Tài liệu Skkn hướng dẫn học sinh phương pháp giải bài tập vật lí 9

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 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. 1 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. 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 2 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. 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. 3 * 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 *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. 4 * 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  + 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 5 +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. + Ảnh của vật phải ở ngay vị trí của phim cho nên muốn vẽ ảnh phải xác định P B 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 6 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 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 S 1 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 7 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) + 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 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 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. 8 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. - 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. 9 - 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; S 1 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 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’. 10 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 . 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 11 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 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? 12 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. 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 13 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 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 14 - 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 - 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 S 1 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 H×nh d 15 Hướng dẫn cho học sinh cách giải : Xét ABO Ta có: AB OA  (1) A ' B ' OA ' Xét OIF' Ta có: A'B'O A'B'F' (hoặc F) OI OF '   A' B ' A' F ' AB OF '  (2) (với A'F' hoặc A'F phụ thuộc vào OA' A' B ' A' F ' 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) 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 ' 16 OA OF '   OA ' OA ' OF ' OA ' Hình b: từ (1) và (2)  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 Sĩ số 9A1 9A2 Giỏi Khá TB Yếu - Kém SL % SL % SL % SL % 17 0 0 5 29,4 4 23,5 8 47,1 19 0 0 6 31,6 7 36,8 6 31,6 * Kết quả khảo sát sau khi thực hiện đề tài. Lớp Sĩ số 9A1 9A2 Giỏi Khá TB Yếu SL % SL % SL % SL % 17 2 11,7 7 41,2 5 29,4 3 17,7 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%. 17 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. Giúp học sinh luôn hứng thú, tích cực trong quá trình vận dụng kiến thức, tiếp thu kiến thức mới một cách chủ động và sáng tạo. Giúp cho học sinh dễ dàng cũng cố kiến thức và khắc sâu kiến thức một cách bền vững và dễ dàng tiếp thu lĩnh hội kiến thức mới. * Một số tồn tại khi thực hiện đề tài này: Khả năng phân tích và đề xuất phương án giải bài tập còn hạn chế. Kiến thức về tam giác đồng dạng và khả năng sử dụng các phép toán biến đổi của học sinh chưa được hoàn thiện. Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí ở trường THCS việc hình thành cho học sinh phương pháp, kỹ năng giải bài tập Vật lí nói chung và bài tập quang hình nói 18 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 giúp 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 với đối tượng học sinh. 2. Những ý kiến đề xuất Trong giảng dạy hoàn toàn có nhiều phương pháp, nhiều cách để hướng dẫn học sinh giải bài tập. Trên đây là một trong rất nhiều cách để hướng dẫn các em học sinh giải bài mà bản thân đã đúc kết được qua nhiều năm công tác. Vậy kính mong quý Thầy, Cô và đồng nghiệp có thể tham khảo đề tài này và xem xét nghiên cứu vận dụng vào quá trình giảng dạy phân môn Quang hình.Trong quá trình áp dụng phương pháp giải bài tập này, nếu còn thiếu sót kính mong quý Thầy, Cô và đồng nghiệp nhiệt tình góp ý để đề tài được hoàn chỉnh hơn. Thanh Ba, ngày 05 tháng 10 năm 2016 NGƯỜI THỰC HIỆN Vi Thị Phương Lan 19 XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………… 20