Sáng kiến kinh nghiệm Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên

 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
 MỤC LỤC
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...............................................................................................................................1
 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:..................................................................................................................................1
 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: ..........................................................................................................................1
 1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:...................................................................................................2
 1.4. ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT, THỰC NGHIỆM:.................................................................................................2
 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: .....................................................................................................2
 1.6. PHẠM VI VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU:....................................................................................................2
2. NỘI DUNG.....................................................................................................................................3
 2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: .............................................................3
 2.1.1. Cơ sở lý luận: ......................................................................................................................................3
 - Về mục tiêu dạy học:..............................................................................................................................3
 - Về phương pháp dạy học: ..................................................................................................................3
 - Về nội dung dạy học:..............................................................................................................................3
 - Về kiểm tra đánh giá:...............................................................................................................................3
 2.1.2. Thực trạng của vấn đề nghiên cứu:..........................................................................................4
 2.2. MÔ TẢ, PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP MỚI CỦA ĐỀ TÀI:...................................................................................4
 2.2.1. Cơ sở lí thuyết: ...................................................................................................................................4
 2.2.2. Phân tích giải pháp mới:...............................................................................................................8
 2.3. CHỨNG MINH TÍNH KHẢ THI CỦA GIẢI PHÁP:........................................................................................8
 2.3.1. Nghiên cứu tổng quan tài liệu:...................................................................................................8
 2.3.2. Các bài toán về lưỡng chất cầu có chiết suất không đổi:.............................................12
 2.3.3. Các bài toán về lưỡng chất cầu có chiết suất biến thiên:.............................................20
 2.4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN:.............................................................................................................................24
3. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ...............................................................................................25
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................26
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 0 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
1.3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
 Đề tài tập trung nghiên cứu về việc dạy học chủ đề lưỡng chất cầu và xây dựng bài tập để 
phát triển năng lực của học sinh lớp chuyên.
1.4. Đối tượng khảo sát, thực nghiệm:
 Học sinh học vật lí các lớp 11, lớp chuyên và học sinh giỏi trong đội tuyển cấp trường, 
cấp tỉnh. 
1.5. Phương pháp nghiên cứu đề tài:
- Tìm hiểu, đọc, tổng hợp, phân tích các đề thi HSG cấp tỉnh của các tỉnh và khu vực, đề thi 
HSG cấp Quốc gia, các đề thi Olympic Vật lí các nước.
- Phân loại, hệ thống hóa và khái quát phương pháp giải bài tập. Triển khai, áp dụng và rút 
kinh nghiệm sau các đợt bồi dưỡng đội tuyển. 
- Hình thành ý tưởng từ các đợt tập huấn chuyên, các đợt bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi 
các cấp. Tổng hợp và phát triển sáng kiến từ kinh nghiệm giảng dạy của bản thân, học hỏi 
kinh nghiệm từ đồng nghiệp. 
1.6. Phạm vi và thời gian nghiên cứu:
 Đề tài sáng kiến thuộc chương Khúc xạ ánh sáng trong chương trình Vật lí THPT và 
chương trình dùng cho các lớp chuyên Vật lí. 
 Vấn đề nghiên cứu của sáng kiến được hình thành khi được phân công trực tiếp bồi dưỡng 
đội tuyển HSG cấp trường dự thi cấp tỉnh và bồi dưỡng đội tuyển HSG cấp tỉnh dự thi cấp 
Quốc gia kể từ năm 2014.
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 2 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
- Về kiểm tra đánh giá:
 Về bản chất đánh giá năng lực cũng phải thông qua đánh giá khả năng vận dụng kiến thức 
và kĩ năng thực hiện nhiệm vụ của học sinh trong các loại tình huống phức tạp khác nhau. 
Trên cơ sở này, các nhà nghiên cứu ở nhiều quốc gia khác nhau đề ra các chuẩn năng lực 
trong giáo dục tuy có khác nhau về hình thức, nhưng khá tương đồng về nội hàm. Trong 
chuẩn năng lực đều có những nhóm năng lực chung. Nhóm năng lực chung này được xây 
dựng dựa trên yêu cầu của nền kinh tế xã hội ở mỗi nước. Trên cơ sở năng lực chung, các 
nhà lí luận dạy học bộ môn cụ thể hóa thành những năng lực chuyên biệt. Tuy nhiên không 
dừng ở các năng lực chuyên biệt, các tác giả đều cụ thể hóa thành các năng lực thành phần, 
những năng lực thành phần này được cụ thể hóa thành các thành tố liên quan đến kiến thức, 
kĩ năng để định hướng quá trình dạy học, kiểm tra đánh giá của giáo viên.
2.1.2. Thực trạng của vấn đề nghiên cứu:
 Trong chương trình Vật lí, học sinh được trang bị các kiến thức quang học ở chương 
trình THCS với các kiến thức đơn giản, không quá phức tạp và không nặng về công cụ toán 
học. Khi học sinh tiếp tục học kiến thức phần quang học ở chương trình Vật lí 11 THPT nói 
chung và chương trình chuyên nói riêng, học sinh bắt đầu tiếp cận với các kiến thức cao hơn, 
hàn lâm và nặng về toán học. Chính vì vậy, những khó khăn về toán học, độ chênh lệch quá 
nhiều kiến thức chương trình, ít được rèn luyện bài tập vận dụng,... sẽ làm cho học sinh 
chuyên có tâm lí ngại va chạm với các bài tập của chủ đề này.
2.2. Mô tả, phân tích giải pháp mới của đề tài:
2.2.1. Cơ sở lí thuyết: 
 2.2.1.1. Định luật khúc xạ (định luật Snen – Đề-các-tơ):
* Phát biểu:
 - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
 - Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sini) và sin 
của góc khúc xạ (sinr) là một số không đổi. Số không đổi đó được gọi là chiết suất tỉ đối của 
môi trường chứa tia khúc xạ và môi trường chứa tia tới.
 sini n2
 n21 (1)
 sinr n1
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 4 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
 AB e
 t (4)
 v v
với v là tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường.
 Cũng trong khoảng thời gian Δt ấy, nếu truyền trong môi trường chân không, ánh sáng đi 
được quãng đường:
 e
 e c. t c. n.e (5)
 0 v
 Hai quãng truyền e0 và e của ánh sáng trong cùng một thời gian Δt trong chân không và 
trong môi trường chiết suất n được gọi là hai quãng truyền tương đương (vì mất cùng một 
khoảng thời gian) và e0 được gọi là quang trình (hay quang lộ) của quãng truyền AB, kí hiệu 
là (AB):
 (AB) e0 n.e (6)
 Nếu ánh sáng truyền từ A đến B qua một dãy môi trường trong suốt, đồng tính có chiết 
suất n1, n2, ..., nk, ngăn cách bởi các mặt giới hạn Σ 1, Σ2, ..., Σk-1 thì các quãng truyền của tia 
sáng trong mỗi môi trường chiết suất ni là một đoạn thẳng e Ai 1Ai . Quang trình trên 
quãng truyền AB là:
 k
 (AB) n1e1 n2e2 ... nkek niei (7)
 i 1
 Trong thực tế, điểm B 
thường là ảnh của điểm A 
 B’ Ak-
qua một quang hệ và B có thể A2 1 B
 A1
 nk-1
là một ảnh thật (B) hoặc ảo nk
 A n2
(B’). Ảnh ảo B’ không nằm n1
trên phần Ak-1B của tia sáng 
trong môi trường k mà nằm 
trên đường kéo dài về phía trước điểm A k-1. Để vẫn có thể áp dụng công thức tính quang 
trình ở trên, khi tính quang trình (AB’) thì ta coi quang trình ảo (A k-1B’) như vẫn được 
truyền trong môi trường k nhưng là số âm:
 (AB') n1AA1 n2A1A2 ... nk 1Ak 2Ak 1 nkAk 1B' (8)
hay vẫn có
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 6 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
 Khi ánh sáng truyền trong một môi trường trong suốt có chiết suất thay đổi liên tục thì tia 
khúc xạ bị lệch dần so với tia tới. Kết quả là đường truyền của ánh sáng sẽ có dạng một 
đường cong. Hệ số góc tiếp tuyến tại điểm M(x 0, y0) của đồ thị hàm số y = f(x) được xác 
định bằng biểu thức:
 dy
 tan f '(x ) (11)
 dx 0
 x x0
Trong đó α là góc giữa tiếp tuyến và trục hoành Ox.
2.2.2. Phân tích giải pháp mới:
 Dựa trên việc nghiên cứu cơ sở lý luận, cơ sở lý thuyết liên quan đến việc dạy học chủ đề, 
dựa trên phân tích thực trạng của việc học của học sinh trong chủ đề lưỡng chất cầu, giải 
pháp mới trong việc dạy học chủ đề này theo định hướng phát triển năng lực học sinh 
chuyên cần tiến hành theo các bước:
 - Nghiên cứu kỹ lưỡng, cẩn thận nội dung sách tài liệu: Bước này rất quan trọng vì việc 
nghiên cứu tài liệu giúp trang bị cho học sinh một nền tảng kiến thức nền vững chắc, đặc 
biệt là các phương pháp, các khái niệm và cách thiết lập các công thức. Sau đây, là phần 
trọng tâm sách tài liệu chuyên về chủ đề lưỡng chất cầu và một số nội dung nâng cao, 
chuyên sâu.
 - Trang bị các kiến thức về toán học: hình học, vi phân, đạo hàm, tích phân... hỗ trợ khó 
khăn của học sinh khi vận dụng kiến thức toán học vào giải bài tập vật lí nói chung và giải 
bài tập chủ đề lưỡng chất cầu nói riêng.
 - Xây dựng các bài tập vận dụng để học sinh rèn luyện.
 - Kiểm tra, rút kinh nghiệm trong quá trình học tập chủ đề của học sinh. 
2.3. Chứng minh tính khả thi của giải pháp:
 DẠY HỌC CHỦ ĐỀ LƯỠNG CHẤT CẦU 
 THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC SINH CHUYÊN
2.3.1. Nghiên cứu tổng quan tài liệu:
 2.3.1.1. Lưỡng chất cầu
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 8 Đề tài “Dạy học chủ đề lưỡng chất cầu theo định hướng phát triển năng lực học sinh chuyên”
Nếu R thì (6) chuyển thành công thức lưỡng chất phẳng (LCP) :
 n n
 1 2 0 (7)
 d d '
- Số phóng đại ảnh qua lưỡng chất cầu
 tani AB d ' 1 d '
Từ Hình 1.b ta có : . . (8)
 tan r A'B' d | k | d
Theo định luật khúc xạ ánh sáng và điều kiện tương điểm, ta có :
 tani sini n
 2 (9)
 tan r sin r n1
 n d '
Từ (8) và (9), viết lại: | k | 1 .
 n2 d
 n d '
Một cách tổng quát: k 1 . (10)
 n2 d
Nếu ảnh cùng chiều vật thì k > 0; nếu ảnh ngược chiều vật thì k < 0.
Nếu ảnh của một vật qua LCP, từ (7) và (10) suy ra được : k = 1, ảnh cùng chiều và cao bằng 
vật.
 2.3.1.2. Kính cầu: Kính cầu là một quả cầu trong suốt, đồng tính có chiết suất n.
- Công thức kính cầu: Một khối cầu 
 I M 
 i J i’ 
tâm O, bán kính R, chiết suất n đặt S r r’ S’
 O
trong không khí. Điểm sáng S đặt cách 
 d d’
tâm O khoảng d. Xét những tia sáng đến Hình 2
gặp khối cầu dưới góc tới rất bé. Bây 
giờ ta hãy xác định vị trí ảnh S’ của S.
Áp dụng định lý hàm sin cho hai tam giác: 
 R d
 SIO : (1)
 sin sini
 R d '
 S 'JO : (2)
 sin sini'
Vì các góc i, , rất bé nên (1) và (2) được viết lại như sau:
 R d
 (3)
 i
Nguyễn Phượng Hoàng. Tổ Vật lí – Công nghệ. Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp. 
Trang 10