Hướng dẫn học sinh cách giải bài tập vật lí 9 (Chương III: Quang học)
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước mở cửa để hội nhập với
cộng đồng thế giới trong nền kinh tế cạnh tranh quyết liệt, đòi hỏi công tác giáo
dục phải có những đổi mới sâu sắc và toàn diện nhằm đào tạo thế hệ trẻ trở
thành những người vừa tiếp thu được những tinh hoa của nhân loại vừa có khả
năng sáng tạo. Ở trường THCS những sự đổi mới đó được thực hiện chủ yếu
thông qua việc dạy học các môn học, trong đó có Vật lí học. Việc đổi mới cần
được thực hiện trên cả 3 mặt: nội dung dạy học (chuẩn kỹ năng kiến thức),
phương pháp dạy học và phương tiện dạy học. Trong đó việc đổi mới phương
pháp dạy học, học sinh được đặt vào vị trí trung tâm nên đòi hỏi bản thân học
sinh phải tích cực, chủ động trong học tập, tự lực hoạt động sáng tạo, tìm tòi để
chiếm lĩnh kiến thức, rèn luyện các kỹ năng, phát triển năng lực của mình.
Trong khuôn khổ nhà trường phổ thông, bài tập Vật lí thường là những
vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lô gíc, bằng
tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc Vật lí, phương pháp
Vật lí đã quy định trong chương trình học. Nhưng bài tập Vật lí lại là một khâu
quan trọng trong quá trình dạy và học Vật lí.
Việc giải bài tập Vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng những kiến thức cơ
bản của bài giảng, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào
thực tiễn, là biện pháp quý báu để phát triển năng lực tư duy của học sinh, có tác
dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng, đạo đức lớn. Vì thế trong việc giải bài
tập Vật lí mục đích cơ bản cuối cùng không phải chỉ tìm ra đáp số, tuy điều này
cũng quan trọng và cần thiết nhưng mục đích chính của việc giải là ở chỗ người
làm bài tập hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật Vật lí, vận dụng
chúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động.
Trong thực tế dạy học Vật lí thì bài tập Vật lí được hiểu là một vấn đề
được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic những phép toán và
thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật các phương pháp Vật lí. Hiểu theo nghĩa
rộng thì mỗi vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một
1
bài tập đối với học sinh. Sự tư duy một cách tích cực luôn luôn là việc vận dụng
kiến thức đã học để giải bài tập.
Quá trình dạy học môn Vật lí, các bài tập Vật lí có tầm quan trọng đặc
biệt. Hiện nay để việc thực hiện tốt chương trình sách giáo khoa mới và dạy học
theo phương pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh biết phân
loại, nắm vững phương pháp và làm tốt các bài tập trong chương trình sách giáo
khoa đã góp phần không nhỏ trong việc thực hiện thành công công tác dạy học
theo phương pháp đổi mới.
Việc dạy học Vật lí trong trường phổ thông hiện nay chưa phát huy được
hết vai trò của bài tập Vật lí trong thực hiện các nhiệm vụ dạy học. Dạy học sinh
giải bài tập Vật lí là một công việc khó khăn và ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của
người giáo viên trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh.
Về vấn đề này đã có rất nhiều tài liệu tham khảo của nhiều tác giả khác
nhau dành cho học sinh, hầu hết đều đáp ứng được yêu cầu giúp học sinh rèn
luyện kĩ năng giải bài tập Vật lí, củng cố và nâng cao kiến thức Vật lí. Song
nhìn chung thường ghép với các chủ đề cụ thể.
Để học sinh tự chiếm lĩnh kiến thức, khắc sâu kiến thức và mở rộng được
kiến thức thì học sinh cần phải có một quá trình nỗ lực tư duy, vận dụng kiến
thức thực tiễn vào việc giải bài tập Vật lí, có như vậy thì tư duy độc lập sáng tạo
càng được phát triển và kết quả học tập ngày được nâng lên.
Xuất phát từ những lí do trên, tôi quyết định chọn đề tài: “ Hướng dẫn
học sinh phương pháp giải bài tập Vật Lí 9" (chương III: Phần Quang học)
nhằm giúp học sinh nắm chắc được kiến thức cơ bản, mở rộng và hiểu sâu kiến
thức. Từ đó nâng cao được chất lượng bộ môn Vật lí và biết vận dụng vào thực
tế.
2
II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Phần 1: Thực trạng của vấn đề
Khi giải một số bài tập nâng cao giáo viên thường bổ sung thêm kiến thức
ngoài SGK và hướng dẫn để học sinh áp dụng kiến thức mới vào việc giải bài
tập...Cách làm này cũng có tác dụng nâng cao chất lượng bộ môn, nhưng cũng
gây rắc rối cho không ít học sinh (nhất là đối tượng học sinh trung bình và yếu)
vì các em phải cố nhớ thêm các kiến thức mới trong khi kiến thức cơ bản trong
SGK chưa thuộc, chưa hiểu.Từ thực trạng trên tôi đã khảo sát chất lượng học
sinh, tìm ra các nguyên nhân dẫn đến các em lúng túng khi giải các bài tập phần
quang hình như sau:
- Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài còn chậm,
lúng túng từ đó không nắm chắc các kiến thức, kĩ năng cơ bản, định lý, các hệ
quả do đó khó mà vẽ hình và hoàn thiện được một bài toán quang hình học lớp
9.
- Đa số các em chưa có định hướng chung về phương pháp học lý thuyết,
chưa biến đổi được một số công thức, hay phương pháp giải một bài toán Vật lí.
- Kiến thức toán hình học còn hạn chế (tam giác đồng dạng) nên không
thể giải toán được.
* Một số nhược điểm của HS trong quá trình giải toán quang hình lớp
9
- Đọc đề hấp tấp, qua loa, khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu,
lượng thông tin cần thiết để giải toán còn hạn chế.
- Vẽ hình còn lúng túng. Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vật
qua thấu kính, qua mắt, qua máy ảnh do đó không thể giải được bài toán.
- Một số chưa nắm được kí hiệu các loại kính, các đặc điểm của tiêu điểm,
các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo.
Một số khác không biết biến đổi công thức toán .
- Chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những
bài toán quang hình học lớp 9.
3
Phần 2: Các biện pháp giải quyết vấn đề
*Các giải pháp :
1) Giáo viên tổ chức kiểm tra, phân loại học sinh, (chia đều số học sinh
giỏi, khá, trung bình vào hai lớp): Lớp 9A1 Trường THCS TT Thanh Ba I là lớp
nghiên cứu, Lớp 9A2 Trường THCS TT Thanh Ba I là lớp đối chứng.
2) Tổ chức một số tiết học ngoại khóa để hệ thống các kiến thức cơ bản về
quang hình, một số định lý, quy tắc Toán học (môn hình học) có liên quan
3) Phân loại bài tập, sắp xếp chúng theo trình tự từ dễ đến khó, từ cơ bản
đến nâng cao, hướng dẫn học sinh một số phương pháp giải bài tập.
4) Tổ chức kiểm tra đánh giá kết quả sau khi hướng dẫn phương pháp giải
bài tập quang hình cho học sinh.
* Các biện pháp tổ chức thực hiện
1. Hệ thống các kiến thức cơ bản về quang hình - toán học liên quan
1.1. Thấu kính
a) Phân loại thấu kính:
* Theo đặc điểm về hình dạng: Thấu kính có phần rìa mỏng hơn phần
giữa và thấu kính có phần rìa dày hơn phần giữa.
* Theo đặc điểm quang học:
- Thấu kính hội tụ (rìa mỏng): biến chùm sáng song song thành chùm sáng
hội tụ.
- Thấu kính phân kỳ (rìa dày): biến chùm sáng song song thành chùm
sáng phân kỳ
b) Ký hiệu thấu kính: Hình vẽ dưới
c) Các khái niệm: trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu
kính
4
*Trục chính ( ký hiệu ): Chiếu một chùm sáng song song, vuông góc
với mặt thấu kính hội tụ hay phân kỳ mỏng ta thấy có một tia sáng ở chính giữa
không bị gãy khúc. Tia sáng đó trùng với trục chính của thấu kính. (với thấu
kính mỏng coi như vuông góc với thấu kính).
* Quang tâm ( ký hiệu O): là một điểm trên thấu kính mà mọi tia sáng đi
qua nó đều cho tia ló truyền thẳng. ( với thấu kính mỏng thì quang tâm O được
coi là giao điểm của với thấu kính)
* Tiêu điểm (ký hiệu F và F’): Chiếu một chùm sáng song song với trục
chính của một thấu kính hội tụ( hay phân kỳ) thì chùm sáng ló sẽ hội tụ tại
điểm F’ trên ( hoặc có đường kéo dài đi qua điểm F trên ). Điểm F và F’ gọi
là tiêu điểm của thấu kính. Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm đối xứng nhau qua
quang tâm O.
* Tiêu cự (ký hiệu f): khoảng cách OF = OF’ gọi là tiêu cự của thấu kính,
ký hiệu là f
d). Đường đi của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ và qua thấu
kính phân kỳ
+ Thấu kính hội tụ
- Tia tới ( tia1a) song song với trục chính cho tia ló (tia 1b) đi qua F
- Tia tới ( tia 2a) đi qua quang tâm O cho tia ló ( tia 2b) đi thẳng.
- Tia tới (tia 3a) đi qua F cho tia ló (tia 3b) song song với trục chính
5
+ Thấu kính phân kỳ
- Tia tới (tia1a) song song với trục chính cho tia ló (tia 1b) có đường
kéo dài đi qua F
- Tia tới (tia 2a) đi qua quang tâm O cho tia ló (tia 2b) đi thẳng
- Tia tới (tia 3a) có đường kéo dài đi qua F ‘ cho tia ló ( tia 3b) song song
với trục chính
e) Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
+ Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo
+ Vật ở ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính ( d >f) luôn cho ảnh thật
- Khi f < d < 2f --> ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật
- Khi d =2f --> ảnh thật, ngược chiều, lớn bằng vật
- Khi d > 2f --> ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật.( khi d = --> ảnh
thật ở tiêu điểm
+Vật ở trong khoảng tiêu cự ( 0 < d f ) --> ảnh ảo, cùng chiều và lớn
hơn vật
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ
Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều, bé hơn vật,
nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
- Khi vật ở tiêu điểm ( d =f )--> ảnh ảo ở vô cực (d’ = )
1.2. Các trường hợp đặc biệt cần chú ý
* Điểm sáng S cho ảnh S’
* Vật AB ( hay AB // TK ) thì ảnh A’B’ ( hay A’B’ // TK)
1.3. Máy ảnh
+ Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ.
6
+ Ảnh của vật phải ở ngay vị trí của phim cho nên muốn vẽ ảnh phải xác
P
B
định vị trí đặt phim.
O
A
Q
1.4. Mắt, mắt cận và mắt lão
+ Thể thuỷ tinh ở mắt là một thấu kính hội tụ - Màng lưới như phim ở
máy ảnh.
+ Điểm cực viễn: điểm xa mắt nhất mà ta có thể nhìn rõ được khi không
điều tiết.
+ Điểm cực cận: điểm gần mắt nhất mà ta có thể nhìn rõ được
. Kính cận là thấu kính phân kì.
B
•
A
F,
CV
Kinh cận
Mắt
+ Mắt lão nhìn rõ những vật ở xa, nhưng không nhìn rõ những vật ở gần.
Kính lão là thấu kính hội tụ. Mắt lão phải đeo kính hội tụ để nhìn rõ các vật ở
gần.
B
•
CC
•
F
A
Mắt
Kinh lão
1.5. Kính lúp
+ Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn
+ Để dựng ảnh, hoặc xác định vị trí một vật qua kính lúp cần phải đặt vật
trong khoảng tiêu cự của kính. Ảnh qua kính lúp phải là ảnh ảo lớn hơn vật
1.6. Các bước giải bài toán dựng hình cơ bản
a) Phân tích
7
b) Nêu cách dựng
c) Chứng minh
d) Biện luận
2. Phân loại bài tập - Hướng dẫn phương pháp giải
2.1.Bài tập cơ bản
Bài 1.1. Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng a,b,c ở hình 1.1a
- Phân tích
+ Thấu kính đã cho là TKHT. Các tia sáng a,b,c là các tia tới đặc biệt.
+ Tia a đi qua F cho tia ló song song với trục chính, tia b đi qua O cho tia
ló
truyền thẳng, tia c song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
- Cách vẽ: ( Như hình 1.1b)
+ Vẽ tia ló a1 // ; tia ló b1 truyền thẳng, tia ló c1 đi qua F’
Bài 1.2. Cho điểm sáng S và thấu kính hội tụ như hình 1.2a. Hãy dựng
ảnh S1 của S tạo bởi thấu kính
- Phân tích: Các tia sáng phát ra từ S truyền tới thấu kính cho các ló (hoặc
đường kéo dài của các tia ló) giao nhau tại ảnh S 1. Do đó muốn dựng ảnh S1 của
S ta vẽ đường đi của 2 trong 3 tia sáng đặc biệt từ S tới thấu kính. Giao của 2 tia
ló tương ứng là ảnh S1 của S
- Cách dựng: ( hình 1.2b)
8
+ Từ S vẽ đường đi của 2 tia sáng đặc biệt:
Tia tới a đi qua tiêu điểm F cho tia ló tương ứng a1 // .
Tia tới b đi qua quang tâm O cho tia ló tương ứng b1 truyền thẳng.
- Tìm giao điểm 2 tia ló a1 và b1 là S1. Khi đó S1 là ảnh của S
Bài 1.3. Cho vật sáng AB ( AB ; B ) và thấu kính hội tụ như hình
1.3a. Hãy dựng ảnh của vật AB
* Phân tích AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có
dạng một đoạn thẳng. Do đó muốn dựng ảnh của vật AB cần dựng ảnh A 1 của A
và B1 của B
Vì AB nên ảnh A1B1 ; B nên ảnh B1 => B là giao điểm
của với đường thẳng đi qua A1 và vuông góc với => Muốn dựng ảnh B1
trước hết cần phải dựng ảnh A1
* Cách dựng
- Dựng ảnh của A: Từ A vẽ tia tới a // và tia ló a1 tương ứng đi qua F’.
Vẽ tia tới b qua O và tia ló b1 trương ứng truyền thẳng
Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló a1 và b1 ta được ảnh của A
- Dựng ảnh của B: Từ A1 vẽ đường thẳng vuông góc với cắt tại B1.
-
Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1 là
ảnh của AB
2.2. Bài tập củng cố
Bài 1.4. Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng 1b, 2b, 3b ở hình 1.4a.
9
Phân tích: Thấu kính đã cho là TKHT, các tia 1b, 2b, 3b là các tia ló đặc
biệt. Tia ló 1b song song với trục chính nên tia tới tương ứng phải đi qua tiêu
điểm F. Tia ló 2b đi qua quang tâm O nên tia tới tương ứng phải đi qua O và
nằm trên đường thẳng chứa tia 2b. Tia 3b đi qua tiêu điểm F’ nên tia tới tương
ứng phải song song với trục chính
Cách vẽ: ( Như hình 1.4b)
- Vẽ tia tới 1a đi qua tiêu điểm F
- Trên đường thảng chứa tia ló 2b vẽ tia tới 2a đi qua O
- Vẽ tia tới 3a song song với trục chính
Bài 1.5. Cho vật sáng AB ( AB ; B ) và thấu kính hội tụ như hình
1.5.a.Hãy dựng ảnh của vật AB
Phân tích: AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có
dạng một đoạn thẳng--> muốn dựng ảnh A1B1 của AB cần dựng ảnh A1 của A và
B1 của B.
Vì AB nên ảnh A1B1 ; B nên ảnh B1 => B là giao điểm
của với đường thẳng đi qua A1 và vuông góc với => Muốn dựng ảnh B1
trước hết cần phải dựng ảnh A1
* Cách dựng: Dựng ảnh của A:
- Từ A vẽ tia tới AI // và tia ló IR tương ứng đi qua F ’. Vẽ tia lới AO và
tia ló OK trương ứng truyền thẳng.
10
- Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló IR và OK kéo dài ta được ảnh của A
Dựng ảnh của B:
- Từ A1 vẽ đường thẳng vuông góc với cắt tại B1.
- Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1
là ảnh của AB
2.3. Bài tập nâng cao
Bài 1.6. Vẽ tiếp đường đi của tia sáng a trong hình 1.6a
Phân tích:
Trong hình 1.6.a Tia sáng a phải là tia sáng đặc biệt đã biết.
Giả sử gọi S là một điểm thuộc a; S1 là ảnh của S tạo bởi thấu kính đã cho
ta thấy: Tia tới a đi qua S nên tia ló a1 tương ứng phải đi qua ảnh S 1 ( hoặc có
phương đi qua S1). Do đó muốn vẽ tia ló a1 của a trước hết ta phải vẽ ảnh S1
Cách vẽ: (Hình 1.1b)
Trên tia sáng a, Lấy điểm sáng S (Ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính...)
Vẽ ảnh S1 của S bằng cách vẽ đường đi của 2 trong 3 tia sáng đặc biệt
xuất phát từ S tới thấu kính.
Vẽ tia ló a1 của tia a đi qua S1
Chú ý: Để vẽ tia ló a1 đa số giáo viên phải cung cấp kiến thức bổ sung về
trục phụ, tiêu điểm phụ...rồi áp dụng kiến thức để giải như sau:
Vẽ trục phụ 1 // a, dựng tiêu diện MN đi qua F và 1, cắt 1 tại F1 (F1 là một
tiêu điểm phụ 1). Vẽ tia ló a1 đi qua F1..
Cách giải trên cũng có hiệu quả đối với một số học sinh khá giỏi nhưng
lại làm rắc rối cho nhiều học sinh khác vì phải nhớ thêm kiến thức mới, nên
cách giải đã nêu ở trên giúp học sinh hiểu và vận dụng đơn giản và hiệu quả
hơn
11
Bài 1.7. Cho vật sáng AB và thấu kính hội tụ như hình 1.7. ) ( A và B
). Dựng ảnh của vật AB
* Phân tích: AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có
dạng một đoạn thẳng do đó muốn dựng ảnh của AB cần dựng ảnh A 1 của A và
B1 của B. Muốn dựng ảnh B1 trước hết cần phải dựng ảnh A1
Cách dựng:
- Dựng ảnh của A: Từ A vẽ tia tới a // và tia ló a1 tương ứng đi qua F’.
Vẽ tia lới b qua O và tia ló b1 tương ứng truyền thẳng.
Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló a1 và b1 ta được ảnh của A
- Dựng ảnh của B: tương tự như cách dựng ảnh của A
- Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1
là ảnh của AB
Chú ý: Muốn dựng ảnh của một vật sáng có dạng hình học đặc biệt, ta
dựng ảnh của các điểm đặc biệt thuộc vật đó rồi nối lại.
Ví dụ: Muốn dựng ảnh của một vật AB có dạng là một đoạn thẳng, ta
dựng ảnh A1 của A, dựng ảnh B1 của B bằng cách vẽ đường đi của 2 trong 3 tia
sáng đặc biệt rồi vẽ đoạn thẳng A1B1.
Muốn dựng ảnh A1B1C1 của một vật có dạng hình tam giác ABC...., ta
dựng ảnh A1, B1, C1 của các đỉnh A, B, C rồi vẽ tam giác A1B1C1
Bài 1.8. Cho thấu kính hội tụ và điểm sáng S thuộc trục chính như hình
1.8a. Hãy dựng ảnh S1 của S tạo bởi thấu kính trên
Phân tích :
Điểm S nên 3 tia sáng đặc biệt đều trùng
với trục chính .
12
Bằng cách vẽ đường đi của hai trong ba tia sáng đặc biệt ta không thể
dựng ảnh của điểm S được ( vì hai tia sáng trùng nhau thì có vô số điểm
chung ).
Nếu có một vật sáng AS và S thì ảnh A1S1 và S1. .
Do đó muốn vẽ ảnh S1 của S ta vẽ ảnh của điểm thuộc đoạn thẳng SA
Cách dựng: ( Hình vẽ 1.8.b)
Vẽ đoạn thẳng AS Vẽ ảnh A1 của A (bằng cách vẽ đường đi của hai tia
sáng đặc biệt)
Từ A1 hạ đường vuông góc xuống cắt tại S1 ta được S1 là ảnh của
điểm S
Lưu ý: Có thể giải bài toán trên bằng cách khác (ví dụ dùng khái niệm
trục phụ, tiêu điểm phụ để vẽ đường đi của một tia sáng bất kỳ từ S tới thấu
kính. Giao của tia ló này với là ảnh của S), ít có tác dụng trong việc rèn tư duy
sáng tạo cho học sinh
Cách đã nêu có hiệu quả cao hơn vì chỉ sử dụng kiến thức SGK hiện hành
mà không sử dụng thêm kiến thức bổ trợ nào
Xác định tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính, loại thấu kính
Phương pháp chung:
- Muốn xác định tính chất của ảnh có thể dựa vào các kiến thức sau:
- Khi vật có kích thước đáng kể (một đoạn thẳng...): Vật thật đặt trước
thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo:
Ảnh thật: Ngược chiều với vật, ảnh và vật nằm ở hai phía thấu kính
13
Ảnh ảo: Cùng chiều, lớn hơn vật, ảnh và vật nằm cùng phía đối với thấu
kính.
- Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều bé hơn
vật và nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.
- Khi vật là một điểm sáng: Ảnh thật và vật nằm ở hai phía thấu kính,
đồng thời nằm ở hai nửa mặt phẳng bờ là trục chính
- Ảnh ảo và vật nằm cùng phía đối với thấu kính. Thấu kính hội tụ cho
ảnh ảo ở xa thấu kính và trục chính hơn vật. Thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo ở
trong khoảng tiêu cự và gần trục chính hơn vật
3. Muốn nhận biết loại thấu kính có thể dựa vào các đặc điểm sau
đây:
- Dựa vào hình dạng của thấu kính (ký hiệu thấu kính)
- Dựa vào đặc điểm của chùm sáng ló của một chùm sáng song song tới
thấu kính.
- Dựa vào đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính
Bài tập cơ bản
Bài 1: Cho vật sáng AB và ảnh A1B1 tạo bởi thấu kính L như hình 2.1.a.
Hỏi: A1B1 là ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? Vì sao?
Phân tích: Bài toán chỉ cho vật sáng AB và ảnh A1B1 của nó tạo bởi thấu
kính L. căn cứ vào chiều và độ lớn của ảnh và vật ta suy ra tính chất của ảnh từ
đó suy ra loại thấu kính
Cách giải:
Ở hình 2.1a. Vì A1B1 ngược chiều với vật AB nên A1B1 là ảnh thật của
AB. Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh
thật.
14
Ở hình 2.1b: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB. Mặt khác
A1B1 lớn hơn AB nên L là thấu kính hội tụ. Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho
ảnh ảo lớn hơn vật.
Ở hình 2.1c: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB. Mặt khác
A1B1 nhỏ hơn AB nên L là thấu kính phân kỳ. Vì chỉ có thấu kính phân kỳ mới
cho ảnh ảo nhỏ hơn vật
Bài tập nâng cao
Bài 2.2. Cho trục chính của thấu kính L; S1 là ảnh của S tạo bởi thấu
kính L. như hình 2.2.a. Hỏi S1 là ảnh gì? Thấu kính L
là thấu kính gì? Tại sao?
Nhận xét: Ở hình 2.2 a ta không thấy S1 cùng
chiều hay ngược chiều với S, cũng không thấy S 1 lớn
hơn hay nhỏ hơn S
Phân tích:
Nếu vẽ đoạn thẳng SA ; A và đoạn thẳng S1A1 ; A1 thì
S1A1 sẽ là ảnh của SA. Căn cứ vào chiều của tia S 1A1 và tia SA ta suy ra tính
chất của ảnh S1A1 từ đó suy ra tính chất của ảnh S1 và loại thấu kính
Cách giải:
Từ S vẽ đoạn thẳng SA , từ S1 và đoạn thẳng S1A1 ( A và A1 ).
Vì S1A1 ngược chiều với SA là ảnh thật của SA. Suy ra S1 là ảnh thật của S
Thấu kính đã cho phải là thấu kính hội tụ. Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho
ảnh thật
Chú ý: Cũng có thể giải bài toán như sau :
S1`và S nằm ở hai nửa mặt phẳng bở là trục chính nên là ảnh thật suy ra
thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ. Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh
thật. Cách giải này đơn giản nhưng khi dạy giáo viên
cần cho học sinh rút ra tính chất này rồi mới áp dụng.
Tránh tình trạng chỉ thông báo rồi bắt học sinh áp
dụng
15
Bài 2.3.
Cho đường đi của một tia sáng qua thấu kính L như hình 2.3. Hỏi L là
thấu kính gì ? vì sao ?
* Phân tích: Có thể nhận biết thấu kính đã cho trong bài 2.3 bằng 2 cách
nhận biết một thấu kính đó là :
Cách 1: Dựa vào đặc điểm của chùm sáng ló của
một chùm sáng song song chiếu tới thấu kính => cần
vẽ chùm sáng ló của một chùm sáng tới song song
(chứa tia sáng a đã cho). Căn cứ dạng của chùm sáng
ló ta có kết luận về loại thấu kính
Cách 2: Dựa vào đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính
Suy ra cần vẽ ảnh của một đỉểm sáng S thuộc a. căn cứ tính chất của S ta có thể
kết luận loại thấu kính đã cho
Giải :
Cách 1 : Vẽ thêm tia sáng b đi qua quang tâm O cho tia ló b 1 truyền thẳng
ta thấy chùm sáng song song tới thấu kính L cho chùm ló là chùm sáng hội tụ.
Vì vậy thấu kính L phải là thấu kính hội tụ
Cách 2: Trên tia tới a, lấy một điểm S Từ S vẽ một tia sáng b đi qua
quang tâm O cho tia ló b1 truyền thẳng cắt tia ló a1 tại S 1. Dễ thấy S1 là ảnh thật
của S ( vì ảnh và vật nằm ở hai phía của thấu
kính). Vậy thấu kính đã cho phải là thấu kính
hội tụ( vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh
thật)
Nhận xét
- Cách giải trên vừa cũng cố được kiến thức cơ bản cho học sinh, vừa rèn
óc sáng tạo của học sinh. Học sinh không cần học thêm khái niệm trục phụ vẫn
giải được
16
- Khi thấy tia sáng ló ngày càng xa thấu kính không được vội kết luận đây
là thấu kính phân kỳ. Đa số học sinh ban đầu thường ngộ nhận đây là thấu kính
phân kỳ.
- Trong cách giải 2, tùy theo vị trí của điểm S ta lấy trên tia sáng a mà ảnh
S1 của S có thể là ảnh ảo hay ảnh thật. Nhưng nếu là ảnh ảo thì ảnh này xa trục
chính và thấu kính hơn so với S nên ta cũng kết luận được L là thấu kính hội tụ
- Có thể dựa vào góc tạo bởi của tia a với và góc tạo bởi tia ló a1 với
để rút ra L là thấu kính hội tụ
4. Giải bài toán quang hình bằng cách sử dụng các hệ thức tam giác
đồng dạng và các phép toán biến đổi
Yêu cầu học sinh sử dụng các tia sáng đặc biệt qua TK để dựng ảnh của một vật
qua thấu kính dựa theo yêu cầu của đề bài (thường cho học sinh sử dụng tia
song song trục chính và tia đi qua quang tâm của TK).
Trường hợp đối với TKHT.
Hình a
Hình b
Trưêng
víi
TKPK
hîp ®èi
H×nh c
17
H×nh d
Hướng dẫn cho học sinh cách giải :
Xét
ABO
AB
OA
(1)
A ' B ' OA '
Ta có:
Xét
A'B'O
OIF'
Ta có:
A'B'F' (hoặc F)
OI
OF '
A' B ' A' F '
AB
OF '
(2) (với A'F' hoặc A'F phụ thuộc vào
A' B ' A' F '
OA' và OF' hoặc OF).
Bài toán 1: Một vật cao ABcm được đặt vuông góc với trục chính của
một thấu kính (TKHT hoặc TKPK) và cách thấu kính một khoảng OAcm thì thu
được ảnh rõ nét trên màn cao A'B'cm.
a. Tính khoảng cách từ màn đến thấu kính.
b. Tính tiêu cực của thấu kính.
GIẢI: Cách giải cho cả TKHT và TKPK
a. Khoảng cách từ màn đến TK
từ (1) OA '
OA. A ' B '
AB
b. Tiêu cự của TK
Hình a: từ (2)
AB
OF '
OF '
A ' B ' OA ' OF '
Hình b: từ (2)
AB
OF '
OF '
A ' B ' OA ' OF '
Hình c,d: từ (2)
AB
OF
OF
A ' B ' OF OA '
Bài toán 2: Một vật cao ABcm được đặt vuông góc với trục chính của
một thấu kính (TKHT hoặc TKPK) và cách thấu kính một khoảng OAcm. Biết
TK có tiêu cự f cm.
a. Dựng ảnh A'B' của AB qua TK.
b. Tính khoảng cách từ ảnh đến TK và chiều cao của ảnh.
GIẢI: a. Dựng ảnh A'B' của AB.
(học sinh sử dụng tia song song trục chính và tia qua quang tâm để dựng ảnh)
18
b. Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh.
Hình a: từ (1) và (2)
OA
OF '
OA '
OA ' OF OA '
Hình b: từ (1) và (2)
OA
OF '
OA '
OA ' OF ' OA '
Hình c,d: từ (1) và (2)
OA
OF
OA '
OA ' OF OA '
Thay kết quả OA' vào (1) ta tìm được A'B'.
Đối với các bài toán tìm chiều cao của vật, khoảng cách từ vật đến TK ta
vẫn sử dụng các phương trình trên để giải.
Bài toán 3: Trường hợp đối với máy ảnh, mắt, kính lúp ta sử dụng cách
giải tương tự như bài toán TKHT.
Phần 3: Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm
Sau gần ba tháng áp dụng các giải pháp đã nêu tôi thấy kết quả học sinh
giải bài toán "Quang hình học lớp 9" khả quan hơn. Đa số các học sinh yếu đã
biết vẽ hình và giải được một số bài toán quang hình đơn giản. Đối với học sinh
giỏi thì áp dụng được cách giải trên vào việc giải những bài toán sao trong sách
bài tập vật lí 9.
Tất cả các học sinh đã chủ động khi giải loại toán này, tất cả các em đều
cảm thấy thích thú hơn khi giải một bài toán quang hình học lớp 9.
Kết quả so sánh đối chứng.
* Kết quả khảo sát lớp 9A1 và lớp 9A2 trước khi thực hiện đề tài tại trường
THCS TT Thanh Ba I - Năm học: 2015 - 2016
Lớp
9A1
9A2
Giỏi
Khá
TB
SL
%
SL
%
SL
%
17
0
0
5
29,4
4
23,5
19
0
0
6
31,6
7
36,8
* Kết quả khảo sát sau khi thực hiện đề tài.
Sĩ số
Lớp
Sĩ số
9A1
17
Giỏi
SL
2
%
11,7
Khá
SL
7
%
41,2
19
Yếu - Kém
SL
%
8
47,1
6
31,6
TB
SL
5
%
29,4
Yếu
SL
3
%
17,7
9A2
19
0
0
7
36,8
7
36,8
5
26,4
Qua so sánh đối chứng kết quả tôi thấy tỉ lệ điểm: Khá, Giỏi lớp 9A1
Trường THCS TT Thanh Ba I tăng, tỉ lệ điểm yếu giảm đáng kể, lớp 9A2 tỉ lệ
Khá, Giỏi tăng không đáng kể cụ thể là:
- Đối với lớp 9A1: Giỏi tăng 11,7% ; Khá tăng 11,8% ; Yếu giảm 29,4%.
- Đối với lớp 9A2: Giỏi 0% ; Khá tăng 5,2% ; Yếu giảm 5,2%.
Qua kết quả trên đây, hy vọng lên cấp III các em sẽ có một số kỹ năng cơ
bản để giải loại toán quang hình học này.
III. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
1.1. Ý nghĩa của sáng kiến kinh nghiệm
Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật Lí ở trường THCS việc hình thành
cho học sinh phương pháp, kĩ năng giải bài tập Vật Lí nói chung và bài tập
quang hình nói riêng là hết sức cần thiết, để từ đó giúp các em đào sâu, mở rộng
những kiến thức cơ bản của bài giảng, vận dụng tốt kiến thức vào thực tế, phát
triển năng lực tư duy, năng lực nhận thức cho các em, góp phần nâng cao chất
lượng bộ môn nói riêng đồng thời góp phần nâng cao chất lượng giáo dục của
trường THCS TT Thanh Ba I
Việc thường xuyên vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập Vật lí nhằm
góp phần cho các em dễ phát hiện những chỗ trống, những chỗ hiểu sai về mặt
kiến thức, đồng thời giúp cho người giáo viên điều chỉnh phương pháp dạy học
phù hợp với đối tượng học sinh
1.2. Khả năng ứng dụng, triển khai
Giáo viên giảng dạy bộ môn Vật Lí 9 có thể triển khai, áp dụng phương pháp
này để hướng dẫn học sinh cách giải bài tập Quang hình lớp 9
1.3. Những bài học kinh nghiệm
Giải bài tập rèn cho học sinh có thói quen và nhu cầu vận dụng kiến thức
vào thực tiễn, học đi đôi với hành. Kích thích được óc tò mò, ham hiểu biết làm
cho lý thuyết và thực tiễn xích lại gần nhau.
20
- Xem thêm -