Đề tài Sử dụng phương pháp trực quan trong giải bài toán về mắt và quang phổ nguyên tử hiđrô

Sở GD & ĐT Thanh Hoá Trường THPT Thạch Thành I ………–&—……….. Sáng kiến kinh nghiệm Tên sáng kiến kinh nghiệm: “ Sử dụng phương pháp trực quan trong giải bài toán về mắt và quang phổ nguyên tử hiđrô” Họ và tên tác giả: Trịnh Quốc Thương Chức vụ :Giáo viên Đơn vị công tác : Trường Thạch Thành I Sáng kiến kinh nghiệm thuộc môn : Vật lí Sáng kiến kinh nghiệm thuộc năm học 2007 – 2008  Đặt vấn đề I.Lời mở đầu “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng …”,đó là một câu mà tôi thấy rất tâm đắc trong triết học Mác- lênin ,Trong quá trình học tập và giảng dạy tôi đã coi câu này như “kim chỉ nam” và tôi đã thu được nhiều kết quả cho mình Đã nhiều năm tôi tham gia giảng dạy,ôn luyện cho học sinh thi đại học ,tôi thường xuyên gặp những băn khoăn ,thắc mắc của các em “vấn đề này khó hiểu quá…”, thậm chí có những em xác định “có lẽ em bỏ phần này thôi…”.Từ thực tế trên ,là người thầy giáo tôi không thể làm ngơ mà trái lại, điều các em băn khoăn lại càng làm cho tôi trăn trở nhiều hơn và rồi ,tôi lại liên tưởng đến câu nói “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng…” Trong sáng kiến kinh nghiệm này của mình, tôi trình bày một vài bài toán mà tôi đã sử dụng phương pháp trực quan và mang lại hiệu quả .Đó là “ sử dụng phương pháp trực quan trong giải bài toán về mắt và quang phổ nguyên tử Hiđrô” II.Thực trạng của vấn đề nghiên cứu 1. Bài tập về mắt Khi học sinh làm bài tập phần này các em cảm thấy bài toán ở phần này nó trừu tượng và khó hiểu bởi vì: Thứ nhất : Do các em chưa phân biệt được giới hạn nhìn rõ của mắt khi không đeo kính và khi đã đeo kính Thứ hai : Các em chưa thật sự hiểu trong cách xác ảnh thật , ảnh ảo và vị trí của ảnh, vật ví dụ 1: Một cận thị phải đeo kính có độ tụ -2,5 điôp. Khi đó , người ấy nhìn rõ được vật gần nhất cách mắt 25cm . Xác định giới hạn nhìn rõ của mắt người ấy Trong bài này nhiều học sinh không xác định được 25cm cho ở dữ kiện bài toán đó là d hay d/ . Nếu các em xác định được là d/ thì các em xác định không rõ là d/=-25cm hay d/=25cm. Đăc biệt nếu các em gặp những bài toán mắt cách kính một khoảng a nào đó thì các em cũng thường xác định sai d và d/ Ví dụ2 : Cũng bài toán trên , nhưng mắt cách kính 1cm Khi giải bài toán này ,học sinh nếu đã xác định được dữ kiện bài toán 25cm ở đề có liên quan đến ảnh nhưng các em dễ nhầm d/= -25cm mà không tính đến mắt cách kính 1cm Với nhứng lí do trên nên có nhiều bài toán các em giải đúng có kết quả ,nhưng cũng nhiều bài học sinh giải không đúng kết quả,một lúc nào đó các em thấy bài toán trở nên dối và rồi các em có nhiều mặc cảm đối với bài toán 2. Bài tập về quang phổ nguyên tử hiđrô Bài toán ở phần này học sinh hay gặp : Cho biết bước sóng của 2 vạch tìm vạch thứ 3 ,hoặc biết được một số vạch có thể tìm những vạch nào khác ; hoặc biết khi được kích thích lên trạng thái nào đó ,tìm những vạch mà nguyên tử hiđrô phát ra ví dụ1: Cho 2 vạch đầu tiên trong dãy Laiman của quang phổ nguyên tử Hiđrô làn lượt là l1L = 0,122 mm; l2L = 0,103 mm.Tìm bước sóng của vạch đầu tiên trong dãy Banme (l a ) Giải bài này, thường các sách tham khảo đưa ra: Vạch thứ nhất trong dãy Laiman do e chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K Vạch thứ hai trong dãy Laiman do e chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K Vạch thứ nhất trong dãy Banme do e chuyển từ quỹ đạoM về quỹ đạo L = EL- EK (1) = EM- EK (2) = EM - EL (3) từ (1),(2),(3) suy ra : - = Ví dụ2 : Biết vạch có bước sóng dài nhất trong dãy Laiman và dãy Banme lần lượt là 0,122 mm và 0,656m m .Tìm bước sóng của vạch thứ hai trong dãy Laiman Giải bài này, thường các sách tham khảo đưa ra: Bước sóng dài nhất trong dãy Laiman do e chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K Bước sóng dài nhất trong dãy Banme do e chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo L Vạch thứ hai trong dãy Laiman do e chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K = EL- EK (1) = EM- EK (2) = EM - EL (3) từ (1),(2),(3) suy ra : = - Ví dụ3:Khi chiếu phôtôn có bước sóng l =0,103m m vào chất khí hiđrô ở trạng thái cơ bản, nguyên tử chỉ phát ra được 3và chỉ 3 vạch quang phổ với l 1<l 2<l 3 =0,656m m .Tìm bước sóng của 2 vạch l 1;l 2 Các tài liệu thường giải: Vì nguyên tử chỉ phát 3 bức xạ , nên mức kích thích chỉ có thể là EM , vì từ EM có thể có 3 sự chuyển mức : EM về EL; EL về EK ; EM về EK Như vậy , l chính là vạch thứ hai trong dãy Laiman, và đó chính là vạch l 1; còn l 2 do e chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K,vạch l 3 do e chuyển từ quỹ đạoM về quỹ đạo L = EL- EK (1) = EM- EK (2) = EM - EL (3) từ (1),(2),(3) suy ra : = - Khi giải quyết những bài toán này ở một số sách tham khảo thường đưa ra sơ đồ mức năng lượng rồi dựa vào tiên đề 2 của Bo, với cách làm này tôi thấy : thứ nhất hơi dài ,thứ hai không gây được hứng thú cho học sinh, thứ 3 không tạo ra cho học sinh một khả năng tư duy linh hoạt Từ thực trạng trên , tôi mạnh dạn đưa ra một cách giải, cách tiếp cận với bài toán ở một phương diện khác đó là : sử dụng phương pháp trực quan B.Giải quyết vấn đề I.Các giải pháp thực hiện Từ thực trạng trên tôi nhận thấy rằng khi giải các bác toán vật lí nói chung ,giải các bài toán về mắt và quang phổ nguyên tử Hiđrô nói riêng phân tích baì toán đến đâu thì vẽ hình đến đó và thậm chí dùng phấn màu để phân biệt trường hợp này , trường hợp kia… Sau đây tôi xin trình bày các giải pháp cụ thể cho từng bài toán 1.Bài toán về mắt Bước 1 :Bước này nhằm hướng dẫn các em phân biệt được giới hạn nhìn rõ của mắt khi đeo kính và khi không đeo kính Hướng dẫn học sinh để đi đến kết luận: ã CV ã CC O V A B Khi chưa đeo kính, mắt nhìn rõ các vật,khi các vật nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt ( hình minh hoạ) Khi đã đeo kính, mắt nhìn rõ vật ,( do bây giờ chùm tia tới không trực tiếp vào mắt mà là chùm tia ló )khi ảnh của vật qua kính phải nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt (Vì vật và ảnh qua thấu kính dịch chuyển cùng chiều , do vậy vật ở xa nhất thì ảnh ở xa nhất và ngược lại) Vật ở xa nhất , mắt còn nhìn rõ , ảnh của vật hiện lên ở CV của mắt Vật ở gần nhất , mắt còn nhìn rõ , ảnh của vật hiện lên ở CC của mắt Biểu diễn vật ở gần nhất và xa nhất và ảnh của chúng lên hình vẽ bằng các kí hiệu trên hình B1 B OK ã CV ã CC O V A1 XN A GN Trên cơ sở này thì học sinh nhận ra rằng khi đã đeo kính , mắt nhìn được vật đặt trong khoảng từ vị trí gần nhất đến vị trí xa nhất Bước 2: Bước này nhằm giúp học sinh xác định được d và d/ chính xác Yêu cầu học sinh nhắc lại cách xác định d/ và d + d là khoảng cách từ vật đến thấu kính + d/ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính Trên cơ sở đó và từ hình vẽ yêu cầu học sinh xác định d và d/ B B1 d/ A1 XN ã CV ã CC O V A GN OK d + Khi vật ở xa nhất mắt còn nhìn rõ : d = OKA1= ( OA1- OOK) d/ = - OKCV = - (OCV- OOK ) ( vì ảnh nằm trước thấu kính nên là ảnh ảoị d/<0) + Tương tự như vậy tìm được d và d/ khi vật ở gần nhất Với cách làm như trên học sinh cảm nhận bài toán không trừu tượng ,khó hiểu và đặc biệt sau khi các em làm vài bài quen thuộc ,lúc đó các em không cần phải vẽ hình mà lúc đó các em đủ để có thể hình dung, tư duy một cách dễ dàng nhanh chóng , và đến lúc đó baì toán không còn là mặc cảm đối với các em ,mà trái lại gây được sự húng thú 2. Bài toán về quang phổ của nguyên tử hiđrô Sau khi dạy xong bài quang phổ nguyên tử hiđrô dựa trên sơ đồ mức năng lượng có thể hướng dẫn các em: K L M N l1L N Độ dài của các vạch trên sơ đồ mức năng lượng coi là năng lượng của các vạch đó Ví dụ : độ dài e trên hình coi là năng e lượng của vạch l1L, ta có: e = (Thực vậy đây là sơ đồ mức năng lượng nên: EL- EK= e ) Sau khi học sinh nắm được quy tắc trên Thứ nhất: các em dễ dàng suy ra : năng lượng vạch dài hơn trừ năng lượng vạch ngắn hơn bằng năng lượng của phô tôn L M N l a ví dụ: Cho 2 vạch đầu tiên trong dãy Laiman của quang phổ nguyên tử Hiđrô lần lượt là l1L = 0,122 mm; l2L = 0,103 mm.Tìm bước sóng của vạch đầu tiên trong dãy Banme (l a ) l2L l1L K Từ sơ đồ mức năng lượng học sinh dễ dàng suy ra : ịl a Thứ hai : Dễ dàng suy ra ,vạch có năng lượng ngắn nhất trong các dãy quang phổ là vạch nào ( tương ứng vạch có bước sóng lớn nhất) và ngược lại Ví dụ : Biết vạch có bước sóng dài nhất trong dãy Laiman và dãy Banme lần lượt là 0,122 mm và 0,656m m .Tìm bước sóng của vạch thứ hai trong dãy Laiman K L M N l a l1L Từ sơ đồ mức năng lượng dễ dàng thấy : Vạch có bước sóng dài nhất (tức có năng lượng bé nhất) trong dãy Laiman và dãy Banme là vạch đầu tiên trong các dãy đó Như vậy theo đề ra , đã có l1L; l a .Tìm l2L l2L Ta có : ịl 2L Thứ ba: Giúp các em định hướng giải quyết vấn đề nhanh hơn ,kể cả những bài tập khó Ví dụ:Khi chiếu phôtôn có bước sóng l =0,103m m vào chất khí hiđrô ở trạng thái cơ bản, nguyên tử chỉ phát ra được 3và chỉ 3 vạch quang phổ với l 1<l 2<l 3 =0,656m m .Tìm bước sóng của 2 vạch l 1;l 2 Căn cứ vào sơ đồ mức năng lượng thấy : Khi chiếu phôtôn có bước sóng l =0,103m m vào chất khí hiđrô ở trạng thái cơ bản, nguyên tử chỉ phát ra được 3và chỉ 3 vạch quang phổ suy ra khi đó e chuyển đạo M Từ sơ đồ , ta nhận thấy l2L=l l3=la Từ đó suy ra l1L : ịl 1L Trên đây là những ưu điểm khi ta sử dụng phương pháp trực quan ,ngoài ra cũng như bài toán về mắt ,trong bài toán này các em chỉ cần làm vài bài là các em quen ,sau đó các em không cần vẽ hình ,nhưng các em có khả năng tư duy rất tốt II. Các biện pháp tổ chức thực hiện K l1L N M L