(SKKN 2022) Phân dạng bài tập về thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HỐ PHỊNG GD&ĐT TRIỆU SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN DẠNG BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THCS Người thực hiện: Trịnh Quốc Đôn Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THCS Khuyến Nông SKKN thuộc lĩnh vực(mơn): Vật lý THANH HỐ NĂM 2022 Mục lục: TT Nội dung Trang 1 Mở đầu 2 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Tóm tắt lí thuyết 10 2.3.1.1 Các tia sáng đặc biệt qua thấu kính 11 12 2.3.1.2 Cách dựng ảnh vật qua thấu kính 13 2.3.1.3 Các ý: 2.3.2 Lựa chọn tập 14 4 15 2.3.2.1 Dạng Vẽ tiếp đường tia sáng, khơi phục thấu kính 16 2.3.2.2 Dạng Các toán dịch chuyển vật, thấu kính; quan hệ chiều cao vật ảnh 13 17 2.3.2.3 Dạng Các toán ảnh hai vật tạo thấu kính ảnh vật tạo hai thấu kính 17 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 2.4.1 Kết đạt được: 19 19 20 Kết luận, kiến nghị 20 21 3.1 Kết luận 20 22 3.2 Kiến nghị 21 18 Mở đầu 19 1.1 Lí chọn đề tài Nhiều năm dạy Vật lí trường THCS Khuyến Nơng dạy học sinh giỏi Vật lí đội tuyển HSG huyện Triệu Sơn tơi ln có tâm niệm để em có kết học tập cao với đề tài “ Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS” liên tục nghiên cứu nhiều năm gần năm hy vọng giải vấn đề đặt Vật lí học sở nhiều ngành kỹ thuật quan trọng Sự phát triển khoa học Vật lý gắn bó chặt chẽ có tác động qua lại trực tiếp với tiến khoa học kỹ thuật Vì hiểu biết nhận thức sâu sắc Vật lí em có giá trị to lớn đời sống sản xuất, đặc biệt cơng “Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố” đất nước Q trình dạy học Vật lí trường THCS Khuyến Nơng dạy học sinh giỏi Vật lí đội tuyển HSG huyện Triệu Sơn nhận thấy, muốn học sinh đạt tính bền vững kiến thức việc kích thích u thích mơn học yếu tố quan trọng Khi xây dựng đội tuyển HSG mơn Vật lí THCS để giúp học sinh nắm vững kiến thức phần “Quang học” khó khăn đặc biệt phần “Thấu kính” Để gỡ khó phần cho học sinh thi HSG tơi chọn đề tài “Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS” giúp cho thân nghiên cứu để bạn đồng nghiệp tham khảo 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đề tài nêu giải số vấn đề sau “Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS” - Trong đề tài đưa số dạng toán phù hợp với trình độ nhận thức học sinh trung học sở nói chung trường THCS Khuyến Nơng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện Triệu Sơn nói riêng - Chọn lọc, hệ thống số tập hay gặp cho em nắm + Đề tài khảo sát từ năm 2003 đến năm 2005 thực từ 2005 đến tiếp tục nghiên cứu thời gian tới + Thực trạng việc giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi THCS Thấu kính Trường THCS Khuyến Nơng + Hướng dẫn học sinh giỏi bồi dưỡng phần Thấu kính Trường THCS Khuyến Nơng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện Triệu Sơn + Kết đạt Trường THCS Khuyến Nông đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện Triệu Sơn 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu “Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS” mà em học sinh giỏi tham gia dự thi học sinh giỏi cấp Huyện cấp Tỉnh bậc THCS + Phạm vi nghiên cứu: Tại trường THCS Khuyến Nông đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện Triệu Sơn 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong q trình nghiên cứu tơi sử dụng số phương pháp sau: - Phương pháp điều tra giáo dục, quan sát sư phạm - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh - Phương pháp dạy học thực nghiệm vật lý - Kiểm tra kết quả, dự giờ, thao giảng, kiểm tra chất lượng học sinh - Tổng kết kinh nghiệm, trao đổi ý kiến với đồng nghiệp Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Đối với đội tuyển HSG trường THCS Khuyến Nông dạy đội tuyển HSG huyện Triệu Sơn tập Vật lí nói chung đóng vai trị quan trọng Đối với việc chọn hướng dẫn học sinh làm tập thấu kính cơng việc khó khăn cuối chương trình THCS nên độ khó tập tương đối cao, bộc lộ rõ trình độ người giáo viên dạy Vật lí việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ học sinh, đòi hỏi người giáo viên học sinh phải học tập lao động không ngừng Thông qua tập dạng khác Thấu kính tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành công tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện trở thành vốn riêng học sinh Lựa chọn hướng dẫn học sinh giải số tập Thấu kính nhằm rèn luyện em khả vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ cách tích cực, tự lực sáng tạo, câu hỏi đặt cho HS tìm câu trả lời lời giải, sở vận dụng kiến thức, kĩ Vật lí, tiến hành suy luận logic toán học 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Thực trạng trường THCS Khuyến Nông cho thấy năm trước theo thân tơi tìm hiểu học sinh ngại học Vật lí nói chung để có học sinh giỏi cấp huyện mơn Vật lí lại Thế nên việc kích thích để em u thích mơn học Vật lí nói chung khó khăn Bên cạnh Khuyến Nơng lại xã nơng hồn cảnh kinh tế gia đình hầu hết cịn khó khăn, việc cung cấp học phí cho em học cịn chưa đủ chưa nói đến việc quan tâm tới em học hành Tuy nhiên có số gia đình phần nhận thức việc học hành em quan trọng nên hay trao đổi với giáo viên tình hình học tập học sinh Với thực trạng kinh tế xã hội nên học sinh có đủ sách giáo khoa tốt rồi, nói tới tài liệu tham khảo chưa em sắm có Với việc tăng cường đạo cơng tác bồi dưỡng cho học sinh từ phòng tới nhà trường thân luôn xác định nhiệm vụ qquan trọng nhà trường huyện nói chung Thực tế trình độ học tập học sinh qua khảo kết thi học sinh giỏi trường năm trước sau: Năm học Số lượng HSG cấp huyện Số lượng HSG cấp tỉnh 2003 - 2004 0 2004 - 2005 0 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Tóm tắt lí thuyết 2.3.1.1 Các tia sáng đặc biệt qua thấu kính ( ba tia sáng đặc biệt) Để rèn luyện kĩ vẽ hình, giáo viên hướng dẫn cho học sinh nắm cách vẽ thực hành vẽ tia sáng đặc biệt qua thấu kính: - Thấu kính hội tụ (TKHT): F F F O O O Tia tới song song với trục tia ló qua tiêu điểm F’ F’ Tia tới đến quang tâm tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương tia tới F’ Tia tới qua tiêu điểm tia ló song song với trục - Thấu kính phân kì (TKPK): F F F O O O F’ F’ F’ Tia tới song song với trục tia ló kéo dài qua tiêu điểm Tia tới có phương qua tiêu bên thấu kính tia ló song song với trục Tia tới đến quang tâm tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương tia tới 2.3.1.2 Cách dựng ảnh vật qua thấu kính * Để dựng ảnh điểm sáng S ta cần vẽ đường truyền tia sáng đặc biệt Ảnh S’ S giao tia ló (ảnh thật) giao đường kéo dài tia ló (ảnh ảo) * Ảnh vật tập hợp ảnh điểm thuộc vật * Nếu vật vng góc với trục ảnh vật vng góc với trục - Thấu kính hội tụ (TKHT): + Trường hợp cho ảnh thật (vật nằm tiêu cự): B I O F A F ’ A’ Hình B’ + Trường hợp cho ảnh ảo (vật nằm tiêu cự): B’ I B A’ F O A F / Hình - Thấu kính phân kì (TKPK): B A B’ I F A’ O F’ Hình 2.3.1.3 Các ý: Chú ý 1: - Đối với hai loại thấu kính: + Ảnh ảo vật thật ln chiều với vật không hứng màn, ảnh vật phía thấu kính, với trục Ảnh thật hứng ngược chiều với vật, vật ảnh khác phía thấu kính, với trục chính; điểm: Quang tâm, vật, ảnh thẳng hàng + Từ điểm sáng có tia tới thấu kính cho tia ló ln qua ảnh có đường kéo dài qua ảnh điểm sáng - TKHT cho ảnh thật ảnh ảo Ảnh ảo tạo TKHT lớn xa thấu kính vật Ảnh thật tạo TKHT lớn hay nhỏ vật - TKPK vật thật cho ảnh ảo Ảnh ảo nhỏ, gần thấu kính vật ln nằm khoảng tiêu cự Chú ý 2: - Trên ba hình (hình 1, 2, 3), ta đặt OI = AB = h (chiều cao vạt); A’B’ = h’ (chiều cao ảnh); OA = d (khoảng cách từ vật đến thấu kính); OA’ = d’(khoảng cách từ ảnh đến thấu kính); OF = OF’ = f (tiêu cự) Xét hình 1: Vì AB// A’B// OI’ nên theo định lí Ta lét ta có: A, B , OA, h' d ' (1) = => = AB OA h d , A' B ' A' F OA'−OF, (2) = = OI OF OF Mà theo cách dựng: OI = AB (3) Từ (1), (2), (3) ta được: h' d ' d , − f h' d ' f = = => = = (I) h d f h d d− f - Ngồi cơng thức (I) ta biến đổi sau: d' f 1 = d d , − d , f = d f = + d d− f f d d, Đây cơng thức thấu kính mà học sinh học THPT, nhiên với học sinh lớp không sử dụng trực tiếp công thức mà muốn sử dụng phải chứng minh Đặc biệt áp dụng trường hợp TKHT cho ảnh thật, nên trường hợp giáo viên nên hướng dẫn học sinh dùng để kiểm tra kết Xét hình 2: tương tự hình ta chứng minh được: = ⇔ = (II) Xét hình 3: tương tự hình ta chứng minh được: = ⇔ = - (*) * Trong trình dạy học sinh dạng tập thấu kính giáo viên cần làm cho học sinh nắm vững ý để học sinh vận dụng để giải tập đề 2.3.2 Lựa chọn tập 2.3.2.1 Dạng Vẽ tiếp đường tia sáng, khôi phục thấu kính Mở đầu: dạng tập phổ biến cách kiểm tra việc nắm lý thuyết học sinh Tuy nhiên giải tốt tập giúp em củng cố, khắc sâu hiểu chất thấu kính Bài tập a) Trên hình 1a: ∆ trục thấu kính, S điểm sáng, S’ ảnh S qua thấu kính Hãy xác định quang tâm, tiêu điểm, loại thấu kính, tính chất ảnh B S’ S Hình 1a Hình 1b B’ A A’ b) Trên hình 1b: ∆ trục thấu kính, AB vật sáng, A’B’ ảnh AB qua thấu kính Xác định quang tâm, tiêu điểm, loại thấu kính, tính chất ảnh Hướng dẫn: a) + Căn vào hình vẽ ta thấy thấu kính TKHT khoảng cách từ S’ đến ∆ lớn khoảng cách từ S đến ∆ S’ ảnh ảo + Nối S S’ cắt trục O O quang tâm thấu kính + Qua O dựng thấu kính vng góc với trục + Kẻ tia tới SI // ∆ , tia ló khỏi thấu kính có đường kéo dài qua S’ Tia ló cắt trục F F tiêu điểm thấu kính Lấy F’ đối xứng với F qua O ta tiêu điểm thứ hai (hình 2a) B I S’ * I S* ∆ ∆ A F F O B ’ F A’ ’ O F’ Hình 2b Hình 2a b) + Căn vào hình vẽ ta thấy thấu kính TKPK A’B’ chiều nhỏ AB A’B’là ảnh ảo + Nối B với B’ cắt trục O, O quang tâm thấu kính + Qua O dựng thấu kính vng góc với trục + Kẻ tia tới BI // ∆ , tia ló khỏi thấu kính có đường kéo dài qua B’ Tia ló cắt trục F’ F’ tiêu điểm thấu kính Lấy F đối xứng với F’ qua O ta tiêu điểm thứ hai (hình 2b) Bình luận: Với tập tơi cố kiến thức cho học sinh + Sau tập tương tự cho nhà để củng cố như: B’ S S’ B B A’ A’ A A B’ Bài tập Cho AB vật; A’B’ ảnh AB qua thấu kính (hình 1a) Xác định loại thấu kính? Bằng cách vẽ xác định quang tâm, dựng thấu kính trục chính, tiêu điểm thấu kính? (2) B A’ (2) A Hình 1a B ’ • • F O F' • (1) S' Hình 1b S• (1) • F • F' O (2) (1) Hình 1c Hình 1d Trên hình 1b hình 1c cho trục ∆, quang tâm O, hai tiêu điểm F, F' thấu kính hai tia ló (1), (2) Thấu kính cho hội tụ hay phân kì ? Bằng cách vẽ, xác định điểm sáng S ảnh S' Trên hình 1d cho hai tia sáng (1), (2) từ điểm sáng S qua thấu kính đến ảnh S' Thấu kính hội tụ hay phân kì ? Ảnh S' ảnh thật hay ảnh ảo ? Bằng phép vẽ tia sáng, xác định vị trí tiêu điểm thấu kính Hướng dẫn: • S’ Hình 1a I + Vì vật ảnh ngược chiều nên TKHT B A’ + Nối AA’, BB’ chúng cắt O O F O F’ quang tâm thấu kính B’ + Vì từ điểm sáng có tia tới thấu A J kính cho tia ló ln qua ảnh Hình 1a có đường kéo dài qua ảnh điểm sáng nên kéo dài AB, A’B’ chúng cắt I Nối I với O ta vị trí thấu kính + Qua O kẻ đường ∆ vng góc với thấu kính ∆ trục thấu kính + Kẻ tia tới AJ// ∆ cho tia ló qua A’ đồng thời qua tiêu điểm F’ Lấy F đối xứng với F’qua O F tiêu điểm thứ hai thấu kính Hình 1c + Hai tia ló khơng giao nên thấu kính (2) TKPK S (2a) • + Tia ló (1) qua O nên tia tới (1a) (1a) • F S' O F'• đường kéo dài • + Tia ló (2) qua tiêu điểm nên tia tới (1) (2a) // ∆ + Giao hai tia ló ảnh ảo S', hai tia Hình 1c tới S Bình luận: Với tập nâng cao kiến thức cho học sinh đặc biệt kiến thức từ điểm sáng có tia tới thấu kính cho tia ló ln qua ảnh có đường kéo dài qua ảnh điểm sáng cịn hình 1.b, 1d yêu cầu HS tự làm Bài tập Trên hình bên, điểm S’ vị trí ảnh S L điểm sáng S tạo TKPK L điểm S/ nằm mặt thấu kính cịn M điểm nằm trục thấu kính Nêu cách dựng để xác định vị trí quang tâm, trục chính, tiêu điểm M thấu kính Hướng dẫn: Giả sử ta vẽ hình thoả mãn S I đề Ta nhận thấy: L ’ ’ S - S, S’và O thẳng hàng, S’ nằm quang tâm O S - OM vng góc với OL (tam giác MOL vuông F M F’ O d O) - Tia SI song song song với trục cho tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm F Từ suy cách dựng: - Dựng đường thẳng d qua S S’ - Vẽ đường trịn tâm trung điểm ML bán kính nửa ML, cắt đường ' thẳng d O O’ - Vì S/ nằm quang tâm S nên ta chọn O quang tâm thấu kính - Đường thẳng qua O M trục ∆ thấu kính - Vẽ thấu kính qua O L - Qua S dựng tia sáng song song với trục chính, gặp thấu kính I - Nối I với S’ cắt trục F F tiêu điểm thấu kính Lấy F ’ đối xứng với F qua O ta tiêu điểm thứ hai thấu kính Bình luận: Với tập nâng cao kiến thức cho học sinh đặc biệt khả tốn học Học sinh vẽ điểm M gần thấu kính nên đường trịn đường kính ML cắt d hai điểm O O’ nằm ngồi đoạn SS’ phía S’ Khi O O’ chọn làm quang tâm thấu kính Có thể phát triển thêm toán để học sinh giải cách thay TKPK TKHT đổi vị trí S S’ Bài tập Cho TKHT với trục MN, quang tâm O, tiêu điểm F hình M vẽ IF JE hai tia sáng ló khỏi thấu kính hai tia sáng tới Bằng cách vẽ hình vẽ tia tới hai tia ló Hướng dẫn: + Giả sử ta vẽ hình thoả mãn đề I • O N F J E S' S I F M O J N E Ta nhận thấy: - Kéo dài tia ló IF JE cắt S’ S’ ảnh điểm sáng S - Kẻ tia SI song song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm F, kẻ S’ O cắt SI S S điểm sáng cho ảnh S’ tạo TKHT - Kẻ SJ ta yêu cầu *Chú ý: Giáo viên phát triển thêm toán để học sinh giải: Cho OF = 12cm; OI = 0,5cm; OJ = 1,5cm; góc tạo JE thấu kính α = 600 Xác định khoảng cách từ S đến thấu kính Bình luận: Khi nắm kiến thức học sinh làm tốt dạng tập sở để giải tập dạng định lượng sau Bài tập Cho điểm sáng A nằm trước TKPK Trình bày cách vẽ tia sáng từ A đến thấu kính cho tia A ló.đi qua B (hình dưới) F O B F’ Hướng dẫn: Ta vẽ ảnh A’ A qua TKPK (bằng cách vẽ hai tia đặc biệt) Tia tới từ A cho tia ló có phương qua A’, mà theo đề qua B nên cách vẽ sau: Nối A’ với B cắt thấu kính I Nối A với I ta đường truyền cần vẽ AIB (hình bên) A A’ O F I F’ B Bài tập Trong hình vẽ sau, xy trục thấu kính, A điểm sáng, A′ ảnh A qua thấu kính, F ′ tiêu điểm ảnh thấu kính a Bằng phép vẽ xác định vị trí quang tâm O, tính chất ảnh loại thấu kính b Cho AF ′ = 3,5 cm ; F ′A′ = 4,5cm Tính tiêu cự thấu kính (khơng dùng cơng thức thấu kính) A x F’ A’ y’ Hướng dẫn: a) Ta phải xét hai trường hợp: thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ - Đối với thấu kính hội tụ A′ ảnh thật I - Đối với thấu kính phân kỳ A′ ảnh ảo Giải sử ta dựng thấu kính hình vẽ: A F’ O F1 Đối với hai thấu kính ta ln có: A′F1 A′F ′  = A′F ′ A′O A′I A′O  ⇒ = (1)  A′F1 A′O  A′O A′A AI // OF1 → = A′I A′¢  A’ IO // F1 F ′ → I A O F’ F1 A’ ⇒ A′O = A′F ′ ⋅ A′A Từ suy cách dựng quang tâm O sau: Qua A′ kẻ đường vuông góc với AA′ Trên lấy điểm M, N nằm hai phía khác với: A′M = A′A A′N = A′F Đường trịn đường kính MN cắt xy O1 O2 Khi O1 quang tâm thấu kính hội tụ, O2 quang tâm thấu kính phân kỳ cần dựng Chứng minh: Thật theo cách dựng ta ∆O1 MN vuông O1 , O1 A′ lại N đường cao nên: O1 A′ = A′N ⋅ A′M ⇒ O1 A′ = A′F ⋅ A′A với (1) x A O1 y O2 A’ F’ Chứng minh tương tự với O2 M Bình luận: Bài tập tương đối khó với HS GV cần định nghĩa trục phụ để HS nắm kiến thức mấu chốt tập Trên sở giao cho HS tự làm tập sau Bài tập Người ta tìm thấy ghi chép nhà vật lí Snell sơ đồ quang học Khi đọc mơ tả kèm theo biết sơ đồ vẽ hai ảnh A1’B1’ A2’B2’ hai vật A1B1và A2B2 qua thấu kính Hai vật hai đoạn thẳng có độ cao, đặt song song với nhau, vng góc với trục trước thấu kính (A A2 nằm trục thấu kính, B1 B2 nằm phía so với trục chính) Độ cao hai ảnh tương ứng A1’B1’ A2’B2’ Do lâu ngày nên nét vẽ bị nhòe sơ đồ rõ ba điểm quang tâm O, ảnh B1’ B2’ B1 B2 tương ứng (Hình H.2) Bằng cách vẽ xác định vị trí trục chính, tiêu điểm vật A1B1 A2B2 Nêu rõ cách vẽ Bài tập Một sơ đồ quang học vẽ đường tia sáng qua thấu kính hội tụ, lâu ngày nên nét vẽ bị mờ rõ điểm A, B, M (Hình bên) Đọc mơ tả kèm theo thấy A giao điểm tia tới với tiêu diện trước, B giao điểm tia ló với tiêu diện sau cịn M giao điểm tia ló với trục thấu kính Bằng cách vẽ khơi phục lại vị trí quang tâm, tiêu điểm đường tia sáng Bình luận: Có thể phát triển toán thành toán sau: Thay TKPK TKHT hay cho điểm B A phía thấu kính,… hay tốn sau đây: B Bài tập Cho điểm sáng A nằm trục TKHT O1, sau O1 đặt TKPK O2 cho đồng trục A2 O1 O2 A A1 Biết A1 ảnh thật A qua O1, A2 ảnh A1 qua O2 Hãy vẽ tia sáng phát từ A sau qua hai thấu kính có phương qua B (hình bên) Hướng dẫn: Giả sử ta vẽ tia sáng AIJP B thoả mãn yêu cầu đề thì: Tia ló sau O1 IJ phải qua A1 ảnh A tạo TKHT tia ló sau O2 A A1 A2 O1 O2 JP phải có phương qua A2 ảnh A1 tạo TKPK Vậy B , A2, J J I thẳng hàng Từ suy cách vẽ P sau: - Kẻ đường BA2 gặp thấu kính O2 J - Kẻ đường A1J gặp thấu kính O1 I - Kẻ đường AI ta tia tới từ A cho tia ló khỏi hệ có phương qua B Bài tập 10 Bằng cách vẽ xác định ảnh vật AB qua thấu kính trường A hợp cho hình bên (Trích đề thi GV dạy giỏi THCS cấp Tỉnh năm học 2011-2012) Hướng dẫn: B F O F’ Trước hết ta vẽ ảnh A’ A qua thấu kính nhờ hai tia đặc biệt AI AO - Kẻ tia tới ABJ trùng với AB qua thấu A kính cho tia ló phải qua ảnh A’ A, B’ B -Vì B nằm trục nên B’ nằm trục (hay coi B phát tia tới BO), B’ giao trục tia ló JA’ (hình bên) B F I O B’ F’ A’ J Bình luận: Bài tốn có cách vẽ ảnh điểm B hay lưu ý cho HS thực 2.3.2.2 Dạng Các toán dịch chuyển vật, thấu kính; quan hệ chiều cao vật ảnh Bài tập 11 Đặt vật sáng AB vng góc với trục TKHT (A nằm trục chính) cách thấu kính khoảng OA Trên (đặt vng góc trục sau thấu kính) ta nhận ảnh A’ 1B’1 Giữ thấu kính cố định, dịch chuyển vật AB đoạn 2cm dọc theo trục để thu ảnh A’2B’2 cao gấp lần ảnh A’1B’1 màn, ta phải dịch chuyển 30cm so với vị trí cũ Tìm tiêu cự thấu kính Hướng dẫn: Vì ảnh A2’B2’ ảnh thật (do hứng màn) A2’B2’ > A1’B1’ vật phải di chuyển lại gần thấu kính, cịn phải di chuyển xa thấu kính Đặt d = OA1, d’ = OA’1 OA2 = d – OA’2 = d’ + 30 B1 B2 A1 A2 I O F A’1 A’2 C B’ R 1 r B , A B’2 - Chứng minh công thức (I) vận dụng cho hai trường hợp: + Trường hợp vật chưa di chuyển: h = A1B1 cho ảnh h1 = A1’ B1’ h1 d ' f (1) => d , = f d ) (1’) = = h d d−f d−f Trường hợp vật di chuyển : A2B2= h cho ảnh A2’ B2’ = h2 ’ h2 d '+30 f f (2) => d , + 30 = = = (d − 2) (2 ) h d −2 d −2− f d −2− f Lấy (1’) chia (2’) theo vế được: d = f + Kết hợp với (1,), (2,) ta f = 15 (cm) Chú ý: ta cịn tính khoảng cách từ vật đến kính từ ảnh đến kính Bài tập 12 Một vật sáng AB đặt vị trí trước TKHT, cho AB vng góc với trục thấu kính A nằm trục chính, ta thu ảnh thật lớn gấp lần vật Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều xa vật đoạn 15cm, thấy ảnh dịch chuyển đoạn 15cm so với vị trí ảnh ban đầu Tính tiêu cự f thấu kính Hình A Hướng dẫn: d d, B B I F' A F I' Hình B A ' F' O A F O ' d '2 d2 B ' A '' B '' h, d ' f 1 = > = + , (*) Vận dụng công thức (I): = = h d d− f f d d A′B′ d′ = = => d = 2d’ Thay vào (*) ta được: Ở vị trí ban đầu (Hình A): AB d 1 = + = (1) f d 2d 2d - Ở vị trí (Hình B): Ta có: d = d + 15 Ta nhận thấy ảnh A′′B′′ di chuyển xa thấu kính, di chuyển xa lúc d’ > d’ khơng thoả mãn cơng thức (*) Ảnh A′′B′′ dịch chuyển phía gần vật, ta có: O’A” = OA’ - 15 - 15 = OA’ - 30, hay: d′2 = d′ - 30 = 2d - 30 1 1 Ta có phương trình: f = d + d′ = d + 15 + 2d - 30 2 (2) - Giải hệ phương trình (1) (2) ta tìm được: f = 30(cm) Chú ý :Ta cịn tính khoảng cách từ vật đến kính từ ảnh đến kính, tỉ số độ cao ảnh vật Bài tập 13 Một nguồn sáng điểm đặt trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 8cm, cách thấu kính 12cm Thấu kính dịch chuyển với vận tốc 1m/s theo phương vng góc trục thấu kính Hỏi ảnh nguồn sáng dịch chuyển với vận tốc nguồn sáng giữ cố định Hướng dẫn: Ta dựng ảnh S qua thấu kính cách vẽ thêm trục phụ OI song song với tia tới SK Vị trí ban đầu thấu kính O Sau thời gian t(s) thấu kính dịch chuyển quãng đường OO1 , nên ảnh nguồn sáng dịch chuyển quãng đường S1S K I S O O1 Vì Vì H F’ S1O OI (1) = S1S SK S O OH O1 H // SK ⇒ = (2) S2 S SK OI // SK ⇒ S1 S2 Xét tứ giác OO1 HI có OI // O1 H OO1 // IH ⇒ OO1 HI nên hình bình hành, suy (3) OI = O1 H SO SO OO SO 12 1 Từ (1), (2), (3) ⇒ S S = S S ⇒ OO1 // S1 S ⇒ S S = SS = 12 + S O (4) 2 1 S1 I S1O S1O = = (*) IK SO 12 S I S F′ S O − IF ′ // OK ⇒ = = (**) IK OF ′ S O S O −8 = =2 Từ (*) (**) ⇒ = 12 ⇒ S1O = 12.2 = 24 cm (5) OO1 12 Từ (4) (5) ⇒ S S = 12 + 24 = Ký hiệu vận tốc thấu kính v , vận tốc ảnh v1 OO1 v.t = = ⇒ v1 = 3v = m / s S1 S v1 t Mặt khác: OI // SK ⇒ Vậy vận tốc ảnh nguồn sáng m/s Bài tập 14 Một điểm sáng S cách ảnh khoảng L Trong khoảng S đặt thấu kính O1 cho trục thấu kính qua S vng góc với ảnh Thấu kính có rìa hình trịn Khi L = 100cm, xê dịch thấu kính khoảng S ta tìm vị trí thấu kính mà có ảnh rõ nét S Xác định vị trí thấu kính tính tiêu cự f thấu kính? Khi L = 81cm, xê dịch thấu kính khoảng vật – vết sáng khơng thu lại điểm, thấu kính cách khoảng b vết sáng có bán kính nhỏ Xác định b? Hướng dẫn: * Thấu kính cho ảnh rõ nét vật TKHT * Chứng minh cơng thức thấu kính trường hợp TKHT cho ảnh thật: 1 = + f d d' với: f = OF; d = OS; d’ = OS’ * Giả sử thấu kính tạo ảnh thật vật Đặt L khoảng cách vật ảnh thì: L=d +d'=d + df ⇒ d − Ld + Lf = d− f + Điều kiện để TK cho ảnh rõ nét vật phương trình phải có nghiệm d: ∆ = L2 − Lf ≥ ⇒ L ≥ f + Nếu L = 4f ∆ = L2 − Lf = : phương trình có nghiệm nhất, tức tồn vị trí TK cho ảnh thật vật + Theo L = 100cm có vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét màn, vậy: f = L/4 = 25(cm) + Khi thấu kính vị trí cách S là: d = OS = 2f = 50cm Khi L = 81cm Đặt đường kính rìa thấu kính 2a, bán kính vết sáng r L = 81cm < 4f = 100cm: vị trí TK để thu ảnh thật S Khi tùy theo vị trí TK tạo ảnh thật vật khoảng cách tới S lớn khoảng cách từ tới S, tạo ảnh ảo S * Xét thấu kính di chuyển từ S tới vị trí cách S OS = f = 25cm: thấu kính cho ảnh ảo, chùm ló khỏi thấu kính tới chùm phân kỳ; khoảng cách từ ảnh tới thấu kính tăng dần đường kính vết sáng giảm dần từ ∝ → 2a Khi OS = f = 25cm chùm ló chùm song song, đường kính vết sáng 2a * Khi d = OS > f: thấu kính cho ảnh thật S’ cách thấu kính d’ = OS’ cách vật: l = d + d’ ≥ 4f > L + Từ hình vẽ thì: r S ' O ' S ' O − OO ' OO ' L−d ( L − d )(d − f ) = = =1− = 1− = 1− a S 'O S 'O S 'O d' d f ⇔ r d − Ld + Lf  d L  L = =  + ÷− a d f  f d f Đặt: y = r/a, ta có:  d L  d L L d L L L L  f + d ÷ ≥ f d = f ⇒ y =  f + d ÷ − f ≥ f − f      d L d L ⇒ y ⇔  + ÷min ⇔ = ⇔ d = Lf f d  f d Khi y ta có r = (a.y) => Vết sáng có bán kính nhỏ d = Lf = 45(cm)  * Xét: rmin = a ymin = a.  L L  81 81  − ÷ =  − ÷a = a ⇒ rmin < a f f   25 25  25 => rmin bán kính nhỏ vết sáng Khi ta có: d = L – b => b = 81cm – 45cm = 36cm Vậy TK cách b = 36cm vết sáng có bán kính nhỏ rmin = a 25 Hình vẽ a S O O’ S O O’ S r Trên sở giao cho HS tự làm tập sau Bài tập 15 Một thấu kính hội tụ cho ảnh thật S’ điểm sáng S đặt trục Khi dời S, kể từ vị trí đầu tiên, gần thấu kính 5cm ảnh dời S’ 10cm Khi dời S, kể từ vị trí đầu tiên, xa thấu kính 40cm ảnh dời 8cm Tính tiêu cự thấu kính Bài tập 16 Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục thấu kính cho ảnh thật Nếu cho vật dịch lại gần thấu kính khoảng 30cm ảnh AB ảnh thật nằm cách vật khoảng cũ lớn lên gấp lần a) Hãy xác định tiêu cự thấu kính vị trí ban đầu vật AB b) Để có ảnh cho vật, phải dịch chuyển vật từ vị trí ban đầu khoảng bao nhiêu, theo chiều nào? 2.3.2.3 Dạng Các toán ảnh hai vật tạo thấu kính ảnh vật tạo hai thấu kính Bài tập 16 Hai vật nhỏ A1 B1 A2 B2 giống đặt song song với cách 45cm Đặt thấu kính hội tụ vào khoảng hai vật cho trục vng góc với vật Khi dịch chuyển thấu kính thấy có hai vị trí thấu kính cách 15cm cho hai ảnh: ảnh thật ảnh ảo, ảnh ảo cao gấp lần ảnh thật Tìm tiêu cự thấu kính (khơng dùng cơng thức thấu kính) B ' Hướng dẫn: ' A ' A B1 F A1 B2' I F’ O Gọi O O ′ hai vị trí quang tâm trục OO ′ = 15( cm ) Theo tính chất thuận nghịch ánh sáng Ta có: A1O = O ′A2 : A1O + OO ′ + O ′A2 = 45( cm ) ⇒ A1O = O ′A2 = 15( cm ) ∆F ′IO ~ ∆F ′B1′ A1′ ⇒ F ′O IO f IO = ⇒ = (1) F ′A1′ B1′ A1′ f + OA1′ B1′ A1′ ∆OB1 A1 ~ ∆OB1′ A1′ ⇒ OA1 B1 A1 BA 15 = ⇔ = 1 (2) OA1′ B1′ A1′ OA1′ B1′ A1′ f 15 IO Từ (1) (2) ⇒ f + OA′ = OA′ = B ′ A′ ⇔ 1 1 ∆B2 A2 O ~ ∆B2′ A2′ O ⇒ ∆IOF ~ ∆B2′ A2′ F ⇒ f − 15 IO = f B1′ A1′ A2 O B2 A2 B A 30 = ⇒ = 2 (3) A2′ O B2′ A2′ A2′ O B2′ A2′ OF IO F IO = ⇔ = (4) A2′ F B2′ A2′ A2′ O − f B2′ A2′ B2 O1 A2 30 f IO Từ (3) (4) ⇒ A′ O = A′ O − f = B ′ A′ ⇔ 2 2 Chia vế với vế (**) ta có: 30 − f IO = (**) f B2′ A2′ f − 15 30 − f IO IO : = : f f B1′ A1′ B2′ A2′ f − 15 B2′ A2′ = mà B2′ A2′ = B1′ A1′ 30 − f B1′ A1′ f − 15 = ⇔ f − 30 = 30 − f ⇔ f = 60 30 − f f = 20( cm ) Bài tập 17 Có hai thấu kính đặt đồng trục Các tiêu cự f1 = 15cm, f = −15cm Vật AB đặt trục vng góc với trục khoảng hai quang tâm O1, O2 (Hình bên) Cho O1O2 = l = 40cm Xác định vị trí đặt vật để: B a) Hai ảnh có vị trí trùng b) Hai ảnh có độ lớn O1 O2 (Chú ý: Học sinh sử dụng A phép tính hình học, khơng sử dụng cơng thức thấu kính cơng thức độ phóng đại) Hướng dẫn: Vì ∆F1O1I ∽ ∆F1A1B1 ∆O1AB ∽ ∆O1A1B1 nên ta có: O1 A AB O1 F1 15 x = = → O1 A1 = O1 A1 A1 B1 O1 F1 + O1 A1 15 − x Tương tự ∆O2A2B2 ∽ ∆O2AB ∆F2A2B2 ∽ ∆F2O2J nên ta có: O2 A2 A2 B2 O2 F2 − O2 A2 15(l − x ) 15(40 − x) = = → O2 A2 = = (vì O2 A = l − x ) O2 A AB O2 F2 15 + l − x 55 − x Để hai ảnh trùng thì: O1 A1 + O2 A2 = l ↔ 15 x 15(40 − x ) + = 40 15 − x 55 − x  x = 10 → x − 70 x + 600 = →   x = 60 Loại nghiệm x=60 Vậy vật cần đặt cách O1 10cm b) Ta có ∆O1F1I ∽ ∆A1F1B1 ∆A1O1B1 ∽ ∆AO1B nên: A1 B1 A1O1 − O1 F1  A1 B1 A1 F1  O I = F O → AB = O1F1 15.x AB 15  1 → ( A1O1 − 15).x = A1O1.15 → A1O1 = → 1= (1)  A B A O A O x − 15 AB x − 15 1 1 1  = =  AB AO1 x Tương tự ta có ∆F2A2B2 ∽ ∆F2O2J ∆O2A2B2 ∽ ∆O2AB nên: A2 B2 A2O2 A2 F2 O2 F2 − A2O2 = = = → A2O2 15 = (40 − x)(15 − A2O2 ) AB AO2 O2 F2 O2 F2 → A2O2 = (40 − x).15 AB 15 → 2 = (2) 15 − 40 + x AB 15 − 40 + x Do A2B2=A1B1 nên từ (1) (2) ta có: 15 15 = → x = 35cm x − 15 15 − 40 + x A1 B I F1 B2 O1 F2 A A J O2 B1 Bài tập 18 Hai thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 10cm f2 = 12cm đặt đồng trục, quang tâm cách đoạn l = 30cm Ở khoảng hai quang tâm, có điểm sáng A Ảnh tạo hai thấu kính ảnh thật, cách khoảng A1A2 = 126cm Xác định vị trí A Bài tập 19 Hai điểm S1 S2 nằm trục thấu kính hội tụ tiêu cự f = 4cm cách khoảng S 1S2 = 9cm Hỏi phải đặt thấu kính cách S1 khoảng để ảnh S1 S2 cho thấu kính trùng Chú ý: Các tốn máy ảnh, mắt, kính lúp tương tự tốn thấu kính máy ảnh ảnh thật nên ta vận dụng công thức (I) Cịn tốn mắt kính lúp ảnh ln ảnh ảo nên ta vận dụng công thức (II) (III) 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 2.4.1 Kết đạt được: Thông qua tiến hành nghiên cứu với đề tài“Một số tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS” tơi thu số kết sau : Đối với trường THCS Khuyến Nông Năm học SL học sinh giỏi cấp huyện SL học sinh giỏi cấp tỉnh 2005 - 2006 01 2006 - 2007 01 01 2007 - 2008 01 2008 - 2009 01 01 2009 - 2010 0 2010 - 2011 02 02 2011 - 2012 01 2012 - 2013 01 01 2013 - 2014 01 01 2014 - 2015 02 2015 - 2016 01 2016 - 2017 01 2017 - 2018 01 2018 - 2019 02 2019 - 2020 02 2020 - 2021 03 2021 - 2022 05 01 Trong năm học 2010 – 2011 tơi đạt giải cấp Huyện em Nguyễn Trung Hiếu, giải khuyến khích cấp Huyện em Nguyễn Trọng Phúc giải nhì cấp Tỉnh em Nguyễn Trọng Phúc, giải khuyến khích cấp Tỉnh em Nguyễn Trung Hiếu Năm học 2011 – 2012 đạt giải cấp Huyện em Phạm Thế Anh, Năm học 2013 – 2014 đạt giải nhì cấp Huyện em Lê Huy Khải Năm học 2018 – 2019 đạt giải nhì cấp Huyện em Phạm Hồng Duy giải khuyến khích em Trịnh Quốc Nghĩa Năm học 2019 – 2020 đạt giải nhì cấp Huyện em Lê Mạnh Kiên Năm học 2020 – 2021 đạt giải cấp Huyện Năm học 2021 – 2022 đạt giải em Phạm Đình Đức Thành, giải nhì Nguyễn Đình Trung Ngơ Kim Quang, giải ba Nguyễn Anh Kiệt Ngô Kim Quang giải khuyến khích cấp Huyện Đối với đội tuyển huyện Triệu Sơn ln có từ đến 10 giải cấp tỉnh năm gần đây, có giải nhất, nhiều giải nhì ba Riêng năm học 2021 – 2022 tình hình dịch bệnh nên đội tuyển huyện phụ trách đạt giải khuyến khích Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Đối với giáo viên đề tài giúp cho việc phân loại số dạng tập phần “Thấu kính” chương trình Vật lí THCS để thi vận dụng vào đời sống hàng ngày cách dễ dàng hơn, nhằm nâng cao chất lượng dạy- học mơn Vật lí theo phương pháp đổi Giúp học sinh nắm vững dạng tập, biết cách suy luận logic, tự tin vào thân đứng trước tập hay tượng Vật lí, có cách suy nghĩ để giải thích cách đắn Từ kết nghiên cứu rút học kinh nghiệm sau: - Việc phân loại dạng tập hướng dẫn học sinh làm tốt dạng tập giúp cho giáo viên nắm vững mục tiêu, chương trình từ nâng cao chất lượng giảng dạy mơn Vật lí - Giúp giáo viên khơng ngừng tìm tịi, sáng tạo phương pháp phân loại giải tập phù hợp với đối tượng học sinh, từ nhằm nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ người giáo viên 3.2 Kiến nghị Để công tác giảng dạy ngày hiệu thân đề nghị Ban giám hiệu nhà trường tạo điều kiện cho giáo viên trình đổi phương pháp việc tăng cường đồ dùng dạy học có liên quan, khuyến khích cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi thời gian kinh phí Cần kích cầu giáo viên học sinh Tổ chức kì thi học sinh giỏi cấp trường Cần hội thảo chun đề chun mơn để giáo viên có điều kiện học tập, đúc rút kinh nghiệm việc đổi phương pháp dạy học Mặt khác đề nghị Phòng giáo dục tổ chức việc bồi dưỡng giáo viên qua buổi sinh hoạt chuyên môn liên trường, tổ chức hội thảo việc đổi phương pháp dạy học nhằm tăng kỹ cho giáo viên phương pháp dạy học giai đoạn Việc dạy học mơn Vật lí trường phổ thơng quan trọng, giúp em biết cách tư logic, biết phân tích tổng hợp tượng sống Vì giáo viên giảng dạy mơn Vật lí cần khơng ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh Trong trình thực đề tài tơi có tham khảo đề tài đề thi học sinh giỏi bạn bè đồng nghiệp, nhiên khó tránh khỏi thiếu sót mong bạn đọc đóng góp ý kiến để thân tơi bổ sung để đề tài đạt kết cao Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ HIỆU TRƯỞNG Vũ Quang Tuyến Thanh Hóa, ngày 15 tháng 04 năm 2022 Tơi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết SKKN Trịnh Quốc Đôn ... trạng việc giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi THCS Thấu kính Trường THCS Khuyến Nông + Hướng dẫn học sinh giỏi bồi dưỡng phần Thấu kính Trường THCS Khuyến Nơng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện... lí THCS để giúp học sinh nắm vững kiến thức phần “Quang học? ?? khó khăn đặc biệt phần ? ?Thấu kính? ?? Để gỡ khó phần cho học sinh thi HSG tơi chọn đề tài ? ?Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi. .. Trường THCS Khuyến Nơng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí huyện Triệu Sơn 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu ? ?Phân dạng tập thấu kính bồi dưỡng học sinh giỏi THCS? ?? mà em học sinh giỏi