Hội thảo các trường chuyên miền Duyên Hải Bắc Bộ 2015
PHẦN I: MỞ ĐẦU

CHUYÊN ĐỀ
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM PHẦN “QUANG HỌC”.

1. Lý do chọn đề tài
Đổi mới phương pháp dạy học là khắc phục phương pháp truyền thụ một chiều,
rèn luyện thói quen, nếp sống tư duy sáng tạo của người học. Để thực hiện được
nhiệm vụ này cần phải bồi dưỡng được cho học sinh phương pháp học tập để phát
triển tư duy nhận thức và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế. Muốn nâng cao
chất lượng học tập bộ môn vật lý phải có nhiều yếu tố song hành trong đó việc xây
dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong các tiết dậy vật lý đóng vai trò hết sức
quan trọng. Trong quá trình giảng dạy các tiết thực hành nói chung và các tiết có
sử dụng các dụng cụ thực hành của phần “Quang học” nói riêng, học sinh còn
nhiều lúng túng, nhiều em chưa biết cách tiến hành thí nghiệm như thế nào? chưa
biết vận dụng các kiến thức đã học vào việc thực hành để thu thập kết quả ra sao?
Thí nghiệm, thực hành là một trong những công cụ không thể thiếu được trong
quá trình dạy học Vật lý. Với tính chất là một phương tiện dạy học, thí nghiệm vật
lí giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí:
- BTTN có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục, giáo dục
kỹ thuật, đặc biệt BTTN còn là một phương tiện dạy học có tác dụng rất lớn trong
việc bồi dưỡng tư duy vật lý cũng như phương pháp nhận thức vật lý cho HS.
- BTTN vừa là bài tập vừa là thí nghiệm nên sẽ phát huy được các lợi thế
của hai phương tiện dạy học chủ lực nếu GV biết khai thác tốt. Quá trình làm thí
nghiệm sẽ tạo hứng thú, kích thích cho HS và từ đó HS mạnh dạn đưa ra ý kiến
sáng tạo của mình.
- BTTN là điều kiện để HS vận dụng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực
hành, kết hợp thao tác tư duy trí óc với thao tác chân tay, tập làm các nhà chế tạo,
thiết kế, lắp ráp…Điều này kích thích mạnh mẽ hứng thú học tập của HS nhất là
những bài toán liên quan đến thực tế.

2


Nếu xây dựng và sử dụng hợp lý các bài tập thí nghiệm vật lý trong việc tổ
chức hoạt động dạy học cho học sinh phần “quang học” nói riêng và BT Vật lý nói
chung thì sẽ góp phần tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS và nâng cao chất
lượng, hiệu quả dạy học Vật lý ở trường THPT.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Nghiên cứu chương trình, nội dung dạy học phần “QUANG HỌC”.
- Nghiên cứu về bài tập vật lý nói chung và bài tập thí nghiệm nói riêng trong
dạy học.
- Thực nghiệm sư phạm.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Nghiên cứu lý thuyết.
- Cơ sở lý luận về tâm lý học, giáo dục học, lý luận dạy học liên quan đến
giải BT Vật lý, nhất là bài tập thí nghiệm.
- Nghiên cứu các biện pháp, cách thức bồi dưỡng hoạt động nhận thức cho
HS trong quá trình dạy học Vật lý.
6.2. Nghiên cứu thực nghiệm.
- Thực trạng dạy học vật lý có sử dụng bài tập thí nghiệm của GV và HS và
giải quyết bài tập thí nghiệm Vật lý ở trường phổ thông.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT .........
- Thống kê và xử lý số liệu thực nghiệm.
7. Ý tưởng của đề tài
Có thể xây dựng ngân hàng các thí nghiệm đơn giản và thường gặp trong thực tế
và sắp xếp một hệ thống các thí nghiệm trong phần “QUANG HỌC”

PHẦN II:

CƠ SỞ KHOA HỌC:

sin i

n2

Biểu thức: sin r = n 21 = n
1

4


4.Phản xạ tồn phần và điều kiện xảy ra:
a. Hiện tượng phản xạ toàn phần
- Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng mà trong đó chỉ tồn tại tia
phản xạ mà không có tia khúc xạ.
b. Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần
– Tia sáng truyền theo chiều từ môi trường có chiết
suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.
(Hình 34)
– Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ
toàn phần (i gh)
5. C¸c c«ng thøc cđa l¨ng kÝnh:
sin i = n sin r
sin i' = n sin r'
A = r + r '

 D = i + i' − A

§iỊu kiƯn ®Ĩ cã tia lã

 A ≤ 2igh

1
1
1
= +
f
d
d '

Công thức thấu kính :

Công thức này dùng được cả cho thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.
Độ phóng đại của ảnh:
Độ phóng đại của ảnh là tỉ số chiều cao của ảnh và chiều cao của vật:
k=

A' B '
d′
=−
d
AB

* k > 0 : Ảnh cùng chiều với vật.
* k < 0 : Ảnh ngược chiều với vật.
– Công thức tính độ tụ của thấu kính theo bán kính cong của các mặt và
chiết suất của thấu kính:
D=

1
1
1 

I

S

n2

H

S

n1 < n2

I
S’

H

n1 > n2

b. Bản mặt song song:
BMSS (Plane-Parallel Plates) là môi trường trong suốt, đồng chất, giới hạn
bởi hai mặt song song.
Xét tia sáng xuất phát từ điểm sáng S ở môi trường quanh BMSS có chiết
suất n1 qua BMSS dày là e, có chiết suất n1 . (n1 < n2 ). S’ là ảnh của S. Xác định
độ dời ngang của tia sáng d và độ dời ảnh SS’?

S

S’
e


1


1


1


B.CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CẦN NẮM VỮNG TRƯỚC KHI LÀM
BÀI THỰC HÀNH:
1. Lí thuyết về sai số:
1.1. Định nghĩa phép tính về sai số
1.1.1. Các khái niệm
a. Phép đo trực tiếp: Đo một đại lượng vật lí có nghĩa là so sánh nó với một đại
lượng cùng loại mà ta chọn làm đơn vị
b. Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị của đại lượng cần đo được tính từ giá trị
của các phép đo trực tiếp khác thông qua biểu thức toán học, thì phép đo đó là
phép đo gián tiếp

1


1.1.2. Phân loại sai số
Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ ta cũng
mắc phải sai số. Người ta chia thành hai loại sai số như sau:
a. Sai số hệ thống:
Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phương pháp lí
thuyết chưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo. Sai số

1


∆A1 = A − A1
∆A2 = A − A2
.....................
∆An = A − A

n

được gọi là sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo riêng lẻ. Để đánh giá sai số của phép
đo đại lượng A, người ta dùng sai số toàn phương trung bình. Theo lí thuyết xác
n

∑ ( ∆A )

suất, sai số toàn phương trung bình là: σ =

i

i =1

n( n − 1)

2

(2)

và kết quả đo đại lượng A được viết: A = A ± σ (3)
Như vậy, giá trị thực của đại lượng A với một xác suất nhất định sẽ nằm

A

Kết quả đo được viết như sau: A = A ± δ 0 0 (7)
Như vậy, cách viết kết quả phép đo trực tiếp như sau:

1


- Tính giá trị trung bình A theo công thức (1)
- Tính các sai số ∆A theo công thức (4) hoặc (6).
- Kết quả đo được viết như (5) hoặc (7).
Ví dụ: Đo đường kính viên bi 4 lần, ta có kết quả sau:
d1 = 8,75mm ∆d1 = 0,00mm
d 2 = 8,76mm ∆d 2 = −0,01mm
d3 = 8,74mm ∆d 3 = 0,01mm

d 4 = 8,77mm ∆d 4 = −0,02mm

Giá trị trung bình của đường kính viên bi là:
d =

8,75 + 8,76 + 8,74 + 8,77
= 8,75mm
4

Sai số tuyệt đối trung bình tính được là
∆d =

Kết quả:


hiện số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V
thì có thể lấy sai số dụng cụ là:
ΔU = 1 0 0 .218 = 2,18 V
Làm tròn số ta có U = 218,0 ± 2,2 V
- Nếu các con số cuối cùng không hiển thị ổn định (nhảy số), thì sai số của phép
đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong khi đo.
Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số cuối
cùng không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số hàng đơn vị
không ổn định). Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U = 217 V. Sai số
phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo ΔU n = 2 V. Do vậy:

U = 217,0 ± 2,2 ± 2 = 217,0 ± 4,2 V
Chú ý:
- Nhiều loại đồng hồ hiện số có độ chính các cao, do đó sai số phép đo chỉ cần
chú ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên.

1


- Trường hợp tổng quát, sai số của phép đo gồm hai thành phần: sai số ngẫu
nhiên với cách tính như trên và sai số hệ thống (do dụng cụ đo)
1.3. Phương pháp xác định sai số gián tiếp
a) Phương pháp chung
Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào các đại lượng x, y, z theo hàm số
A = f ( x, y, z ) Trong đó x, y, z là các đại lượng đo trực tiếp và có giá trị
x = x ± ∆x
y

= y ± ∆y


t = 2,0 ± 0,2s

g = 9,8m / s 2

22
Ta có: h = 39,2.sin 30 .2 − 9,8. = 19,6m
2
0

dh = v0 sin α .dt + v0 cosα .dα + sin α .t.dv0 − g .t.dt
= ( v0. sin α − gt ).dt + v0 .t cosα .dα + sin α .t.dv0

∆h = v 0 .sin - gt . ∆t + v 0 .t.cos. . ∆α + sin α .t . ∆v0

= 39,2.sin 300 − 9.8.2 .0,2 + 39,2.2. cos 300 .

2π
+ sin 300.2 .0,2 = 1,38m
360

Sử dụng quy ước viết kết quả ở IV ta có: h = 19,6 ± 1,4m
Cách 2
Sử dụng thuận tiện khi hàm f ( x, y, z ) là dạng tích, thương, lũy thừa.... Cách
này cho phép tính sai số tỉ đối, gồm các bước:
a. Lấy logarit cơ số e của hàm A = f ( x, y, z )
b. Tính vi phân toàn phần hàm ln A = ln f ( x, y, z ) , sau đó gộp các số hạng có chưa
vi phân của cùng một biến số.

2


2
2
g
g
T
4π l
4π l
4π l
T
⇔

∆g
∆l
∆T
 ∆l 2 ∆T 
⇒ ∆g = g  +
+2

=
g
T 
l
T
 l

Bài tập rèn luyện
Hãy tính công thức sai số tuyệt đối và sai số tương đối của các đại lượng đo gián
tiếp sau:
v0 = v0 ± ∆v0


c. Cách viết kết quả
- Sai số tuyệt đối

∆A

và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắc trên

- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàng với chữ
số có nghĩa của sai số tuyệt đối.
Ví dụ:
Không thể viết m = 2,83745 ± 0,0731g
mà phải viết m = 2,84 ± 0,07 g

2


 0,07 
.100% = 2,464 = 2,464%
 2,84 

hoặc là ta tính δ = 
Ta có thể viết

m = (2,84 ± 2,5.2,84%) g . Nếu sai số lấy đến 1 chữ số có nghĩa thì
m = (2,84 ± 0, 07) g

Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai số ngẫu
nhiên và sai số hệ thống: ∆TP = ∆ NN + ∆ HT
Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta đo 5 lần,
sai số ngẫu nhiên tính được là ∆d = 0,05mm . Thước kẹp có độ chính xác δ = 0,02mm

cong trơn trong đường bao sai số được vẽ
sao cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật

y

∆y

++
+

và các điểm A1 , A2 ...... An nằm trên hoặc phân
+

bố về hai phía của đường cong (hình 1).
d. Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường
cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó bằng

0

+

+
x

∆x

Hình 1. Dựng đồ thị

thực nghiệm. Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm lân cận để
phát hiện ra điểm kì dị

tính một số cặp giá trị tương ứng (xi, yi), i=1, 2, …,n bằng thực nghiệm, sau đó áp
dụng phương pháp bình phương bé nhất.
3.2. Trường hợp: y = ax + b

2