SKKN Sử dụng phần mềm mô phỏng khi dạy một số bài chương Mắt. Các dụng cụ quang (Vật lý 11 – Cơ bản) theo hướng phát huy tính tích cực hoạt động nhận thức

lý phổ thông là phần nhiều nội dung kiến thức trong chương đều nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật của vật lý, đó là các ứng dụng quang học của kính lúp, KHV, KTV.
Qua việc nghiên cứu các dụng cụ quang học, học sinh cần nắm vững kiến thức trong chương. Như vậy, học sinh phải ôn tập, củng cố kiến thức về quang học đã được học. Bên cạnh đó học sinh còn biết vận dụng lý thuyết vật lý vào trong thực tế và giải các bài tập hệ quang học.
Ngoài ra, học sinh còn phát huy tính tích cực, tự lực giải quyết vấn đề thông qua việc đề xuất các phương án thiết kế các dụng cụ quang học, qua quá trình thiết kế giúp học sinh phát triển tư duy, năng lực sáng tạo, đặc biệt là tư duy kỹ thuật, năng lực tự giải quyết khi gặp vấn đề trong khi học, trong cuộc sống. 
7.2.5. Phần mềm “Crocodile physics 605” hỗ trợ cho việc giảng dạy phần quang học trong chương trình vật lý phổ thông.
Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo của môn vật lý, được lập trình trên ngôn ngữ lập trình C++, thông qua ngôn ngữ thể hiện là Tiếng Anh. Phần mềm đã được tạo lập dựa trên cơ sở chính xác về mặt vật lý. Nó không chỉ mang tính mô phỏng lại các hiện tượng vật lý một cách máy móc bằng hình ảnh đơn thuần mà còn thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng tương đối đầy đủ. 
Phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Physics 605 có khả năng thiết lập được hầu hết các thí nghiệm trong chương trình vật lý phổ thông, cung cấp một số chủ đề có sẵn theo chương trình và có thể tạo ra được các chủ đề mới theo từng nội dung thí nghiệm. Khi xây dựng thí nghiệm ảo bằng phần mềm Crocodile Physics 605, chúng ta có thể đưa vào các hình ảnh được ghi lại sẵn từ ngoài chương trình, có thể sắp xếp các dụng cụ thí nghiệm trong một hoạt cảnh giống như không gian của một phòng thí nghiệm.
7.2.6. Tiến hành soạn giảng hai bài thuộc chương “Mắt. Các dụng cụ quang” SGK vật lý 11 – Cơ bản
Tiết 60, Bài 33: Kính hiển vi
I. Mục tiêu:
1.Kiến thức:
- Nêu được công dụng và cấu tạo, đặc điểm vật kính và thị kính của kính hiển vi.
- Trình bày được sự tạo ảnh của vật qua kính hiển vi, vẽ được đường truyền của chùm tia sáng từ một điểm của vật qua kính trong trường hợp ngắm trừng ở vô cực.
- Nêu được các đặc điểm của việc điều chỉnh kính hiển vi.
- Xây dựng được công thức số bội giác của kính hiển vi trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
2. Kỹ năng:
- Kỹ năng giải thích quá trình tạo ảnh qua KHV.
- Kỹ năng tính toán xác định các đại lượng như: vị trí của vật, độ phóng đại, số bội giác của kính. 
- Kỹ năng hợp tác thảo luận theo nhóm để phân tích các hiện tượng, quá trình, giải quyết vấn đề.
- Áp dụng công thức số bội giác của kính hiển vi ngắm chừng ở vô cực để giải các bài tập.
3. Thái độ:
- Có hứng thú học vật lý, vận dụng những hiểu biết vào đời sống.
- Có tinh thần đoàn kết, làm việc, thảo luận theo nhóm.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên
- Kính hiển vi, máy chiếu Projecter.
- Xây dựng các phiếu học tập và bài kiểm tra 15 phút.
- Phần mềm dạy học “Crocodile physics 605 ”.
2. Học sinh:
- Ôn lại các kiến thức về gương, thấu kính, mắt.
- Chuẩn bị bài mới.
III. Tổ chức hoạt động dạy học 
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ (5phút)
GV: Kể tên một số dụng cụ quang đã học, nêu đặc điểm tạo ảnh của vật thật qua gương và thấu kính.
HS: - Một số dụng cụ quang học như: gương cầu lồi, cầu lõm, thấu kính, kính lúp . . .
- Vật thật đặt trước gương cầu lõm cho ảnh thật ngược chiều với vật (vật ngoài khoảng OF), cho ảnh ảo lớn hơn vật (vật nằm trong khoảng OF), cho ảnh ở vô cực (vật nằm tại điểm F).
- Vật thật đặt trước gương cầu lồi bao giờ cũng cho ảnh ảo cùng chiều và nhỏ hơn vật.
- Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh thật ngược chiều (vật đặt ngoài khoảng OF), cho ảnh ảo cùng chiều và lớn hơn vật (vật đặt trong khoảng OF), cho ảnh ở vô cùng nếu vật đặt tại điểm F.
- Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ bao giờ cũng cho ảnh ảo cùng chiều và nhỏ hơn vật.
GV: Đặt vấn đề vào bài 
Trong các phòng thí nghiệm hay trong nghiên cứu khoa học để quan sát các vật rất nhỏ và gần như: vi trùng, vi khuẩn, tế bào, hồng cầuKhi đó, dùng kính lúp chúng ta không thể quan sát được các vật rất nhỏ đó. Vì vậy, người ta cần một dụng cụ quang học để có thể quan sát ảnh của vật có kích thước lớn hơn vật hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần, tương ứng với số bội giác rất lớn. Dụng cụ đó có tên gọi là KHV. Bài hôm nay chúng ta nghiên cứu quang cụ này.
Hoạt động 2: Tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo kính hiển vi (20 phút)
1. Nguyên tắc cấu tạo của KHV:
a) Thiết kế, thiết bị:
GV: Từ các dụng cụ quang đã biết, ta có thể đưa ra nguyên tắc cấu tạo của KHV đơn giản như thế nào? sao cho khi quan sát ảnh của vật qua KHV dưới góc trông lớn hơn hàng trăm lần, nghìn lần so với khi trông trực tiếp vật. Ta có thể tìm cách tạo ra được một ảnh của vật đã được phóng đại lên một số lần,sau đó dùng kính lúp để quan sát ảnh thì sẽ quan sát được. Độ phóng đại của 2 kính ghép đồng trục với nhau có giá trị như thế nào? Liệu có thể thực hiện được như thế hay không? Nếu được thì dùng dụng cụ quang học nào? 
HS: Độ phóng đại của 2 kính ghép đồng trục là k = k1k2. Vậy ta có thể dùng một hệ quang học gồm 2 phần tử: một phần tử quang học L1 và một kính lúp (phần tử L2), với hệ này ảnh sẽ được phóng đại qua 2 lần.
+ Lần thứ nhất: vật được phóng đại qua phần tử L1 cho ảnh A'1B'1
+ Lần thứ hai: quan sát ảnh A'1B'1 này bằng kính lúp (phần tử L2) sẽ thấy ảnh A'2B'2, ảnh A'2B'2 được phóng đại lên lần thứ hai.
GV: đúng! Vậy thì ảnh thật trung gian A'1B'1 phải nằm ở vị trí nào so với kính lúp L2 để thu được ảnh cuối cùng A'2B'2 lớn hơn A'1B'1?
HS: ảnh A'1B'1 phải nằm trong tiêu cự của kính lúp L2.
 L1 L2
Vật AB có kích thước << ảnh ảnh ảo
 A'1B'1>AB (A'2B'2>>AB)	 
GV: Vậy qua phân tích trên thì KHV thực chất là một hệ quang học được diễn tả bằng giản đồ sau:
Căn cứ vào sơ đồ trên ta đưa ra các phương án thiết kế một KHV đơn giản, trong đó chú ý chọn L1 là phần tử quang học gì và bố trí như thế nào? (phát phiếu học tập, các nhóm đề xuất các phương án, GV sử dụng phần mềm mô phỏng để thiết kế ý tưởng của HS).
b) Các phương án thiết kế:
Phương án 1: Dùng hệ gương cầu lõm L1 – kính lúp L2 (ghép đồng trục).
GV: Hệ trên, vị trí của vật AB đối với L1 và L2 như thế nào?
HS: Vật AB đặt giữa gương L1 và kính L2, cách O1 một khoảng d sao cho qua L1 cho ảnh thật A'1B'1 lớn hơn AB. Điều chỉnh khoảng cách O1A1 để ảnh A'1B'1 nằm trong tiêu cự của kính L2.
GV: Muốn A'1B'1 lớn nhất thì phải đặt vật AB ở đâu.
HS: Đặt AB gần tiêu điểm của gương.
GV: Sử dụng phần mềm mô phỏng Crocodile physics 605 để thực hiện hoá ý tưởng của HS.
Hình 1: Hệ gương cầu lõm L1 – kính lúp L2
GV: Khởi động chương trình: start/programs/Crocodile clips/Crocodile physics 605/Crocodile physics 605/chọn Newmodel/Optics/sử dụng các dụng cụ đã có sẵn và thiết kế ý tưởng cấu tạo KHV của học sinh vừa nêu, dùng quan sát một mẫu vi khuẩn (hình 1).
GV: Thay đổi các thông số, khoảng cách từ vật đến L1 để cho ảnh rõ nét.
GV: Hướng dẫn HS quan sát, thảo luận nhóm và đưa ra kết luận.
Kết luận: Dùng hệ gương cầu lõm – kính lúp. Vật AB xen giữa gương và kính gần tiêu điểm của gương để cho ảnh thật A'1B'1 lớn hơn AB. Ảnh thật A'1B'1 nằm trong tiêu cự của L2 cho ảnh ảo A'2B'2 lớn hơn A'1B'1 nhiều lần. Quan sát mẫu vi khuẩn bằng KHV.
Phương án 2: Dùng một hệ gồm TKHT L1 và kính lúp L2 (ghép đồng trục).
GV: Xác định vị trí tương đối của vật so với L1 và L2?
HS: Đặt vật AB ngoài tiêu cự của L1: cho ảnh thật A'1B'1 (lớn hơn và ngược chiều với vật AB). Đặt L2 sao cho A'1B'1 nằm trong tiêu cự của kính lúp L2 để cho ảnh ảo A'2B'2 lớn hơn AB nhiều lần.
GV: Sử dụng phần mềm mô phỏng để hiện thực hoá ý tưởng của HS.
GV: Khởi động chương trình: start/programs/Crocodile clips/Crocodile physics 605/ Crocodile physics 605/chọn Newmodel/Optics/sử dụng các dụng cụ đã có sẵn và thiết kế ý tưởng cấu tạo KHV của học sinh vừa nêu, dùng quan sát một mẫu vi khuẩn (hình 2).
Hình 2: Hệ thấu kính hội tụ L1 và kính lúp L2 
GV: Thay đổi các thông số, khoảng cách từ vật tới L1 để cho ảnh rõ nét.
GV: Hướng dẫn HS quan sát, cùng thảo luận nhóm và đưa ra kết luận.
Kết luận: Dùng một hệ thấu kính hội tụ L1 và kính lúp L2. Vật AB đặt ngoài tiêu cự của L1 cho ảnh thật A'1B'1 lớn hơn vật AB. Đặt kính lúp L2 sao cho A'1B'1 nằm trong tiêu cự của kính lúp L2 để cho ảnh ảo A'2B'2 lớn hơn A'1B'1 nhiều lần. Quan sát mẫu vi khuẩn bằng KHV.
c) Thảo luận lựa chọn phương án tối ưu:
GV: Chúng ta đã sử dụng PMDH để thiết kế KHV quang học với mục đích: qua KHV ta quan sát được ảnh của một vật (rất nhỏ và gần) dưới góc trông lớn hơn góc trông vật trực tiếp.
Bây giờ ta đi vào phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án về cả hai mặt chất lượng ảnh (sáng, rõ) và tính khả thi trong kỹ thuật (dễ lắp ráp và dễ sử dụng, bảo quản).
* Phương án 1: Hệ gương cầu lõm – kính lúp:
GV: Nêu ưu nhược điểm của phương án 1 về mặt tạo ảnh, kỹ thuật?
HS: - Ưu điểm: - Tập trung được cường độ ánh sáng chiếu tới.
 - Dễ chế tạo, bảo quản.
- Nhược điểm: vật AB rất nhỏ, ánh sáng phát ra từ vật yếu nên cần đặt vật sát gương cầu. Do đó, các tia tới lệch khá xa so với trục chính của gương, điều này vi phạm điều kiện tương điểm nên ảnh A'2B'2 không rõ nét, khi đó quan sát các chi tiết của vật bị mờ.
GV: Còn về mặt kỹ thuật: chế tạo lắp ráp và sử dụng ra sao?
HS: Bề mặt gương và thấu kính hay bị ô, bẩn.
GV: Ta thấy kính lúp L2 là TKHT có tiêu cự rất ngắn (cỡ vài cm) nên khoảng cách L1 – L2 nhỏ. Do đó, khó khăn khi đặt vật AB vào giữa, khó dịch chuyển AB lại gần hoặc ra xa gương để tạo ra ảnh A'1B'1 nằm trong khoảng tiêu cự của kính lúp L2.
HS: Do yêu cầu về sự tạo ảnh A'2B'2 phải rõ nét mà phương án này rất khó cho ta quan sát ảnh rõ nét.
* Phương án 2: Dùng hệ 2 thấu kính hội tụ 
- Ưu điểm: HS: Về mặt kỹ thuật: L1 và L2 có khoảng cách khá xa nhau (O1O2) nên dễ dàng lắp đặt và điều chỉnh.
Về mặt tạo ảnh: vật AB nằm ngoài tiêu cự , sát tiêu điểm vật, L1 sẽ cho ảnh A'1B'1 khá lớn và dễ dàng điều chỉnh L2 sao cho A'1B'1 rơi vào khoảng tiêu cự F2O2 để quan sát được ảnh ảo A'2B'2 lớ