Luận văn Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (Vật lý 12 nâng cao) theo hướng phát triển năng lực tư duy cho học sinh

i học sinh tiến hành thí nghiệm, giáo viên cần uốn nắn cho học sinh các thao tác, kỹ thuật thí nghiệm. - Khi phân tích và sử lý kết quả thí nghiệm, học sinh cần xác định độ tin cậy của kết quả. Có trƣờng hợp kết quả thí nghiệm không phù hợp với điều dự đoán từ giả thuyết thì cần lƣu ý: Hoặc là giả thuyết bị bác bỏ, hoặc kết quả thí nghiệm chỉ ra cho ta thấy phạm vi áp dụng của giả thuyết, hoặc kết quả của nó lại là động lực của những nghiên cứu tiếp theo. Nhƣ vậy phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học có sự tham gia tích cực của học sinh với vai trò nhƣ những "nhà nghiên cứu" khoa học. Học sinh phải đƣợc tham gia một cách chủ động, tích cực dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên. Điều đó hoàn toàn phù hợp với tâm lý của học sinh, muốn đƣợc tự mình "phát minh" những vấn đề mới lạ (tất nhiên chỉ mới lạ với học sinh). Việc thực hiện thí nghiệm theo các bƣớc trên thực chất cũng là việc vận dụng phƣơng pháp dạy học đặt và giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí đồng thời cũng bao hàm các giai đoạn của việc dạy học các thuyết vật lí.[2] 2.2.2. Phƣơng pháp hình thành các thuyết về ánh sáng trong dạy học . 2.2.2.1.Thuyết điện từ ánh sáng của Maxwell [22] * Tìm hiểu cơ sở của thuyết điện từ ánh sáng - Cơ sở tƣ tƣởng: Cơ sở tƣ tƣởng của thuyết điện từ ánh sáng là quan niệm về một mối liên hệ mật thiết giữa các hiện tƣợng điện, từ và quang học. - Vận tốc của sóng điện từ và vận tốc ánh sáng: Dựa trên sự tƣơng tự cơ điện Maxwell đã xây dựng các phƣơng trình của trƣờng điện từ, từ công thức trên ông đã đi đến công thức: c v   trong đó  là hằng số điện môi,  là độ từ thẩm của môi trƣờng, c là hằng số. Năm 1873, Maxwell công bố một công trình lớn: "Luận về điện học và từ học". Trong công trình này, ông trình bày chi tiết thuyết điện từ ánh sáng. Ông khẳng định rằng vận tốc ánh sáng trong một môi trƣờng đƣợc quyết định bởi các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 42 hằng số  và  của môi trƣờng đó. Ông cho rằng hệ thức này có thể kiểm nghiệm đƣợc bằng thực nghiệm và đây chính là một "hòn đá thử vàng" của thuyết điện từ ánh sáng. Đối với một môi trƣờng thì  và  là những hằng số, trong khi đó vận tốc ánh sáng lại phụ thuộc vào bƣớc sóng ánh sáng. Để giải quyết mâu thuẫn này, Maxwell cho rằng  và  thu đƣợc đối với các trƣờng tĩnh. Công thức trên chỉ đƣợc thỏa mãn với những ánh sáng có bƣớc sóng khá lớn. Dự đoán này đƣợc xác nhận là đúng khi ta nghiên cứu các tia hồng ngoại. Maxwell thay các số liệu  ,  và v của parafin vào công thức trên thì đƣợc vánh sáng  vđiện từ . Ông coi đây là một bằng chứng thực nghiệm khác của thuyết điện từ ánh sáng. - Tính chất ngang của sóng ánh sáng và sóng điện từ: - Hiệu ứng Faraday và hiệu ứng Kerr. - Thang sóng điện từ. Việc xây dựng thành công thang sóng điện từ là một cơ sở thực nghiệm rất quan trọng của thuyết điện từ ánh sáng. Tức là, đã chứng minh bằng thực nghiệm có sự biến đổi liên tục về bƣớc sóng của các sóng điện từ, do đó, có sự biến đổi liên tục về tính chất của chúng. * Xây dựng hạt nhân của thuyết điện từ ánh sáng - Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng là quan niệm về sự thống nhất giữa các hiện tƣợng điện từ và hiện tƣợng quang học. Thuyết điện từ ánh sáng là một phần quan trọng của bức tranh điện từ về thế giới. Trong thuyết điện từ ánh sáng ngƣời ta đã giải đáp đƣợc câu hỏi về bản chất của ánh sáng: Ánh sáng là một loại sóng điện từ, nó là một thực thể vật lí. - Những định luật cơ bản và phƣơng trình cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng - Mô hình sóng điện từ ánh sáng: Khối lƣợng của trƣờng điện từ liên hệ với năng lƣợng bằng hệ thức Einstein: E = mc2. Sóng ánh sáng có một đặc điểm rất quan trọng: Trong chân không, đối với bất kì hệ quy chiếu quán tính nào, cũng chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động với vận tốc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 43 c = 3.10 8 m/s. Nhƣ vậy, việc phát hiện ra bản chất vật chất của ánh sáng cũng đồng thời là việc phát hiện ra thuyết tƣơng đối. * Vận dụng hạt nhân của thuyết điện từ ánh sáng Thuyết điện từ ánh sáng cho ta thấy cơ chế của sự truyền ánh sáng trong chân không và trong các môi trƣờng. Nó cho phép ta bƣớc đầu đề cập đến cơ chế của sự phát sáng của nguồn sáng. - Lý thuyết tổng quát về nhiễu xạ ánh sáng của Summerfeld Năm 1894, Summerfeld dựa vào thuyết điện từ ánh sáng, đã xây dựng một lí thuyết chặt chẽ về hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng. Ông đã chứng minh đƣợc nguyên lý Huyghens- Fresnel cho những kết quả khá đúng trong trƣờng hợp góc nhiễu xạ không lớn. - Thuyết điện từ ánh sáng với quang học phân tử Dựa vào hệ thức cơ bản n  , ngƣời ta đã tìm đƣợc công thức cơ bản của các hiện tƣợng tán sắc và tán xạ ánh sáng. Trong thuyết electron cổ điển, công thức tán sắc thu đƣợc do nghiên cứu tƣơng tác giữa điện trƣờng trong ánh sáng tới với các quang electron của môi trƣờng. Hiện tƣợng tán sắc thể hiện vĩ mô sự phụ thuộc biên độ dao động cƣỡng bức của quang electron vào tần số ánh sáng kích thích. Trong sự tán sắc ánh sáng, cƣờng độ và sự phân cực của sóng điện từ do các tâm tán xạ của môi trƣờng gây ra. Kết quả đã đƣợc giải thích đầy đủ tính chất phân cực của ánh sáng tán xạ và bƣớc sóng ánh sáng tán xạ và thu đƣợc giản đồ chỉ thị tán xạ phù hợp với thực tế. 2.2.2.2.Thuyết phôtôn ánh sáng * Tìm hiểu cơ sở của thuyết phôtôn ánh sáng: Cơ sở trực tiếp của thuyết phôtôn ánh sáng là các thí nghiệm về hiện tƣợng quang điện. - Hiện tƣợng quang điện Năm 1888, hiện tƣợng quang điện đã đƣợc Stoletov nghiên cứu cẩn thận. Ông đã thiết lập đƣợc nhiều định luật quan trọng của hiện tƣợng này. Ta đặc biệt chú ý đến các định luật sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 44 + Mỗi kim loại có một giới hạn quang điện nhất định. Ánh sáng có bƣớc sóng lớn hơn giới hạn quang điện sẽ không có khả năng gây ra hiện tƣợng quang điện ở kim loại đó. + Hiệu điện thế hãm của hiện tƣợng quang điện chỉ phụ thuộc bƣớc sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại bị chiếu sáng mà không phụ thuộc cƣờng độ ánh sáng kích thích. Hiệu điện thế hãm là một hiệu điện thế đặt ngƣợc làm sao cho hiện tƣợng quang điện vừa đúng bị tắt. Giả sử mỗi electron khi bị bật ra khỏi mặt kim loại có một động năng ban đầu là mv2/2. Muốn cho nó không bay đƣợc từ bản âm đến bản dƣơng, cần phải đặt một hiệu điện thế hãm là Vh sao cho: 2 2 h mv eV   . Hiện tƣợng quang điện xảy ra gần nhƣ tức khắc ngay sau khi cực âm bị chiếu sáng.Vì vậy, hiện tƣợng quang điện đã bắt ta phải tìm một cách giải thích khác ngoài lý thuyết cổ điển. - Giả thuyết lƣợng tử của Planck: Ông tìm đƣợc biểu thức của năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối là:   2 2 2 , 1kT f T c e      . Planck thu đƣợc biểu thức: h  trong đó h là một hằng số, có giá trị 346,55.10 .h J s ,  là năng lƣợng tối thiểu do một dao động tử điều hòa phát ra. Nên  là lƣợng tử năng lƣợng và giả thuyết của Planck là giả thuyết lƣợng tử. Lúc đầu, ngƣời ta chỉ coi thuyết của Planck nhƣ một giả thuyết dùng để giải thích các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối. Nhƣng giả thuyết đó đã giải thích thành công nhiều hiện tƣợng mà vật lí học cổ điển đã phải bó tay. Năm 1905, Einstein đã vận dụng thành công giả thuyết Planck để giải thích các định luật quang điện. Năm 1907, cũng chính Einstein đã áp dụng giả thuyết Planck để giải thích thành công sự phụ thuộc tỷ nhiệt chất rắn vào nhiệt độ ở những nhiệt độ thấp. [22] * Xây dựng hạt nhân của thuyết phôtôn ánh sáng. - Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết phôtôn ánh sáng: Thuyết phôtôn ánh sáng là sự phát triển của giả thuyết Planck cho trƣờng hợp hấp thụ ánh sáng hay cho hiện tƣợng tƣơng tác của ánh sáng với môi trƣờng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 45 Giả thuyết Planck không hề phủ nhận thuyết điện từ ánh sáng. Những khái niệm cơ bản về điện từ trƣờng, về sự phát xạ của các lƣỡng cực...vẫn đƣợc sử dụng. Planck chỉ bổ sung một đặc tính rất quan trọng của sự phát xạ của các nguyên tử, tính chất lƣợng tử. Einstein dùng giả thuyết Planck để viết một phƣơng trình rất đơn giản về hiện tƣợng quang điện: 2 2 mv hf A  Phƣơng trình Einstein giải thích đƣợc đầy đủ tất cả các định luật quang điện. - Định luật cơ bản của thuyết phôtôn ánh sáng Khi cơ học lƣợng tử chƣa ra đời, thuyết phôtôn ánh sáng chƣa có cấu trúc chặt chẽ và nó chỉ là thuyết bán thực nghiệm. Trong thuyết này, trƣờng sáng vẫn đƣợc mô tả bằng hệ phƣơng trình Maxwell, chƣa có sự tƣơng thích giữa hai quan niệm sóng và hạt ánh sáng. Hai quan điểm sóng và hạt chỉ thực sự thống nhất với nhau sau khi thiết lập hệ thức bất định của Heisenberg. Hệ thức này buộc ta phải thay đổi những quan niệm cổ điển về sóng và hạt. Đặc biệt, nó bắt ta phải từ bỏ quyết định luận cổ điển để thừa nhận cách giải thích thống kê. - Mô hình phôtôn ánh sáng: Mỗi phôtôn có năng lƣợng xác định là hf. Đối với bất kì hệ quy chiếu quán tính nào và ngay cả trong khoảng cách giữa các ion trong một mạng tinh thể, phôtôn luôn chuyển động với vận tốc: c = 3.108m/s, không thay đổi đƣợc. Do đó mỗi phôtôn có một xung lƣợng là hf/c. Khối lƣợng của phôtôn đƣợc xác định: 0 2 2 1 m m v c   trong đó 0m là khối lƣợng nghỉ của phôtôn và v là vận tốc của nó. Nếu v = c thì 0m = 0 khối lƣợng nghỉ của phôtôn luôn bằng 0. Nói cách khác, phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động với vận tốc c, phôtôn không có điện tích. - Lƣỡng tính sóng hạt của ánh sáng, mô hình ánh sáng. Bản chất ánh sáng là bản chất điện từ. Trƣờng sáng là trƣờng điện từ. Trƣờng điện từ vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Dùng mô hình bó sóng và đoàn sóng để mô tả phôtôn. Mô hình đẹp nhất của phôtôn là các mô hình toán học, trong đó chứa đựng cả những đặc trƣng sóng và hạt của phôtôn. Mô hình ánh sáng tuy rất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 46 phức tạp, nhƣng vẫn còn thô thiển. Chúng chƣa giải thích đƣợc nhiều hiện tƣợng tế vi nhƣ sự sinh cặp, hủy cặp. Chính vì vậy mà cho đến cuối đời mình, Einstein vẫn còn viết: "Cho đến nay, tôi vẫn còn tiếp tục suy nghĩ xem ánh sáng là gì?".[22] * Vận dụng hạt nhân của thuyết phôtôn ánh sáng. - Thí nghiệm Millikan và hằng số Planck: Phƣơng trình Einstein về hiện tƣợng quang điện: 2 2 h mv hf A eV A    - Hiệu ứng Compton: Năm 1923, khi nghiên cứu sự tán xạ của các tia X trên các chất, Compton phát hiện ra sự tăng của bƣớc sóng các tia X tán xạ. Đó là hiệu ứng Compton. - Các tác dụng quang hóa: Các phản ứng hóa học xảy ra dƣới tác dụng của ánh sáng đã đƣợc nghiên cứu năm 1782, nhƣng không thiết lập đƣợc những định luật định lƣợng chính xác về hiện tƣợng này. - Hiện tƣợng phát quang: Các hiện tƣợng và định luật phát quang của các chất khí, chất lỏng và chất rắn cũng là những lĩnh vực áp dụng thành công của thuyết photon ánh sáng. Ngoài sự đóng góp của thuyết photon ánh sáng, phải kể đến sự đóng góp rất to lớn của các thuyết về cấu trúc của các chất khí, lỏng và rắn. - Thuyết photon ánh sáng với cơ học lƣợng tử: Năm 1924, De Broglie đã đƣa ra giả thuyết về sự tồn tại tính chất sóng của các hạt dựa trên lƣỡng tính sóng hạt của ánh sáng và sự tƣơng tự cơ, quang. Ý kiến cơ bản của ông: Các hạt vật chất cũng có đồng thời cả tính chất sóng lẫn tính chất hạt. Mỗi hạt có khối lƣợng nghỉ m0 sẽ có năng lƣợng E = m0c 2. Mỗi hạt ứng với một sóng có tần số f, xác định bởi hệ thức: hf = E = m0c 2. Giả thuyết của ông là cơ sở của một môn học mới rất quan trọng đó là cơ học lƣợng tử.[22] 2.3. Phân tích đặc điểm , thƣ̣c trạng dạ y học các thuyết trong chƣơng : “Sóng ánh sáng” và “Lƣợng tử ánh sáng” vật lí lớp 12 nâng cao. 2.3.1. Đặc điểm của chƣơng sóng ánh sáng. 2.3.1.1. Kiến thức chương: Theo phân phối chƣơng trình của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, số tiết học dành cho chƣơng là 14 tiết trong đó có 9 tiết lí thyết, 2 tiết thực hành, 3 tiết bài tập. Số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 47 bài học của chƣơng là 8 bài trong đó 6 bài lí thuyết, 1 bài tập và 1 bài thực hành. Cụ thể gồm các bài sau: - Tán sắc ánh sáng - Nhiễu xạ ánh sáng. Giao thoa ánh sáng. - Khoảng vân. Bƣớc sóng và màu sắc ánh sáng. - Bài tập về giao thoa ánh sáng. - Máy quang phổ. Các loại quang phổ. - Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại. - Tia X. Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ. - Thực hành: Xác định bƣớc sóng ánh sáng. 2.3.1.2. Mục tiêu của chương. * Về kiến thức - Mô tả đƣợc hiện tƣợng tán sắc ánh sáng qua lăng kính và nêu đƣợc hiện tƣợng tán sắc là gì. - Nêu đƣợc mỗi ánh sáng đơn sắc có một bƣớc sóng xác định trong chân không. - Nêu đƣợc hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng là gì. - Trình bày đƣợc một thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng và nêu đƣợc điều kiện để xảy ra hiện tƣợng giao thoa ánh sáng. - Nêu đƣợc vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng. - Nêu đƣợc điều kiện để có cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa ở một điểm. - Viết đƣợc công thức tính khoảng vân. - Nêu đƣợc hiện tƣợng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng và nêu đƣợc tƣ tƣởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng. - Trình bày đƣợc nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ lăng kính và nêu đƣợc tác dụng của từng bộ phận của máy quang phổ. - Nêu đƣợc quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ vạch hấp thụ là gì, các đặc điểm chính và những ứng dụng chính của mỗi loại quang phổ. - Nêu đƣợc phép phân tích quang phổ là gì. - Nêu đƣợc bản chất, cách phát, các đặc điểm và công dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 48 - Kể đƣợc tên của các vùng sóng điện từ kế tiếp nhau trong thang sóng điện từ theo bƣớc sóng. [18] * Kĩ năng - Giải đƣợc các bài tập về hiện tƣợng giao thoa ánh sáng. - Xác định đƣợc bƣớc sóng ánh sáng theo phƣơng pháp giao thoa bằng thí nghiệm. - Quan sát các hiện tƣợng và các quá trình vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hàng ngày, trong các thí nghiệm, điều tra, sƣu tầm, tra cứu tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập các thông tin cần thiết cho việc học tập. - Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lí, tiến hành các thí nghiệm. - Phân tích, tổng hợp và xử lí các thông tin thu đƣợc để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn giản về mối quan hệ hay bản chất các hiện tƣợng hoặc các quá trình vật lí, cũng nhƣ đề xuất phƣơng án thí nghiệm đã kiểm tra dự đoán đã nêu ra. - Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tƣợng và quá trình vật lí. - Sử dụng các thuật ngữ vật lí, các biểu, bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng, chính xác những hiểu biết.[18] * Thái độ - Có hứng thú học vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng với những đóng góp của vật lí học cho sự tiến bộ của khoa học và đối với các công lao của các nhà khoa học. Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập, cũng nhƣ trong việc vận dụng các hiểu biết đã đạt đƣợc. - Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng nhƣ để bảo vệ và giữ gìn môi trƣờng sống tự nhiên.[18] 2.3.1.3. Phân tích nội dung kiến thức chương Ánh sáng là gì? Đó là một câu hỏi đƣợc con ngƣời đặt ra từ xa xƣa. Tuy nhiên, những giả thuyết có tính khoa học đầu tiên về bản chất ánh sáng chỉ đƣợc đƣa ra khi các nhà khoa học bắt tay nghiên cứu về nguyên lí và định luật của sự truyền ánh sáng. Thuyết đầu tiên là thuyết hạt ánh sáng của Newton cho rằng dòng ánh sáng là dòng hạt rất nhỏ tuân theo cơ học Newton. Thuyết hạt ánh sáng tuy có thể giải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 49 thích đƣợc các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Nhƣng gặp nhiều khó khăn trong việc giải thích nhiều hiện tƣợng quang học nhƣ: Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng, hiện tƣợng giao thoa ánh sáng,... Đồng thời với thuyết hạt ánh sáng là thuyết sóng ánh sáng. Huyghens là ngƣời đầu tiên diễn đạt tƣờng minh nội dung của thuyết sóng ánh sáng. Theo thuyết này, ánh sáng là sóng truyền trong một môi trường đàn hồi trong suốt ete. Thuyết sóng cũng giải thích đƣợc thỏa đáng các định luật cơ bản của quang hình học. Ngoài ra, còn giải thích đƣợc khá dễ dàng các hiện tƣợng giao thoa ánh sáng và lƣỡng chiết. Tuy nhiên, không đo đƣợc vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trƣờng. Sang thế kỉ thứ 19, thuyết sóng đƣợc khẳng định hoàn toàn nhờ công trình nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm đồ sộ của Fresnel về hiện tƣợng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng, đặc biệt đo đƣợc trực tiếp vận tốc truyền ánh sáng trong nƣớc của Fuco. Sau đó Maxwel đã đƣa ra thuyết điện từ ánh sáng: Ánh sáng là một loại sóng điện từ có bước sóng ngắn lan truyền trong không gian. Từ thuyết điện từ ánh sáng, Maxwel đã thiết lập đƣợc mối liên hệ giữa tính chất điện từ với tính chất quang của môi trƣờng. Tiếp theo, Lo-ren-xơ đã chứng tỏ đƣợc sự phụ thuộc của  vào tần số f của ánh sáng. Nhờ đó, ông đã giải thích đƣợc sự tán sắc ánh sáng. Một trong những ứng dụng quan trọng của hiện tƣợng tán sắc ánh sáng trong các lăng kính là để phân tích ánh sáng trong các máy quang phổ. Nhờ máy quang phổ ngƣời ta đã nghiên cứu đƣợc quang phổ của ánh sáng do các nguồn sáng khác nhau phát ra, và cả ánh sáng do các chất khác nhau hấp thụ. Quang phổ có bảy màu cầu vồng, mà mắt ta trông thấy đƣợc chỉ trải ra từ bƣớc sóng 0,4 m đến 0,75 m và chỉ là một phần rất nhỏ của quang phổ ánh sáng Mặt Trời và của phổ sóng điện từ nói chung. Phổ ánh sáng trông thấy gồm có quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ. Ngoài phổ ánh sáng trông thấy, về cả hai phía, bằng thực nghiệm ngƣời ta đã phát hiện ra các miền không trông thấy của quang phổ. Một số bức xạ không trông thấy mà học sinh đƣợc nghiên cứu về nguồn phát, tính chất và công dụng của chúng trong chƣơng này đó là tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 50 Từ những sóng điện từ dùng trong thông tin liên lạc đến tia hồng ngoại, ánh sáng trông thấy, tia tử ngoại, tia tử ngoại, tia X, ngoài ra học sinh sẽ đƣợc nghiên cứu tia gamma,... Những sóng điện từ đó có bƣớc sóng khác nhau, nhƣ các sóng vô tuyến có bƣớc sóng rất dài, cuối cùng là tia gamma có bƣớc sóng cực ngắn. Do bƣớc sóng khác nhau nên tính chất của chúng cũng khác nhau. Các tia có bƣớc sóng càng ngắn thì có tính đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất và dễ ion không khí nhƣ tia X, tia gamma. Còn các tia có bƣớc sóng càng dài, càng dễ quan sát hiện tƣợng giao thoa. Với những cách tạo ra sóng rất khác nhau nhƣng bản chất chỉ là một và giữa chúng không có một ranh giới nào thật rõ rệt. Dựa vào đó ngƣời ta đã sắp xếp và phân loại các sóng điện từ theo thứ tự bƣớc sóng giảm dần hay theo thứ tự tần số tăng dần gọi là thang sóng điện từ. Việc xây dựng thành công thang sóng điện từ là một cơ sở thực nghiệm rất quan trọng của thuyết điện từ ánh sáng. Xây dựng thang sóng điện từ có nghĩa là chứng minh bằng thực nghiệm sự thay đổi liên tục về bƣớc sóng của sóng điện từ. Muốn vậy, phải nối liền các vùng phổ liên tục cạch nhau. Năm 1894, Sommerfed dựa vào thuyết điện từ ánh sáng đã xây dựng một lý thuyết chặt chẽ về hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng. Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích đƣợc nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng, lỗ nhỏ đƣợc chiếu sáng có vai trò nhƣ một nguồn phát sóng ánh sáng. Năm 1801 nhà vật lí Y-âng đã thực hiện thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, khẳng định giả thuyết về sóng ánh sáng. Để giải thích đƣợc hiện tƣợng giao thoa ánh sáng ta phải thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Hiện tƣợng giao thoa là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 51 2.3.1.4. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương. Máy quang phổ Thuyết điện từ ánh sáng Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng Thang sóng điện từ Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X QP vạch phát xạ QP vạch hấp thụ Quang phổ nhìn thấy Quang phổ không nhìn thấy QP liên tục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 52 2.3.2. Đặc điểm của chƣơng lƣợng tử ánh sáng. 2.3.2.1. Kiến thức chương: Theo phân phối chƣơng trình của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, số tiết học dành cho chƣơng là 12 tiết trong đó có 8 tiết lí thyết, 3 tiết bài tập, 1 tiết kiểm tra. Số bài học của chƣơng là 7 bài trong đó 6 bài lí thuyết và 1 bài tập. Cụ thể gồm các bài sau: - Hiện tƣợng quang điện ngoài. Các định luật quang điện. - Thuyết lƣợng tử ánh sáng. Lƣỡng tính sóng hạt của ánh sáng. - Bài tập về hiện tƣợng quang điện. - Hiện tƣợng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện. - Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử hiđro. - Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật. - Sự phát quang. Sơ lƣợc về laze. 2.3.2.2. Mục tiêu của chương. * Kiến thức - Trình bày đƣợc thí nghiệm Héc về hiện tƣợng quang điện ngoài và nêu đƣợc hiện tƣợng quang điện ngoài là gì. - Phát biểu đƣợc ba định luật quang điện. - Nêu đƣợc nội dung cơ bản của thuyết lƣợng tử ánh sáng và viết đƣợc công thức Anh-xtanh về hiện tƣợng quang điện ngoài. - Nêu đƣợc ánh sáng có lƣỡng tính sóng - hạt. - Nêu đƣợc hiện tƣợng quang dẫn là gì và giải thích đƣợc hiện tƣợng này bằng thuyết lƣợng tử ánh sáng. - Nêu đƣợc hiện tƣợng quang điện trong là gì và một số đặc điểm cơ bản của hiện tƣợng này. - Nêu đƣợc quang điện trở là gì. - Nêu đƣợc pin quang điện là gì, nguyên tắc cấu tạo và giải thích quá trình tạo thành hiệu điện thế giữa hai cực của pin quang điện. - Nêu đƣợc hiện tƣợng hấp thụ ánh sáng là gì và phát biểu đƣợc định luật hấp thụ ánh sáng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 53 - Nêu đƣợc quang phổ hấp thụ của một chất là gì, các đặc điểm, công dụng của quang phổ hấp thụ và cách thu quang phổ đó. - Nêu đƣợc phản xạ lọc lựa là gì. - Phát biểu đƣợc định luật Stốc về sự phát quang. - Mô tả đƣợc các dãy quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô và nêu đƣợc cơ chế tạo thành các dãy quang phổ vạch phát xạ và hấp thụ của nguyên tử này. - Nêu đƣợc laze là gì và một số ứng dụng của laze.[14] * Kĩ năng - Vận dụng đƣợc thuyết lƣợng tử ánh sáng để giải thích ba định luật quang điện. - Giải đƣợc các bài tập về hiện tƣợng quang điện. - Giải thích đƣợc tại sao các vật có màu sắc khác nhau. - Giải đƣợc các bài tập về tính bƣớc sóng các vạch quang phổ của nguyên tử hiđrô. Quan sát các hiện tƣợng và các quá trình vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hàng ngày, trong các thí nghiệm, điều tra, sƣu tầm, tra cứu tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập các thông tin cần thiết cho việc học tập. - Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lí, tiến hành các thí nghiệm. - Phân tích, tổng hợp và xử lí các thông tin thu đƣợc để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn giản về mối quan hệ hay bản chất các hiện tƣợng hoặc các quá trình vật lí, cũng nhƣ đề xuất phƣơng án thí nghiệm đã kiểm tra dự đoán đã nêu ra. - Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tƣợng và quá trình vật lí. - Sử dụng các thuật ngữ vật lí, các biểu, bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng, chính xác những hiểu biết.[14] * Thái độ - Có hứng thú học vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng với những đóng góp của vật lí học cho sự tiến bộ của khoa học và đối với các công lao của các nhà khoa học. - Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập, cũng nhƣ trong việc áp dụng các hiểu biết đã đạt đƣợc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 54 - Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng nhƣ để bảo. 2.3.2.3. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng Ánh sáng là sóng điện từ. Năng lƣợng ánh sáng đƣợc truyền đi liên tục theo sóng ánh sáng và tỉ lệ với cƣờng độ sóng. Nhƣ vậy, dù ánh sáng rọi tới kim loại có bƣớc sóng nhƣ thế nào đi nữa, nhƣng miễn có cƣờng độ lớn thì nó cũng cung cấp cho electron nhiều năng lƣợng và nó sẽ giải phóng đƣợc electron khỏi kim loại. Vì thế thuyết điện từ về ánh sáng không thể giải thích nổi tại sao có giới hạn quang điện cũng nhƣ không thể giải thích nổi tại sao động năng cực đại của các electron quang điện lại không phụ thuộc vào cƣờng độ của chùm sáng. Thuyết điện từ ánh sáng đã không giải thích đƣợc các định luật quang điện. Đó là những bất lực của thuyết điện từ ánh sáng trong việc giải thích hiện tƣợng quang điện. Để giải quyết khó khăn này, thuyết lƣợng tử ánh sáng đã ra đời, góp phần đƣa vật lí phát triển thêm một bƣớc qu