skkn phương pháp giải một số dạng bài tập quang hình vật lý lớp 9

Là một giáo viên dạy Vật lí ở trường THCS trực tiếp giảng dạy học sinh lớp 9 tôi nhận thấy việc giải các bài tập Quang hình Vật lí 9 ở chương trình THCSkhông chỉ đơn giản là đảm bảo kiến

PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP QUANG HÌNH

Trong khuôn khổ trường THCS, bài tập Vật lí thường là những vấn đềkhông phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lôgic, bằng tính toán hoặcthực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc Vật lí, phương pháp Vật lí đã quy địnhtrong chương trình học Bài tập vật lí là một khâu quan trọng trong quá trình dạy vàhọc Vật lí

Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí ở trường THCS tôi nhận thấy việchình thành cho học sinh phương pháp, kỹ năng giải bài tập Vật lí là hết sức cầnthiết, 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 cho các em, góp phầnnâng cao chất lượng giáo dục

Trong phần quang học lớp 9, nội dung quang lí chiếm tỉ lệ nhỏ, các vấn đề đưa

ra khá đơn giản, chỉ dừng ở mức độ " nhận thức cảm tính" thông qua các hiện tượnggần gũi với học sinh Vấn đề tôi muốn đề cập ở đây là nội dung phần quang hình học.Phần này có lượng kiến thức khá lớn, hầu hết các bài học đều hàm chứa kiến thứckhó đối với học sinh cấp THCS Bản thân nội dung quang hình học đã là vấn đề khóđối với học sinh phổ thông, với học sinh THCS lại càng trở nên khó khăn hơn Quanghình học lớp 9 đã có mức độ yêu cầu định lượng, trong khi các em không được sửdụng các công thức quang hình học mà chỉ sử dụng những hiểu biết thô sơ về hìnhhọc phẳng Với hầu hết học sinh cấp THCS thì việc sử dụng kiến thức về tam giácđồng dạng thường có nhiều khó khăn hơn sử dụng kiến thức khác như tam giác bằngnhau, hay đường tròn Sử dụng tam giác đồng dạng để giải quyết bài toán vật lí thìmối liên hệ giữa " giả thiết" và "kết luận" hình học càng mờ mịt hơn so với bài toánhình học thuần túy!

Là một giáo viên dạy Vật lí ở trường THCS trực tiếp giảng dạy học sinh lớp

9 tôi nhận thấy việc giải các bài tập Quang hình Vật lí 9 ở chương trình THCSkhông chỉ đơn giản là đảm bảo kiến thức trong SGK, đó mới chỉ là những điều kiệncần nhưng chưa đủ Muốn giải được bài tập quang hình cần phải luyện tập nhiều

thông qua việc giải các bài Vật lí đa dạng, giải các bài tập một cách khoa học, kiênnhẫn để tự tìm ra phương pháp giải.

Nhằm giúp học sinh nắm chắc được kiến thức cơ bản, mở rộng và hiểu sâukiến thức phần Quang hình vật lý 9, khắc phục những khó khăn trong việc học tập,đồng thời biết vận dụng kiến thức vào thực tế cuộc sống và có niềm say mê, yêuthích môn học nâng cao được chất lượng bộ môn Vật lí trong nhà trường Xuất phát

từ những lí do trên, tôi quyết định chọn đề tài:“Phương pháp giải một số dạng bài

tập quang hình vật lý lớp 9”

1.2 Điểm mới của đề tài

Để làm tốt công tác dạy học bộ môn vật lý nói chung và chương Quang họcmôn Vật lý 9 nói riêng, tôi đã tìm hiểu nhiều đề tài nghiên cứu trước đây về cáchlàm các dạng bài tập quang hình Vật lí lớp 9, trong khuôn khổ sáng kiến này tôitrình bày một cách tổng quát hơn, phù hợp thực tế ở đơn vị nói riêng và học sinh

toàn huyện nói chung Vì kiến thức quang hình học dài và dễ bị nhầm lẫn giữa hai

loại thấu kính hội tụ và phân kì nên sáng kiến giúp học sinh có một cái nhìn tổngquát các đối tượng kiến thức, biết đối chiếu so sánh và phân tích các đối tượng.Biết cách lập các bảng đơn vị kiến thức để dễ nhớ, dễ phân biệt, so sánh Mặt khác

để giúp học sinh làm tốt bài toán định lượng tôi đã đưa ra " kỹ thuật 2 vuông" nhằmgiúp học sinh xử lí tốt về các tam giác đồng dạng, biến đổi các tỉ lệ để đi đến kếtquả Học sinh sẽ có phương pháp học tập tốt đối với phần quang hình, phát triển kĩnăng giải bài tập định lượng Các thầy cô giáo có thể sử dụng sáng kiến này, đốichiếu với hướng dẫn trong sách giáo viên để tìm ra các phương pháp dạy học hiệuquả, phù hợp với đối tượng học sinh

2 PHẦN NỘI DUNG

2.1: Thực trạng của vấn đề mà đề tài, sáng kiến, giải pháp cần giải quyết

Qua thực tế giảng dạy Vật lí ở trường THCS, tôi nhận thấy với cấu trúc củachương trình Vật lí THCS là hầu hết không có hoặc có rất ít các tiết bài tập, thêmnữa thời lượng của một tiết học trên lớp có hạn, học sinh chủ yếu tiếp thu kiến thức

về lí thuyết một cách cơ bản hoặc giải các bài tập đơn giản Theo quyết định16/2006/QĐ-BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo ngày 5 tháng 5 năm 2006 vềviệc ban hành chương trình môn Vật lý khối 6,7,8 là 1 tiết/tuần, lớp 9 là 2 tiết/ tuần.Đối với chương trình GDPT mới 2018 thì phân môn vật lý lớp 6,7 đã được tích hợpvới phân môn Sinh học và Hóa học thành bộ môn KHTN 6,7 số tiết đã được tănglên đáng kể Như vậy theo chương trình cũ thì thời gian không đủ để giáo viên mởrộng và nâng cao kiến thức cũng như rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh.Biện pháp tốt nhất để rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh là thường xuyênluyện giải nhiều dạng bài tập khác nhau, cũng như tiếp xúc với các dạng bài tập cótính chất mở rộng và nâng cao, để từ đó học sinh có thể vận dụng một cách linhhoạt các cách giải từng dạng bài tập.Việc học sinh tự học ở nhà có một ý nghĩa lớn

về mặt giáo dục và giáo dưỡng Nếu việc học ở nhà của học sinh được tổ chức tốt

sẽ giúp các em rèn luyện thói quen làm việc tự lực, giúp các em nắm vững tri thức,

có kỹ năng, kỹ xảo Ngược lại nếu việc học tập ở nhà của học sinh không được

quan tâm tốt sẽ làm cho các em quen thói cẩu thả, thái độ lơ là đối với việc thựchiện nhiệm vụ học tập dẫn đến giảm chất lượng dạy học của bộ môn.

Chương quang học vật lý 9 các đơn vị kiến thức đề cập đến ánh sáng mà ánhsáng là đối tượng khó quan sát nên các thí nghiệm quang hình học thường mất nhiềuthời gian, trong khi kiến thức một bài học khá nhiều và quỹ thời gian của tiết học cóhạn

Kiến thức quang hình học khá dài và khó ghi nhớ đối với đa số các em họcsinh Học sinh thường nhớ lẫn lộn các kiến thức giữa hai loại thấu kính nên giải quyếtsai các yêu cầu

Các bài toán về thấu kính khá đa dạng, học sinh sử dụng kiến thức tam giácđồng dạng cũng chưa thật linh hoạt Mặt khác, sách giáo viên hướng dẫn cũngkhông thống nhất về phương pháp: khi xét tam giác vuông, khi xét tam giácthường, điều này gây khó khăn cho hoạt động dạy - học của giáo viên và học sinh Trước khi thực hiện đề tài tôi đã tiến hành kiểm tra và khảo sát đối với họcsinh lớp 9 tại đơn vị sau khi học xong chương quang học năm 2021-2022 bằng một

số bài tập về quang hình cơ bản Kết quả thu được như sau:

Kiểm tra 34 học sinh:

TS Điểm 9 -10 Điểm 7- 8 Điểm 5-6 Điểm < 5

Qua kết quả khảo sát tôi nhận thấy do những nguyên nhân sau:

-Giáo viên:

+ Việc đánh giá chất lượng học sinh có lúc còn nương nhẹ, học sinh còn ỷ lại

và có suy nghĩ học thế nào cũng được lên lớp

+Chưa có giải pháp để hướng dẫn học sinh nắm chắc kiến thức cơ bản

+Do giáo viên chưa đưa ra được phương pháp giải cụ thể cho mỗi dạng bàitập

- Học sinh:

+Do học sinh chưa ham học, chưa có ý thức tìm hiểu chỉ làm những gì giáoviên giao, ý thức tìm tòi, ham hiểu biết ở các em còn hạn chế

+ Học sinh nhận thức được nhưng chưa chịu khó học tập

+ Mức độ nhận thức của học sinh chưa đồng đều

- Nguyên nhân khác: Do một bộ phận phụ huynh chưa quan tâm đến việc họctập của học sinh còn giao khoán cho thầy cô và nhà trường

2.2 Các giải pháp thực hiện

Giải pháp 1: Cũng cố kiến thức phần lý thuyết chương quang học vật lý 9phần quang hình bằng cách hướng dẫn học sinh lập các bảng đối chiếu, so sánh đểhọc sinh dễ nhớ và khắc sâu kiến thức

Để học tốt phần quang hình học thì yêu cầu đầu tiên là học sinh phải ghi nhớđược lí thuyết quang hình Lí thuyết phần này khá nhiều, đòi hỏi học sinh phải có

sự đầu tư thời gian và ý chí cao để ghi nhớ, tránh bị chồng chéo lẫn lộn các đối

tượng với nhau; nhất là phải phân biệt rõ ràng về sự truyền ánh sáng, về đặc điểmcủa ảnh ở thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì Kinh nghiệm cho thấy, học sinhnên ôn tập lại phần lí thuyết bằng cách lập bảng để đối chiếu, so sánh và tổng hợpkiến thức một cách hoàn chỉnh Tôi thường cho học sinh hoàn thành một nhóm kiếnthức theo bảng, cách làm này sẽ giúp học sinh nắm bắt được rõ hơn, ghi nhớ nhanhhơn các nội dung Sau đây là một số ví dụ cơ bản để hỗ trợ học sinh trong quá trìnhhọc và ôn tập lý thuyết bằng cách lập bảng so sánh:

Ví dụ 1: Nêu đường truyền của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ vàthấu kính phân kì

Hướng dẫn giáo viên: Đường truyền của các tia sáng đặc biệt qua 2 loại thấukính:

Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì

1.Qua quang tâm Truyền thẳng theo

phương của tia tới

Truyền thẳng theo phươngcủa tia tới

2.Song song với trục

chính

Qua tiêu điểm Phương kéo dài qua tiêu

điểm

3 Qua tiêu điểm Song song với trục chính

Chú ý: TKHT có 3 tia đặc biệt, TKPK có 2 tia đặc biệt Các bài toán về dựngảnh thường chỉ dùng 2 tia sáng là tia số 1 và số 2

Ví dụ 2: Nêu các đặc điểm của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phânkì?

Hướng dẫn giáo viên: Các đặc điểm của ảnh

1 d > 2f - Ảnh thật, ngược chiều

và nhỏ hơn vật - Ảnh ảo, cùng chiều và

nhỏ hơn vật

- Ảnh luôn nằm trongkhoảng tiêu cự và nằmgần thấu kính hơn vật

Ví dụ 3: Nêu đặc điểm của mắt cận, mắt lão và nêu cách khắc phục Giảithích tác dụng của kính cận, kính lão?

Hướng dẫn của giáo viên: lập bảng so sánh

Nội dung Mắt cận Mắt lão

Đặc điểm

Nhìn rõ các vật ở gần, khôngnhìn rõ các vật ở xa

Nhìn rõ các vật ở xa, khôngnhìn rõ các vật ở gần

Điểm cực viễn ở gần hơn sovới mắt thường

Điểm cực cận ở xa hơn so vớimắt thường

Khắc phục

- Đeo thấu kính phân kì cótiêu điểm trùng với Cv củamắt

- Đeo thấu kính hội tụ có tiêu cựnhỏ

- Khi không đeo kính, vật nằm trong khoảng Cc mắt không nhìnrõ

- Kính cận tạo ra ảnh ảo nằm gần mắt hơn điểm Cv nên mắt nhìn thấy ảnh của vật

- Kính lão tạo ra ảnh ảo nằm xa mắt hơn điểm Cc nên mắt nhìn thấy ảnh đó

Ví dụ 4: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng có điểm gì giống và khác nhau?

Hướng dẫn của giáo viên: lập bảng so sánh 2 hiện tượng này:

không bằng nhau

Giống nhau

- Ánh sang bị đổi phương tại điểm tới

- Các tia sáng cùng nằm trong mặt phẳng tới

- Khi góc tới tăng (giảm) thì góc phản xạ và góc khúc

xạ cũng tăng (giảm) theo

- Góc tới bằng 00 thì góc tới và góc phản xạ cũng bằng

00.Giải pháp 2: Hướng dẫn học sinh vẽ sơ đồ tạo ảnh qua các bài toán định tính

về thấu kính hội tụ và phân kì khi đã nắm được lý thuyết

Dựng hình là vấn đề quan trọng của quang hình học Bài toán dựng hình đòi hỏihọc sinh không những nhớ lí thuyết mà còn phải biết vận dụng lí thuyết một cách linhhoạt Hình vẽ trong quang hình học chính là sự thể hiện rõ ràng về sự nắm bắt lí thuyếtquang hình của học sinh Học sinh nhớ được lí thuyết chưa chắc đã dựng được hìnhtheo yêu cầu, học sinh dựng được hình theo yêu cầu nghĩa là đã nhớ, đã hiểu lí thuyết.Như vậy, dựng hình là một cấp độ nhận thức cao hơn so với việc ghi nhớ Đây là yêucầu quan trọng mà học sinh nào cũng phải đạt được

Dạng toán dựng hình phổ biến là vẽ sơ đồ tạo ảnh Đây là yêu cầu hay gặp nhấtcủa chương trình vật lí 9 và chúng ta chủ yếu hướng dẫn cho học sinh dạng bài này.Các bài tập được nêu trong đề tài được sắp xếp theo thứ tự từ đơn giản đến nâng giúphọc sinh nắm bắt, luyện tập thêm để nâng cao kỉ năng dựng hình Nhìn chung đa số học

sinh biết cách vẽ sơ đồ tạo ảnh Tuy nhiên cũng có số đông học sinh còn lúng túng,nhầm lẫn khi áp dụng về sự truyền ánh sáng vào việc vẽ sơ đồ tạo ảnh

Về mặt kĩ năng, ngoài việc tuân thủ về các quy ước vẽ đường truyền ánh sángqua thấu kính, học sinh cần chú ý rằng có 2 kiểu bài vẽ sơ đồ tạo ảnh:

- Bài toán thuận: Cho vật và thấu kính, vẽ ảnh

Khi vẽ hình, học sinh phải làm theo trình tự: vẽ thấu kính và vật sáng theo đúng

tỉ lệ đầu bài, vẽ đường truyền của ánh sáng và vẽ ảnh

- Bài toán ngược: Cho vật và ảnh, vẽ thấu kính

Trình tự: Vẽ vật và ảnh đúng tỉ lệ, vẽ đường truyền của ánh sáng và yếu tố củathấu kính… Cần chú ý với học sinh cố gắng rèn luyện vẽ sơ đồ tạo ảnh theo bài toánngược (vẽ ảnh trước, vẽ thấu kính sau ); việc thành thạo kỹ năng này rất có lợi vì tạo ramột sơ đồ tạo ảnh đẹp, kích thước hợp lí Nếu bài toán cho tỉ lệ của vật và ảnh mà họcsinh vẽ thấu kính trước thì sẽ rất khó tạo ra ảnh có tỉ lệ đúng yêu cầu, nhất định họcsinh phải vẽ ảnh đúng tỉ lệ trước mới đảm bảo được một sơ đồ tạo ảnh đúng Sau đây làmột vài bài tập điển hình:

Ví dụ 1: Vật sáng AB đặt trên trục chính của thấu kính cho ảnh A'B' như

hình vẽ (Hình 1.a và Hình 1.b) Trong mỗi trường hợp hãy:

a) Học sinh cần xem kĩ đặc điểm của ảnh trong ví dụ 2 ở giải pháp 1

- Ảnh A'B' ngược chiều với AB nên là ảnh thật

- Thấu kính tạo ra ảnh thật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ

b) Với sơ đồ tạo ảnh học sinh đặc biệt chú ý đến 2 tia sáng đặc biệt qua thấukính: tia sáng qua quang tâm và tia sáng song song với trục chính Đây là 2 tia sángđược sử dụng chủ yếu để vẽ sơ đồ tạo ảnh trong phần quang hình học Bài toándựng ảnh thuận hay ngược đều dùng 2 tia sáng này Chú ý rằng:

- Tia sáng qua quang tâm sẽ truyền qua B và B'

- Tia sáng từ B song song với trục chính sẽ có tia ló qua B' và tia ló sẽ qua tiêu điểm

Từ đó ta có các bước dựng hình trong trường hợp Hình 1.a

O B

+ Tia ló tại I qua B', cắt thấu kính tại F'thì F' là một tiêu điểm của thấu kính.+ Lấy F đối xứng với F' qua O ta đượctiêu điểm thứ hai

-Tương tự, trường hợp Hình 1.b:

F

F ' I

S

a) Xác định loại ảnh và thấu kính.b) Vẽ hình xác định quang tâm và các tiêu điểm của thấu kính

Chú ý:

- Trường hợp vật và ảnh là các điểm sáng ta không có khái niệm cùng chiều,ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn Tính chất của ảnh khi đó xác định chủ yếu qua

vị trí tương đối với trục chính

- Với điểm sáng ta cũng có 3 trường hợp tạo ảnh thật, hình vẽ các trường hợpđều có các bước dựng hình tương tự

Ví dụ 3: Vật sáng AB đặt trước một thấu kính cho ảnh A'B' như hình vẽ

Hướng dẫn:

- Dựa vào chiều của ảnh và độ cao của ảnh so với vật để xác định loại thấukính Để xác định các yếu tố của thấu kính ta dùng 2 tia đặc biệt

-Vẽ quang tâm và thấu kính.

+ Từ B vẽ tia sáng có phươngqua B', tia sáng này cắt trụcchính tại O là quang tâm củathấu kính

+ Qua O vẽ thấu kính hội tụvuông góc với trục chính

I

F'

F' O

B'

A'

B

A

Bước 2: Vẽ các tiêu điểm

+ Từ B vẽ tia sáng song songvới trục và chính cắt thấu kínhtại I

+ Tia ló tại I có phương qua B'

và cắt trục chính tại F'

+ Lấy F đối xứng với F' qua O

ta được 2 tiêu điểm F và F'

Trường hợp hình 2b là thấu kính phân kì, dùng 2 tia sáng đặc biệt ta có sơ đồảnh:

Tương tự ta có bài toán dựng hình với ảnh ảo là điểm sáng

Ví dụ 4: Điểm sáng S đặt trước một thấu kính cho ảnh S' như hình vẽ

S' S

Hình 3a

S

Hình 3ba) Xác định loại ảnh và thấu kính

b) Vẽ hình xác định quang tâm và các tiêu điểm của thấu kính

Trên đây là các trường hợp vẽ hình với bài toán đảo Đây là dạng bài tập haygặp trong việc vẽ sơ đồ tạo ảnh Trường hợp vẽ hình khi biết vật và thấu kính dễhơn, học sinh chỉ cần chú ý các tỉ lệ của đầu bài và sử dụng đúng 2 tia sáng đặc biệt

I

là dựng được ảnh Tiếp theo ta xét một số bài toán dựng ảnh đặc biệt để áp dụng tốthơn về các tia sáng đặc biệt đã học.

Ví dụ 5: Vật sáng AB đặt trước một thấu kính cho ảnh A'B' song song và ngược chiều với vật như hình vẽ

B

B ' O

A '

A

Bước 1:

- Vẽ tia sáng từ B truyền qua B', vẽ tia

sáng từ A truyền qua A'; hai tia sángvừa vẽ cắt nhau tại O là quang tâm củathấu kính

- Vật và ảnh song song nên thấu kínhphải song song với vật sáng AB Do

đó, qua O ta vẽ thấu kính hội tụ songsong với AB

Tiếp theo ta xác định các tiêu điểm Các tiêu điểm nằm trên trục chính nêntrước hết phải có trục chính của thấu kính Vật và ảnh song song với nhau chỉ khivật vuông góc với trục chính Ta có bước dựng hình tiếp theo:

Các bài toán vẽ ảnh cơ bản thường có điều kiện ban đầu là vật vuông góc vớitrục chính và điểm gốc của vật nằm trên trục chính Bài toán trên thay đổi một điềukiện đó là gốc của vật không nằm trên trục chính Ta xét thêm một só trường hợpđặc biệt về dựng ảnh mà công cụ chính vẫn là 2 tia sáng quen thuộc trong chươngtrình.

Ví dụ 6: Vật sáng AB đặt trước thấu kính phân kì, vật song song với trụcchính của thấu kính và có vị trí như hình vẽ Vẽ sơ đồ tạo ảnh A'B' qua thấu kính

F '

O F

B A

Hướng dẫn

Điểm gốc và ngọn của vật đều không nằm trên trục chính nên ta dùng các tiasáng đặc biệt để vẽ ảnh của cả gốc và ngọn, từ đó ta có toàn bộ ảnh

- Từ B vẽ 2 tia sáng đặc biệt, giao của 2 tia ló ta có ảnh B'

- Từ A vẽ hai tia sáng đặc biệt, giao của 2 tia ló ta có ảnh A'

- Nối A' với B' bằng nét đứt ta có ảnh A'B' cần dựng

B '

A '

F ' O

F

B A

Nhận xét: Vì AB song song với trục chính nên 2 tia sáng song song với trụcchính kẻ từ A và B trùng nhau Ảnh A'B' thu được là ảnh ảo, kết quả này phù hợpvới lí thuyết về thấu kính phân kì

Ví dụ 7: Vật sáng AB đặt trước thấu kính hội tụ, vật song song với trụcchính của thấu kính và có vị trí như hình vẽ Vẽ sơ đồ tạo ảnh A'B' qua thấu kính

A

F ' O

F B

F B

Nhận xét: Vì vật sáng AB có một phần nằm trong khoảng tiêu cự nên ảnh A'B' có một phần là ảnh ảo ( đoạn IB' ), một phần là ảnh thật ( đoạn A' I)

Ví dụ 8: Cho vật sáng AB dạng mũi tên đặt trước một thấu kính hội tụ, điểm

A nằm trên trục chính của thấu kính và AB tạo với trục chính một góc nhọn nhưhình vẽ