ nét của nguồn sáng trên màn ảnh đó ( gần như 1 điểm). Khoảng cách từ thấu kính hội tụ tới màn ảnh là tiêu cự cần xác định. -Lặp lại thí nghiệm nhiều lần. Tính giá trị trung bình của f và sai số f b. Cách 2: Xác định tiêu cự bằng công thức ' '. dd ddf   -Bố trí đèn chiếu, dias chữ L(làm vật), thấu kính hội tụ, màn chắn nằm dọc trên băng quang học sao cho tâm đèn chiếu, tâm chữ L và tâm màn cùng nằm trên trục chính của thấu kính Ban đầu đặt vật cách thấu kính khoảng d rồi lại di chuyển tới vị trí thấy ảnh rõ nét của vật trên màn. -Cần di chuyển màn ảnh từ xa lại gần cho tới vị trí mà mắt thấy có ảnh rõ nét của vật sáng trên màn ảnh. Đo khoảng cách từ thấu kính tới màn ảnh ta được d’=… Thí nghiệm nhiều lần với d không đổi ta thấy khoảng cách ảnh d’ nẳm trong khoảng hai giá trị giới hạn d’max và d’min . Từ đó có thể tính được các giá trị giới hạn của tiêu cự thấu kính là: fmax= ' min '. dd dd ma  , fmin= ' min '. madd dd  Suy ra 2 minfff ma   v à 2 minfff ma   Ghi kết quả f=………  ………. c. Phương pháp silberman - Đặt thấu kính giữa vật sáng và màn. - Di chuyển đồng thời vật và màn đặt đối xứng nhau qua thấu kính cho tới vị trí thu được ảnh rõ nét lên màn sao cho ảnh ảnh bằng vật ( có thể dùng thêm một chữ L để so sánh ảnh và vật trên màn) - Đo khoảng cách từ vật đến màn ta tính được tiêu cự của thấu kính f=L/4 - Lặp lại thí nghiệm nhiều lần. Tính giá trị trung bình của f và tính sai số f 9 2. Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì: a. Dụng cụ: như ở trên nhưng thêm một thấu kính phân kì cần xác định tiêu cự b. Lắp ráp và tiến hành: Bố trí đèn, vật, thấu kính phân kì, thấu kính hội tụ và màn ảnh thành hàng dọc trên băng quang học giống như ở thí nghiệm 1.b -Dịch chuyển màn để thu được ảnh rõ net trên màn -Đo khoảng cách d từ vật đến thấu kính phân kì và đánh dấu vị trí thấu kính phân kì, giữ nguyên vị trí của thấu kính hội tụ và màn ảnh. Bỏ màn ảnh ra rồi dịch chuyển vật sáng lại gần thấu kính hội tụ cho đến vị trí mà ảnh của vật lại hiện rõ nhất trên màn ảnh -Đo khoảng cách d’ từ vật sáng đến thấu kính phân kì (đã đánh dấu) - Tính tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức ' '. dd ddf   (d’ <0) Làm thí nghiệm nhiều lần để tính giá trị trung bình của f và tính sai số f M2. Tán sắc ánh sáng 1.Thí nghiệm về tán sắc ánh sáng a. Dụng cụ: - Đèn chiếu sáng 12V có khe hẹp - Một lăng kính thuỷ tinh -Một màn chắn E - Một bảng từ - Nguồn điện, đây nối. B. Lắp ráp và tiến hành Bố trí như hình vẽ: Đèn chiếu tạo ra một chùm song song trên đương truyền đó đặt một lăng kính sau đó đặt màn ảnh song song với khe hẹp của đèn sao cho quan sát rõ nhất hiện tượng tán sắc ánh sáng quan sát hiện tượng. ( thiếu hình vẽ) 10 2. Thí nghiệm thu ánh sáng đơn sắc từ ánh sáng trắng a. Dụng cụ: Giống như ở thí nghiệm trên ngoài ra còn có thêm một khe hẹp, một lăng kính thuỷ tinh. b. Lắp ráp và tiến hành thí nghiêm: Bố trí thí nghiệm như hình vẽ: Trong đó P1, P2 là hai lăng kính giống hệt nhau có đáy ở hai phía (đặt ngược nhau). Màn E có khe hẹp K song song với khe hẹp F, dùng để tách riêng một chùm sáng có màu xác định chiếu vào P2 ( xê dịch E1 để đặt K vào đúng chỗ màu đó). Màn E2 song song với E1 nhận chùm sáng khúc xạ qua P2. ( thiếu hình vẽ) 3. Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng Thí nghiệm bố trí như thí nghiệm ở hìmh 2 ở trên. Trong đó bỏ màn chắn E1 và dịch lăng kính P2 lại gần sát lăng kính P1( các mặt bên của P1,P2 song song với nhau) sao cho chùm sáng khúc xạ qua P1 bị phân tách thành nhiều chùm sáng màu, tiếp tục bị khúc xạ qua P2 theo chiều ngược lại và hợp lại thành chùm sáng trắng, cho ta vệt sáng trắng trên màn E2. III. Gợi ý vận dụng vào dạy học: 1.Thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính: -Đây là thí nghiệm thực hành do học sinh thực hiện trong phòng thí nghiệm. Ở đây học sinh phải tự lực làm việc dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm. THí nghiệm này có thể tổ chức dưới hai hình thức: thí nghiệm thực hành đồng loạt( tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm như nhau với các dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau tiến hành về cùng đề tài theo cùng một mục đích nhưng với các phương pháp đo khác nhau. -Thí nghiệm này dùng làm phương tiện kiểm tra đánh giá kiến thức và kĩ năng của học sinh. Bài này thường tiến hành sau khi học sinh học xong chương “ mắt và các dụng cụ quang học” 2. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Thí nghiệm thu ánh sáng đơn sắc từ ánh sáng trắng, Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng 11 - Đây là 3 thí nghiệm có thể dùng làm thí nghiệm biểu diễn cụ thể là thí nghiệm nghiên cứu minh hoạ nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằng con đưòng lý thuyết hoặc thực nghiệm hoặc dựa vào những phép suy luận logic chặt chẽ khi học bài 35 “ Tán sắc ánh sáng” dùng trong xây dưng kiến thức mới. - Thí nghiệm này cũng có thể dùng là thí nghiệm thực tập của học sinh sau khi học xong bài “ tán sắc ánh sáng” để ôn tập củng cố rèn luyện kiến thức kĩ năng kĩ xảo của học sinh. Thực hiện: Kiều Thị Hồng Xoan + Mai Thị Hảo – Cao học 15 PP – LLDH Vật lý.