Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong http://www.vnschool.net
Thiết kế thí nghiệm với gương cầu lõm (lớp 12) sử dụng phần mềm Crocodile Physics
24/08/2006

Phạm Thị Hà, Sinh viên khoa CNTT-ĐHSPHN, haptcnttb@yahoo.com

Bài viết này giới thiệu một số thí nghiệm trong SGK lớp 12 (Bài học: Gương cầu lõm SGK lớp 12 – trang 112) được thiết kế bởi phần mềm Crocodile Physics 3.05.






I. Mô tả thí nghiệm Tên thí nghiệm: quan sát sự phản xạ của một tia sáng trên gương cầu lõm, ảnh của một vật qua gương cầu lõm, tiêu điểm chính – tiêu cự và xây dựng cách vẽ ảnh thông qua thí nghiệm.
Mục đích yêu cầu của thí nghiệm:
- Giáo viên bố trí được thí nghiệm.
- Giáo viên thực hiện từng bước thí nghiệm cho học sinh quan sát.
- Học sinh hiểu được:
+ Sự phản xạ của một tia sáng trên gương cầu lõm
+ Ghi lại đặc điểm của ảnh qua gương cầu lõm
+ Biết được vị trí tiêu điểm chính – tiêu cự
+ Và thông qua thí nghiệm xây dựng cách vẽ ảnh của vật cho bởi gương cầu lõm.

II. Thực hiện thí nghiệm trên phần mềm
1. Chuẩn bị công cụ
Gương cầu lõm được lấy trong folder Mirrors, chọn gương cầu lõm (Concave mirror) kéo sang màn hình làm việc chính, đồng thời lấy thêm cả ba loại nguồn sáng, một vật sáng ở gần, một chắn sáng, thước đo chiều dài và thước đo độ như hình dưới:


2. Thực hiện thí nghiệm
Bước 1: Giáo viên chỉ cho học sinh một số khái niệm của gương cầu lõm
- Trước hết giáo viên chỉ rõ cho học sinh thấy tâm gương, đỉnh gương và trục chính của gương như hình dưới:


- Góc mở của gương: dùng hai thước dài kéo qua hai mép gương với tâm gương để học sinh có thể thấy rõ góc mở của gương, dùng một thước đo độ để đo góc mở của gương:


- Nếu gương không xuất hiện tâm và đỉnh như trên giáo viên có thể kích chuột trái vào gương, trong cửa sổ bên trái chọn , khi đó cũng có thể thay đổi tiêu cự và góc quay của gương, điều chỉnh gương với các thông số như dưới đây:



Bước 2: Giáo viên thực hiện lần lượt các thí nghiệm với gương cầu lõm. Giáo viên lần lượt thực hiện 4 thí nghiệm sau đây.
Thí nghiệm 1: Quan sát sự phản xạ của một tia sáng trên gương cầu
Trước tiên giáo viên di chuyển gương hoặc vật sao cho vật ở phía trước gương và xuất hiện ảnh của của vật qua gương.
1. Cho học sinh quan sát đặc điểm tia phản xạ của một tia tới bất kỳ
- Kích chuột trái vào vật cửa sổ bên trái xuất hiện các thuộc tính của vật, trong thuộc tính chọn 2 trong (chọn 2 tia bất kỳ chiếu vào gương) lúc này quan sát được sự phản xạ của 2 tia sáng qua gương cầu lõm.


- Để cho học sinh thấy rõ được đặc điểm của tia phản xạ giáo viên dùng một chắn sáng để chắn một tia sáng phía dưới lại, sau đó dùng một thước dài kéo thẳng qua tâm gương (tạo trục phụ) và điểm mà tia sáng gặp gương, sau đó dùng thước đo độ để đo góc lệch giữa tia tới với thước dài và góc lệch giữa tia phản xạ với thước dài.


- Ghi lại đặc điểm của tia phản xạ qua gương so với tia tới.
2. Cho học sinh quan sát đặc điểm một số tia đặc biệt
Để quan sát được một số tia đặc biệt giáo viên quay trở lại thuộc tính chọn 0 trong , cũng trong tích chọn trường hợp đầu tiên trong Extra rays để quan sát tia đặc biệt này và ghi lại các đặc điểm của tia đó:
Tia qua quang tâm:


- Bây giờ chọn 1 trong Basic rays, và bỏ dấu tích trong Extra rays để quan sát tia qua đỉnh gương:


- Ghi lại đặc điểm của tia đặc biệt này.
- Giáo viên giúp học sinh tổng hợp đặc điểm của tia phản xạ so với tia tới khi đi qua gương cầu lõm và ghi nhớ đặc điểm một số tia đặc biệt.

Thí nghiệm 2: Quan sát ảnh của một vật qua gương cầu lõm
1. Thiết kế thí nghiệm để cho học sinh thấy được ảnh của một vật qua gương cầu lõm
- Với vật và gương đã chuẩn bị giáo viên kích chuột trái vào gương và chọn như sau trong các thuộc tính của gương:


- Tiếp tục kích chuột vào vật trong đánh số 3 trong và trong Extra rays bỏ trống các ô tích, sau đó di chuyển
gương lại gần vật sao cho xuất hiện ảnh của gương cầu.
- Ban đầu giáo viên bố trí đặt vật vuông góc với trục chính của gương, và cho một đầu của vật phát sáng, đầu còn lại nằm trên trục chính của gương cách gương 30cm, ảnh thu được như dưới đây:


Ghi lại đặc điểm của ảnh thu được.
- Tiếp theo đặt vật như trên nhưng gần hơn cách gương 18cm thu được ảnh như hình dưới:


- Tiếp tục di chuyển vật lại gần gương hơn, tại vị trí trung điểm của tâm gương và đỉnh gương (tiêu điểm chính), cho tia sáng phát ra từ điểm dưới cùng của vật đồng thời kéo vật thấp hơn trước để có thể dễ quan sát ảnh thu được như hình dưới:



Ghi lại đặc điểm ảnh thu được tại vị trí này.
Cho vật và gương trở lại như cũ, di chuyển vật lại gần gương hơn cách gương 5cm, khi đó thu được ảnh như hình dưới:


Ghi lại đặc điểm ảnh thu được.
2. Thiết kế thí nghiệm để xác định điều kiện tương điểm:
Thí nghiệm xác định điều kiện góc mở của gương:
- Giáo viên giữ nguyên các thông số của gương, bây giờ cho góc mở của gương là nhỏ nhất, khi đó có thể chỉ cho học sinh nhìn rõ các tia phản xạ cắt nhau tại một điểm duy nhất.


- Cho thay đổi góc mở lớn hơn:


- Giáo viên chỉ cho học sinh thấy các tia phản xạ không cắt nhau tại một điểm duy nhất.
- Giáo viên hướng dẫn học sinh dựa vào thí nghiệm chỉ ra điều kiện góc mở của gương để có được ảnh rõ nét.
Thí nghiệm xác định điều kiện góc tới của các tia sáng:
- Giữ nguyên các thông số của gương, đặt vật cao 4cm cách gương 35cm, cho góc mở của gương nhỏ, điều chỉnh cho tia sáng phát ra từ đầu mũi tên và tia sáng trên cùng song song với trục chính, giáo viên chỉ cho học sinh thấy các tia phản xạ cắt nhau tại một điểm duy nhất:


- Thay đổi độ cao của vật lên 14cm, các thông số của gương hoàn toàn không thay đổi, khi đó kết quả thu được như hình dưới:



- Giáo viên chỉ cho học sinh thấy các tia phản xạ không cắt nhau tại cùng một điểm.
- Giáo viên giúp học sinh chỉ ra điều kiện góc mở của tia tới để có ảnh rõ nét.
- Giáo viên hướng dẫn học sinh tổng hợp được điều kiện tương điểm của gương cầu lõm.

Thí nghiệm 3: Thiết kế thí nghiệm xác định Tiêu điểm chính – Tiêu cự của gương cầu lõm
- Lúc này giáo viên không cho hiện tiêu điểm chính và tâm của gương nữa, sau đó đặt một nguồn sáng trước gương sao cho các tia sáng phát ra song song với trục chính của gương, cho học sinh quan sát đặc điểm của các tia phản xạ và ghi lại đặc điểm đó:



- Giáo viên cho hiện tiêu điểm chính của gương và cho học sinh quan sát


Ghi lại đặc điểm của điểm ánh sáng hội tụ.
- Tiếp theo để tính được tiêu cự giáo viên bố trí một nguồn sáng chỉ có một tia sáng đặt song song với trục chính của gương ở trước gương, lấy thước dài kéo thẳng từ điểm tia tới gặp mặt gương đến tâm của gương:


- Giáo viên chỉ cho học sinh cách tính tiêu cự của gương dựa vào góc tới, góc phản xạ kết hợp điều kiện tương điểm của gương cầu lõm.
- Để có thể thấy rõ hơn độ dài tiêu cự giáo viên cho góc mở của gương rất nhỏ cho học sinh dễ thấy được độ dài tiêu cự:



o Giáo giúp học sinh tổng hợp được cách tính tiêu cự và vị trí của tiêu điểm chính của gương cầu lõm.

Thí nghiệm 4: Thiết kế thí nghiệm xây dựng cách vẽ ảnh của một vật cho bởi một gương cầu lõm
1. Cách vẽ ảnh của một điểm sáng
- Giáo viên bố trí một chùm sáng phân kỳ trước gương:


- Giáo viên chỉ cho học sinh thấy có thể coi chùm sáng được phát ra từ một điểm và khi đó ảnh của nó cũng là một điểm, vậy có thể vẽ ảnh của một điểm sáng dựa vào 2 trong số 4 tia đặc biệt: tia qua quang tâm, tia qua đỉnh gương, tia song song với trục chính và tia di qua tiêu điểm chính.
- Giáo viên nhắc lại cho học sinh nhớ đã quan sát hai tia đặc biệt là tia qua quang tâm và tia qua đỉnh của gương và đặc điểm các tia phản xạ của các tia này.
- Tiếp theo Giáo viên bố trí để cho học sinh thấy được đặc điểm của hai tia đặc biệt nữa đó là tia đi song song với trục chính và tia đi qua tiêu điểm chính, coi vật sáng là một điểm sáng.
- Trong Rays to mirrors giáo viên tích chọn một trong số các tia đặc biệt trong Extra ray :
o Tia đi song song với trục chính:


Ghi lại đặc điểm của tia này.
o Tiếp theo là tia đi qua tiêu điểm chính:


Ghi lại đặc điểm của tia này.
- Cuối cùng giáo viên bố trí cho tất cả các tia đặc biệt được phát ra từ vật:


- Giáo viên hướng dẫn học sinh phân biệt rõ các tia đặc biệt để học sinh có thể dễ dàng ghi nhớ đặc điểm của các tia này.
2. Ảnh của một vật sáng
- Từ cách vẽ ảnh của một điểm sáng giáo viên giúp học sinh có thể tự suy luận ra cách vẽ ảnh của một vật sáng.
- Giáo viên bố trí vật sáng vuông góc với trục chính của gương, một đầu của vật sáng nằm trên trục chính, đầu còn lại phát ra tia sáng, cho vật phát ra hai tia sáng đầu tiên trong Rays to mirrorsExtra rays:


- Giáo viên giúp học sinh dựa vào thí nghiệm so sánh đặc điểm của ảnh thu được so với đặc điểm của vật vật, tổng hợp đặc điểm của ảnh để có thể suy ra cách vẽ ảnh của một vật sáng.
- Giáo viên giúp học sinh tổng hợp đặc điểm của ảnh thu được khi đặt vật ở các vị trí khác nhau so với tiêu cự của gương cầu lõm.
o Vật nằm ngoài khoảng tiêu cự:


o Vật nằm tại vị trí tiêu điểm chính của gương(cho tia sáng phát ra từ điểm dưới cùng của vật để có thể dễ dàng quan sát đường đi của tia phản xạ)


o Vật nằm trong khoảng tiêu cự:


- Giáo viên giúp học sinh tổng hợp cách vẽ ảnh của một vật sáng cho bởi gương cầu lõm.

III. Kết luận
Giáo viên giúp học sinh tổng hợp toàn bộ những đặc điểm đã ghi lại được để cho học sinh nắm được:
- Sự phản xạ của một tia sáng qua gương cầu lõm, đặc điểm tia phản xạ của 4 tia đặc biệt.
- Điều kiện tương điểm của gương cầu lõm.
- Độ dài tiêu cự và vị trí của tiêu điểm chính.
- Cách vẽ ảnh của một vật qua gương cầu lõm.
- Tổng hợp đặc điểm ảnh của một vật qua gương cầu lõm so với tiêu cự.
URL của bài viết này::http://www.vnschool.net/modules.php?name=News&file=article&sid=399
© Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong contact: sales@schoolnet.vn