huong dan hs 9 ve duong di cua tia sang bat ki qua thau kính hoi tu

Sau khi hớng dẫn học sinh tìm hiểu về thấu kính hội tụ đặc điểm, trục chính, quangtâm, tiêu điểm của thấu kính hội tụ, ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ, tôi thấyrằng việc học sinh hi

Céng hßa x· héi chñ nghÜa ViÖt Nam

bÊt k× qua thÊu kÝnh héi tô

I Lí do chọn đề tài:

Nớc ta đang trong thời kì hội nhập với cộng đồng thế giới trong nền kinh tế thị ờng cạnh tranh quyết liệt Để đào tạo thế hệ trẻ đáp ứng đợc các yêu cầu của sựnghiệp đổi mới, nền giáo dục nớc ta phải đổi mới toàn diện toàn diện cả về mục đích,nội dung và phơng pháp dạy học Đổi mớ phơng pháp dạy học là vấn đề thời sự, đợcngành giáo dục và cả xã hội quan tâm Luật giáo dục, điều 28.2 đã ghi: " Phơng phápgiáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác chủ động sáng tạo của họcsinh; phù hợp với từng đặc điểm của lớp học, môn học; bồi dỡng phơng pháp tự học,rèn luyện kĩ năng vận dụng vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui,hứng thú học tập cho học sinh" Song song với việc đổi mới chơng trình thì việc bồidỡng học sinh giỏi cũng luôn đợc quan tâm, chú trọng Bồi dỡng học sinh giỏi là mộttrong những nhiệm vụ quan trọng của mỗi nhà trờng Đó chính là việc chăm lo, nuôidỡng và phát triển nhân tài cho đất nớc ở cấp học THCS, học sinh đã bắt đầu chú ývào những bộ môn mà mình yêu thích và có định hớng phát triển sau này Với nhữnghọc sinh có năng lực và quyết tâm cao, các em có thể tham gia các kì thi chọn họcsinh giỏi đợc tổ chức hàng năm

Năm học 2009 - 2010, tôi tham gia dạy đội tuyển vật lí 9 phần Quang học vàNhiệt học Trong quá trình giảng dạy, tôi thấy rằng phần Quang hình học có liênquan rất nhiều đến bộ môn hình học Chính vì vậy đòi hỏi các em không những nắmchắc kiến thức mà phải vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng tạo Do vậy, đa

số các em rất ngại khi phải vẽ đờng truyền của tia sáng, dẫn đến khó định hớng khigiải các bài tập quang hình học phần thấu kính hoặc hệ thấu kính - thấu kính, hệ thấukính - gơng Điều này ảnh hởng rất nhiều đến tâm lí của các em, cũng nh là kết quảcủa đội tuyển Và tôi nhận thấy rằng việc học sinh vẽ đợc đờng truyền của một tiasáng bất kì qua thấu kính đóng một vai trò quan trọng, nó có thể coi là một chìa khóagiúp các em có thể khám phá đợc nhiều điều mới mẻ và chinh phục đợc những bàitập quang hình học hay và khó

Sau khi hớng dẫn học sinh tìm hiểu về thấu kính hội tụ (đặc điểm, trục chính, quangtâm, tiêu điểm của thấu kính hội tụ, ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ), tôi thấyrằng việc học sinh hiểu đợc bản chất của tia sáng qua thấu kính là hiện tợng khúc xạ

ánh sáng qua hai môi trờng trong suốt là không khí và vật liệu làm thấu kính là rấtquan trọng học sinh phải vẽ đợc đờng truyền của tia sáng qua thấu kính , từ đó xác

định đợc ảnh của vật tạo bởi thấu kính Để vẽ ảnh của một điểm sáng S vật sáng AB

đặt trớc thấu kính thông thờng ta sử dụng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính.Nhng trong một số trờng hợp ba tia sáng đó cha đủ để xác định ảnh (điểm sáng, vậtsáng có một điểm nằm trên trục chính) mà ta phải sử dụng đờng đi của một tia sángbất kì qua thấu kính

Với những lí do đó, tôi đã chú ý tới việc hớng dẫn học sinh vẽ đờng đi của một tiasáng bất kì qua các dụng cụ quang học nh Gơng phẳng, hệ gơng phẳng, thấu kính, hệ

thấu kính - gơng Do thời gian có hạn, tôi chỉ đi sâu, tìm hiểu về: Hớng dẫn học sinh vẽ đờng truyền của một tia sáng bất kì qua thấu kính hội tụ.

II Nhiệm vụ của đề tài:

- Hớng dẫn HS xây dựng cơ sở để vẽ đờng đi của tia sáng bất kì qua thấu kính

- Giúp học sinh vận dụng cách vẽ này để giải các bài tập về thấu kính

III Phạm vi và thời gian thực hiện đề tài

- Đề tài đợc tiến hành trong quá trình bồi dỡng học sinh khá, giỏi môn vật lí nămhọc 2009 - 2010

Phần II: NộI DUNG

A KHảO SáT THựC Tế

Sau khi hớng dẫn học sinh tìm hiểu về thấu kính hội tụ (đặc điểm, trục chính,quang tâm, tiêu điểm của thấu kính hội tụ, ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ), tôithấy rằng việc học sinh hiểu đợc bản chất của tia sáng qua thấu kính là hiện tợngkhúc xạ ánh sáng qua hai môi trờng trong suốt là không khí và vật liệu làm thấu kính

là rất quan trọng học sinh phải vẽ đợc đờng truyền của tia sáng qua thấu kính , từ đóxác định đợc ảnh của vật tạo bởi thấu kính Để vẽ ảnh của một điểm sáng S vật sáng

AB đặt trớc thấu kính thông thờng ta sử dụng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấukính Nhng trong một số trờng hợp ba tia sáng đó cha đủ để xác định ảnh (điểmsáng, vật sáng có một điểm nằm trên trục chính) vì ba tia sáng đặc biệt từ điểm sáng

đó đến thấu kính trùng nhau và trung với trục chính Vậy để xác định đợc ảnh ta phải

sử dụng đờng đi của một tia sáng bất kì tới thấu kính

Ví dụ: Vẽ ảnh của điểm sáng S đặt trên trục chính của một thấu kính hội tụ:

Chính vì lẽ đó, sau khi học sinh có một số hiểu biết cơ bản về thấu kính tôi mạnh dan đa ra bài tập sau với mục đích kiểm tra mức độ vận dụng kiến thức của học sinh

nh thế nào?

Bài kiểm tra:

Trên hình vẽ là một thấu kính hội tụ quang tâm O, có tiêu điểm F và F' Một điểm sáng S đặt trớc thấu kính, SI là một tia tới thấu kính, I là điểm tới Hãy xác định tia

ló ứng với tia tới đã cho.

Qua kết quả bài làm của học sinh, tôi nhận thấy rằng:

- Đa số các em (70%) chỉ chú ý đến tia tới SI là một trong các tia sáng đặc biệt qua thấu kính nên khi gặp bài tập vẽ hình này các em rất lúng túng

- Một số em (20%) thì nghiễm nhiên coi SI là một tia sáng đặc biệt và chia ra các trờng hợp:

+ tia tới SI đi qua quang tâm O thì tia ló tiếp tục truyền thẳng

+ tia tới SI song song với trục chínhthif tia ló qua tiêu điểm

+ tia tới SI qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính

Còn trờng hợp tia tới SI là một tia tới bất kì ( khác với ba trờng hợp trên) thì chỉ có

số ít học sinh (10%) nghĩ tới và các em cũng gặp rất nhiều khó khăn trong việc xác

định tiếp đờng đi của tia ló

Từ kết quả đó, một chuỗi câu hỏi đặt ra với tôi là:

- Trong các tia sáng đến thấu kính thì các tia sáng bất kì không phải là tia sáng đặc biệt tại sao học sinh không vẽ đợc?

- Phải xây dựng cơ sở cách vẽ nào là phù hợp với các em, xây dựng trên cơ sở sẵn có

để các em dễ hiểu và biết vận dụng?

- Có mấy cách xác định tia ló ứng với một tia tới bất kì qua thấu kính? Từ đó học sinhla chọn và vận dụng để làm bài tập vẽ hình về thấu kính nh thế nào?

O

S

O

I

B Biện pháp thực hiện

I Cơ sở lí thuyết

1 Hiện tợng khúc xạ ánh sáng:

Hiện tợng tia sáng truyền từ môi trờng trong suốt này sang môi trờng trong suốt

khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai hai môi trờng, đợc gọi là hiện tợng khúc xạ ánh sáng

2 Đặc điểm của thấu kính hội tụ:

- Chiếu một chùm sáng tới song song theo phơng vuông góc với mặt một thấu kínhhội tụ, chùm tia khúc xạ ra khỏi thấu kính (tia ló) là chùm tụ

- Thấu kính hội tụ đợc làm bằng vật liệu trong suốt (thờng là thủy tinh hoặc nhựa),

có phần rìa dày hơn phần giữa

3 Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính hội tụ.

3.1 Trục chính:

Trong các tia tới vuông góc với mặt thấu kính hội tụ, có một tia ló truyền thẳng

không đổi hớng Tia này trùng với với một đờng thẳng đợc gọi là trục chính của

thấu kính

3.2 Quang tâm:

- Trục chính của thấu kính hội tụ đi qua một điểm O trong thấu kính mà mọi tia

sáng tới điểm này đều truyền thẳng, không đổi hớng Điểm O gọi là quang tâm của

thấu kính

- Các đờng thẳng đi qua quang tâm O và không trùng với trục chính của thấu kính

gọi là các trục phụ.

3.3 Tiêu điểm:

* Tiêu điểm chính:

- Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho chùm tia ló

hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính Điểm đó gọi là tiêu điểm chính của thấu

kính hội tụ và nằm khác phía với chùm tia tới

- Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm F và F' nằm về hai phía của thấu kính, cách đều

quang tâm Khoảng cách từ quang tâm đến mỗi tiêu điểm OF = OF' = f gọi là tiêu cự

N’

yx

Rri

- Nếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ thì chùmtia ló sẽ hội tụ tại một điểm F'1 trên trục phụ đó F'1 là một tiêu điểm phụ của thấu

kính

- Có vô số tiêu điểm phụ của thấu kính: các tiêu điểm phụ đều nằm trên một mặt

phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính Mặt phẳng đó gọi là tiêu diện

của thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu diện nằm ở hai bên quang tâm

4 Đờng truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

- Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phơng của tia tới

- Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm

- Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính

5 Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính hội tụ.

5.1 Dựng ảnh của một điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ.

- S là một điểm sáng đặt trớc thấu kính hội tụ Chùm sáng từ S phát ra, sau khikhúc xạ qua thấu kính, cho chùm tia ló hội tụ tại ảnh S' của S

- Để xác định ảnh của S', chỉ cần vẽ đờng truyền của hai trong ba tia sáng đặc biệt

đến thấu kính

5.2 Dựng ảnh của một vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ.

Muốn dựng ảnh A'B' của AB qua thấu kính ( AB vuông góc với trục chính của

tháu kính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B' của B bằng cách vẽ đ ờngtruyền của hai tia sáng đặc biệt, sau đó từ B' hạ vuông góc với trục chính ta có ảnh A'của A

II H ớng dẫn học sinh xây dựng cơ sở của cách vẽ đ ờng đi của một tia sáng bất kì qua thấu kính.

Thông qua việc đa ra bài tập vẽ đờng đi của tia sáng bất kì nh trên, tôi muốn đa racho học sinh một tình huống có vấn đề

Để có tính hệ thống tôi hớng dẫn học sinh vẽ tất cả các trờng hợp xảy ra với tia tới

SI tới thấu kính

F

F’

IOS

Một chùm sáng xuất phát từ điểm S tới thấu kính tại I tia sáng SI tới thấu kính có thểxảy ra những trờng hợp nào?

Tr

ờng hợp I: SI đi qua quang tâm O của thấu kính hội tụ.

? Quang tâm của thấu kính đợc xác định nh thế nào?

Trục chính của thấu kính hội tụ đi qua một điểm O trong thấu kính mà mọi tia sáng tới điểm này đều truyền thẳng, không đổi hớng Điểm O gọi là quang tâm của thấu kính.

? Vậy tia sáng tới đi qua quang tâm O của thì tia ló có đặc điểm nh thế nào?

Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phơng của tia tới.

Tr

ờng hợp II: Tia sáng tới SI song song với trục chính.

? Chiếu một chùm sáng song song với trục chính của thấu kính hội tụ thì chùm tia ló

ra khỏi thấu kính có đặc điểm nh thế nào?

- Chiếu một chùm sáng song song với trục chính của thấu kính hội tụ thì chùm tia ló

ra khỏi thấu kính hội tụ tại tiêu điểm F của thấu kính( tiêu điểm nằm khác phía so với tia tới)

? Vậy tia tới song song với trục chính thì tia ló sẽ đi qua điểm nào?

-Tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm (tiêu điểm nằm khác phía

so với tia tới)



Tr ờng hợp III: Tia tới SI đi qua tiêu điểm.

? Nếu có một điểm sáng đặt tại tiêu điểm F của thấu kính thì chùm tia ló có đặc

điểm nh thế nào?

- Chùm tia ló song song với trục chính.

? Tia sáng tới đi qua tiêu điểm thì tia ló có đặc điểm nh thế nào?

- Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

Tr

ờng hợp IV: SI là một tia tới bất kì:

Cách 1: Sử dụng tính chất của ảnh.

? S là một điểm sáng đặt trớc thấu kính Chùm tia sáng phát ra từ S sau khi đi quathấu kính hội tụ cho chùm tia ló có đặc điểm nh thế nào?

- Chùm tia ló hội tụ tại một điểm S' là ảnh thật của S qua thấu kính hội tụ hoặc chùm ló phân kì có đờng kéo dài đi qua điểm S' là ảnh ảo của S.

? Vậy tia tới SI thì tia ló luôn đi qua điểm nào?

Tia ló sẽ luôn đi qua ảnh thật S' của S hoặc tia ló có đờng kéo dài đi qua S' là ảnh

ảo của S qua thấu kính.

? Vậy muốn vẽ đờng đi của một tia tới SI bất kì đến thấu kính, ta phải làm nh thế nào?

-B

ớc 1 : Xác định ảnh S' của S tạo bởi thấu kính.

- B

ớc 2: +S' là ảnh thật: Nối I với S' ta đợc tia ló ứng với tia tới SI

+ S' là ảnh ảo: Nối S' với I ta đợc phơng của tia ló.

Trên đây là cách vẽ đờng đi của tia sáng bất kì tới thấu kính Tôi nghĩ rằng đây làcách vẽ phù hợp với học sinh lớp 9 vì nó rèn cho các em cách suy nghĩ, t duy sángtạo của học sinh trên cơ sở những kiến thức cơ bản mà các em đã đợc học

F

O

yx

Mở rộng: Ngoài cách vẽ trên tôi mở rộng cho học sinh một cách vẽ nữa bằng cách dựng trục phụ của thấu kính.

? Trục phụ của thấu kính đợc xác định nh thế nào?

- Trục phụ là các đờng thẳng đi qua quang tâm O và không trùng với trục chính của thấu kính.

? Chiếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ thì chùmtia ló có đặc điểm nh thế nào?

- Nếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ thì chùm tia

ló sẽ hội tụ tại một điểm F' 1 trên trục phụ đó F' 1 là một tiêu điểm phụ của thấu kính.

? Tiêu điểm phụ F1' ở vị trí nào so với tiêu điểm F của thấu kính

- F 1 ' nằm trên một mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính Mặt phẳng đó gọi là tiêu diện của thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu diện nằm ở hai bên quang tâm.

Cách 1:

- Vẽ trục phụ song song với tia tới SI

- Vẽ tiêu diện cắt trục phụ nói trên tại một tiêu điêmr phụ là F1'

- Từ I vẽ tia ló đi qua F1'

'

S

I

RF

1

F’

Cách 2:

- Vẽ tiêu diện cắt tia tới SI tại một tiêu điểm phụ là F1

-Vẽ trục phụ đi qua F1

- Vẽ tia ló song song với trục phụ trên

'

Kết luận: Đờng đi của tia sáng qua thấu kính hội tụ:

1 Các tia đặc biệt:

* Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phơng của tia tới.

* Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

* Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

2 Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì:

S là một điểm sáng đặt trớc thấu kính hội tụ Xét một tia tới bất kì SI , ta có thể vẽ tia ló tơng ứng theo các cách sau:

F

1



- Vẽ trục phụ song song với tia tới SI.

- Vẽ tiêu diện cắt trục phụ nói trên tại một tiêu điêmr phụ là F1'

- Từ I vẽ tia ló đi qua F1'

' Cách 3:

- Vẽ tiêu diện cắt tia tới SI tại một tiêu điểm phụ là F1

-Vẽ trục phụ đi qua F1

- Vẽ tia ló song song với trục phụ trên

III H ớng dẫn học sinh vận dụng cách xác định đ ờng đi của một tia sáng bất kì qua thấu kính để giải một số bài tập.

Bài tập1:

Trên hình vẽ có một thấu kính hội tụ có tiêu điểm F&F’ Một điểm sáng S đặt

tr-ớc thấu kính Hãy vẽ tiếp đờng đi của các tia tới (1), (2) ,(3), (4).

A.Tìm hiểu đề bài.

Cho biết: -Thấu kính hội tụ có tiêu điểm F & F’, quang tâm O

- Các tia tới: + Tia 1 qua F

+ Tia 2 đi qua quang tâm O

+ Tia 3 song song với trục chính

+ Tia 4 không có gì đặc biệt

Hỏi: Vẽ tiếp đờng đi của các tia ló.

B.Hớng dẫn học sinh

- Hãy vẽ đờng đi của các tia ló ứng với ba tia (1), (2), (3)

- Những tia tới xuất phát từ điểm S sau khi qua thấu kính sẽ đi qua điểmnào ?

- Tia 4 xuất phát từ S, vậy sau khi qua thấu kính nó sẽ đi qua điểm nào ?

C.Giải

(3)

(2) (1)

* Ta đã biết cách vẽ tia ló của 3 tia (1), (2), (3):

+ Tia (1) qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính

+ Tia (2) qua quang tâm O, cho tia ló đi thẳng

+ Tia (3) song song với trục chính cho tia ló qua điểm F’

* Cả 3 tia xuất phát từ điểm S, Sau khi qua thấu kính đều đi qua điểm

S’, vì tất cả các tia xuất phát từ điểm sáng S, sau khi đi qua thấu kính đều

đi qua ảnh S’ của nó, nên tia (4) sau khi đi qua thấu kính cũng cho tia ló điqua S’

Bài tập 2:

Cho một thấu kính hội tụ, O là quang tâm, xy là trục chính, hai tiêu điểm F và F' AB là một vật sáng đặt ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính, A nằm trên trục chính, AB tạo với trục chính xy một góc α Hãy xác định ảnh A"B" của AB qua thấu kính trong hai trờng hợp:

F’

S’

S

yx

A

O

B

Vật sáng AB nằm ngoài khoảng tiêu cự của TKHT, A nằm trên xy,

1 Trờng hợp 1: α = 900 (coi vành thấu kớnh là đủ rộngAB vuông góc với trục chính)

? Khi vật AB vuông góc với trục chính xy, muốn dựng ảnh A'B' của vật AB qua thấukính ta phải làm nh thế nào?

- Dựng ảnh B' của điểm B bằng cách vẽ đờng truyền của hai tia sáng đặc biệt

- Từ B' hạ vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A' của A qua thấu kính.

2 Trờng hợp2: 0 < α <900

AB là vật sáng có dạng là đoạn thẳng giới hạn bởi hai điểm A & B Để xác định ảnhcủa vật AB ta phải làm nh thế nào?

- Xác định ảnh A' & B' của hai điểm A&B

- Nối A' và B' ta đợc ảnh của vật AB qua thấu kính

B

F’ B’

A’

- Cha đủ vì ba tia sáng đặc biệt đều trùng nhau và có ph ơng trùng với trục chính.

- Vậy qua A mới chỉ có một tia tới và có một tia ló nên cha đủ điều kiện để xác định

ảnh của A Muốn xác định đợc ảnh của A ta phải vẽ đờng đi của một tia sáng bất kìtới thấu kính

Cách1:

Gỉa sử AI là một tia sáng tới có phơng trùng với AB ( I là điểm tới) thì tia ló của nó

sẽ đi qua điểm nào? Vì sao?

- Tia ló này sẽ đi qua điểm B' vì tia tới của nó đi qua điểm B.

Vậy nối I với B' ta sẽ tia ló IB' IB' cắt trục chính tại A' là ảnh của A

Ngoài cách sử dụng tính chất của ảnh trên, muốn vẽ đờng đi của tia tới AI qua thấukính ta còn có những cách nào ?

Cách 2: Sử dụng trục phụ để vễ tia ló ứng với tia tới bất kì

a - Vẽ trục phụ song song với AI

- Xác định tiêu điểm phụ F1'

- Nối I với F1'

OA