SKKN Thiết kế thí nghiệm từ các thiết bị sẵn có nhằm nâng cao hiệu quả dạy học nội dung Giao thoa ánh sáng và giúp học sinh tìm hiểu thêm về màu sắc ánh sáng.

A. MỞ ĐẦU
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong dạy học phát triển chất và năng lực học sinh, mọi hoạt động dạy học đều hướng đến các sự vật, hiện tượng, các quá trình trong thế giới tự nhiên, trong thực tiễn đời sống sản xuất và ứng dụng khoa học công nghệ. Đặc biệt trong dạy học môn Vật lí, việc tìm tòi, thiết kế các thí nghiệm trực quan với các thiết bị, vật liệu sẵn có là vô cùng quan trọng.
Việc tổ chức các hoạt động dạy học chủ đề Giao thoa ánh sáng trong chương trình Vật lí 12 – THPT hiện hành đã có những thí nghiệm về tán sắc ánh sáng, giao thoa ánh sáng đơn sắc, giao thoa ánh sáng trắng. Các thí nghiệm đó đã phần nào đáp ứng được yêu cầu về tính trực quan, để học sinh tìm hiểu về ánh sáng nhìn thấy, liên hệ giữa bước sóng và màu sắc ánh sáng. Tuy nhiên với việc đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá hiện nay, cùng với xu thế đổi mới trong các kì thi, đặc biệt là kỳ thi đánh giá năng lực của các trường Đại học. Yêu cầu cao hơn việc học sinh phải vận dụng sáng tạo, liên hệ các kiến thức học được với thực tiễn.
Chương trình môn Vật lý trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 cũng có nội dung cần đến các thí nghiệm về giao thoa ánh sáng để nâng cao hiệu quả dạy học, đó là nội dung Giao thoa sóng kết hợp ở lớp 11 với các yêu cầu cần đạt:
+ Thực hiện (hoặc mô tả) được thí nghiệm chứng minh sự giao thoa hai sóng kết hợp bằng dụng cụ thực hành sử dụng sóng nước (hoặc sóng ánh sáng);
+ Phân tích, đánh giá kết quả thu được từ thí nghiệm, nêu được các điều kiện cần thiết để quan sát được hệ vân giao thoa;
+ Vận dụng được biểu thức i = D/a cho giao thoa ánh sáng qua hai khe hẹp. Mặt khác, trong các trường THPT hiện nay, sẵn có các thiết bị (máy tính, máy chiếu trong các phòng học và máy chiếu lưu động) và các vật liệu dễ tìm để có thể sử dụng cho việc thiết kế các thí nghiệm trực quan hơn về nhiện tượng giao thoa ánh sáng.
Chính vì vậy tôi đã nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thí nghiệm từ các thiết bị sẵn có nhằm nâng cao hiệu quả dạy học nội dung Giao thoa ánh sáng và giúp học sinh tìm hiểu thêm về màu sắc ánh sáng”. Nội dung của đề tài sẽ trình bày việc tìm hiểu và thiết kế các thí nghiệm biểu diễn có tính trực quan cao hơn, từ các thiết bị sẵn có trong nhà trường như máy vi tính, máy chiếu projector cùng các vệt liệu dễ tìm giúp cho các hoạt động dạy học chương Sóng ánh sáng trong chương trình Vật lí 12 – THPT hiện hành và nội dung Giao thoa sóng kết hợp trong chương trình Vật lý lớp 11 mới được hiệu quả hơn. Cũng qua đó, thiết kế các nhiệm vụ học tập cho học sinh, giúp học sinh tìm hiểu thêm về ánh sáng và màu sắc ánh sáng.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Trong chương trình Vật lí 12 hiện hành, đã có các thí nghiệm về giao thoa ánh sáng: thí nghiệm với đèn laser và các khe hẹp có sẵn cùng với giá thí nghiệm để đo bước sóng ánh sáng (chương trình chuẩn); thí nghiệm với ống hình trụ, đèn sợi đốt các khe hẹp và các thấu kính hội tụ (chương trình nâng cao).
Tuy nhiên với các thí nghiệm này đang có các hạn chế: chỉ phù hợp với bài thực hành, các nhóm nhỏ học sinh thực hiện và đo bước sóng ánh sáng sau khi đã tìm hiểu về lý thuyết giao thoa ánh sáng ở các bài trước đó; các thí nghiệm chỉ với một ánh sáng đơn sắc. Trong đề tài này tôi đề xuất và thiết kế các thí nghiệm trực quan có thể biểu diễn trên lớp một cách đơn giản, trong tiết học lý thuyết và các tiết tự chọn, ôn tập để toàn thể học sinh trong lớp đều quan sát rõ các hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc, giao thoa ánh sáng 2 thành phần đơn sắc và ánh sáng 3 thành phần đơn sắc. Học sinh được quan sát trực tiếp về các hiện tượng trên mà không chỉ nghe và đọc lý thuyết. Qua đó giúp học sinh học tập, tự học có hiệu quả hơn, và có cơ hội để tìm hiểu thêm về ánh sáng và màu sắc, liên hệ các hiện tượng trong tự nhiên, các thiết bị ứng dụng khoa học công nghệ tạo màu sắc và hình ảnh trong thực tiễn thông qua các nhiệm vụ mà giáo viên giao: tìm hiểu thêm về màu sắc ánh sáng và các công nghệ tạo màu sắc, hình ảnh của các loại màn hình TV, máy tính, smartphone và ánh sáng từ máy chiếu projector.
III. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI
A. MỞ ĐẦU
B. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN
1.1. Lý thuyết về màu sắc ánh sáng
1.2. Công nghệ tạo hình ảnh và màu sắc cho máy chiếu projector
1.3. Các thiết bị sẵn có để thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng
II. THIẾT KẾ CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG TỪ MÁY CHIẾU PROJECTOR VÀ MÁY TÍNH
2.1. Sử dụng các thiết bị sẵn có:
2.2. Chế tạo màn chắn có 2 khe hẹp:
2.3. Tiến hành các thí nghiệm:
2.4. Sử dụng các thí nghiệm cho các hoạt động dạy học hiện tượng Giao thoa ánh sáng
III. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
3.1. Tiến hành thực nghiệm sư phạm
3.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm
3.3. Nhận xét kết quả TNSP
C. KẾT LUẬN

B. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ THỰC TIẾN
1.1. Lý thuyết về màu sắc ánh sáng [4]
Ánh sáng đến từ Mặt Trời gồm một phổ bức xạ điện từ gần như liên tục, với đa số năng lượng tập trung trong vùng bước sóng nằm giữa 220 và 3200 nanomét. Khi chúng truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất, đa phần sóng ánh sáng trên 2000nm (các bước sóng hồng ngoại) bị hấp thụ bởi cacbon dioxit, hơi nước, và ozon cho nên đa số chưa bao giờ đến được mặt đất. Các sóng tử ngoại ngắn hơn cũng bị hấp thụ bởi lớp ozon. Hiệu ứng lọc lựa này của bầu khí quyển làm giới hạn phổ ánh sáng đến được mặt đất có bước sóng giữa 320 và 2000nm.
Mắt người nhạy cảm với một dải hẹp bức xạ điện từ nằm trong vùng bước sóng giữa 400 và 700nm, thường được gọi là phổ ánh sáng khả kiến, đó là nguồn duy nhất của màu sắc. Khi kết hợp với nhau, tất cả các bước sóng có mặt trong ánh sáng khả kiến, khoảng một phần ba toàn dải phân bố phổ truyền qua được bầu khí quyển Trái Đất, hình thành nên ánh sáng trắng không màu có thể bị khúc xạ và tán sắc thành các màu thành phần của nó bằng cách sử dụng lăng kính.
Các màu đỏ, lục, và lam được xem là màu cơ bản vì chúng là cơ sở cho sự nhìn và cảm nhận màu sắc của con người.
Mắt người chứa các cơ quan thụ quang tế bào hình nón gắn trong một hố nhỏ ở chính giữa võng mạc được điều chỉnh nhằm phản ứng với các bước sóng nằm trong ba vùng này (đỏ, lục, và lam) với các protein sắc tố chuyên biệt. Tất cả các màu của phổ ánh sáng khả kiến, từ tím tới đỏ, có thể được tạo ra bằng cách cộng hoặc trừ những kết hợp khác nhau của ba màu cơ bản này. Ánh sáng được con người nhận thức là trắng khi cả ba loại tế bào hình nón bị kích thích đồng thời bởi lượng ánh sáng đỏ, lục, và lam bằng nhau. Vì cộng ba màu này mang lại ánh sáng trắng, nên các màu đỏ, lục, và lam được gọi là các màu cộng cơ bản.
Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón bị kích thích, thì vùng màu sắc cảm nhận được bị giới hạn. Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540 đến 550nm) được dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì chỉ có tế bào nào có chứa cơ quan thụ quang lục mới phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự cảm nhận các màu cộng không cơ bản, ví dụ như màu vàng, có thể phát sinh theo một trong hai cách: các tế bào hình nón đỏ và lục bị kích thích đồng thời với ánh sáng vàng đơn sắc có bước sóng 580nm, thì mỗi cơ quan thụ quang tế bào hình nón phản ứng hầu như ngang nhau vì sự chồng lấn phổ hấp thụ của chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh sáng khả kiến; hoặc là kích thích từng tế bào hình nón đỏ và lục với một hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt chọn lựa từ các vùng thuộc phổ hấp thụ của cơ quan thụ quang không có sự chồng lấn đáng kể. Kết quả, trong cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế bào hình nón đỏ và lục, tạo ra cảm giác màu vàng, mặc dù được tạo ra bởi hai cơ chế khác nhau.
Khả năng cảm nhận những màu sắc khác yêu cầu kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình nón đến mức độ khác nhau với bộ bước sóng thích hợp.
Nếu như các phần bằng nhau của ánh sáng lục và lam được cộng với nhau, thì màu thu được được gọi là màu lục lam. Tương tự như vậy, các phần bằng nhau của ánh sáng lục và đỏ tạo ra màu vàng, và các phần bằng nhau của ánh sáng đỏ và lam mang lại màu đỏ tươi. Các màu lục lam, đỏ tươi, và vàng thường được gọi là màu bù, vì mỗi phần bù thuộc các màu cơ bản trong hỗn hợp ánh sáng trắng. Màu vàng (đỏ cộng với lục) là phần bù của màu lam vì khi hai màu này cộng với nhau thì ánh sáng trắng được tạo ra. Tương tự, màu lục lam (lục cộng với lam) là phần bù của màu đỏ, và màu đỏ tươi (đỏ cộng với lam) là phần bù của ánh sáng lục.