DÙNG PHƯƠNG PHÁP đồ THỊ để xác ĐỊNH các TÍNH CHẤT của ẢNH tạo bởi THẤU KÍNH MỎNG và vận DỤNG GIẢI một số bài tập LIÊN QUAN đến sự DỊCH CHUYỂN của ẢNH

Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh Phụ lục I. Đặt vấn đề…………………………………………………………………………Trang 2 II. Giải quyết vấn đề…………………… …………………………………………Trang 3 2.1. Cơ sở lý luận: …………………………………………………………………Trang 3 2.2. Thực trạng …………………………………………………………… Trang 5 2.3. Giải pháp thực hiện……………………………………………………. Trang 6 III. Kết quả đạt được ………………… …………………………………….…Trang 11 IV. Kết luận ………………… ……… …………………………………… …Trang12 - 1 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh Tên đề tài: DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA ẢNH TẠO BỞI THẤU KÍNH MỎNG VÀ VẬN DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA ẢNH. I.ĐẶT VẤN ĐỀ: ( Lý do chọn đề tài): Hiện nay, dạy học không còn chỉ là vấn đề giúp các em lĩnh hội được tri thức trong sách vở mà cao hơn nữa, đó là một hoạt động tư duy sáng tạo, một quá trình tương tác giữa thầy và trò với nhiều phương pháp và hoạt động tư duy khác nhau giúp học sinh không chỉ hiểu, nhớ kiến thức mà quan trọng hơn phải rèn luyện cho các em khả năng tư duy trừu tượng, suy luận logic, khả năng khám phá hiện tượng và tự giải quyết vấn đề. Có như vậy thì mới phát triển được trí tuệ và giúp các em chủ động trong mọi hoạt động tư duy khác.Để đạt được điều này, phương pháp dạy học, nội dung dạy học là một trong những yếu tố cực kì quan trọng giúp các em phát huy khả năng sáng tạo của mình. Vật lí là một môn khoa học khó, đòi hỏi những yêu cầu nhất định đối với người học, như là tư duy trừu tượng, thực hiện và quan sát thí nghiệm để nhận thức đúng về các hiện tượng , đồng thời toán học cũng là một công cụ không thể thiếu để giải các bài tập vật lí.Ở các trường THPT chương trình vật lí bao gồm các phần: cơ học, nhiệt học,điện học, quang học và vật lí hạt nhân.Mỗi phần, mỗi chương có đặc thù riêng về cả hiện tượng lẫn công thức nên phương pháp học từng phần cũng khác nhau. Mặt khác, công thức nhiều, mỗi một phần lại có rất nhiều dạng bài tập, mỗi một dang bài tập có thể có rất nhiều trường hợp xảy ra…Nếu người học không hiểu bản chất của hiện tượng mà chỉ học công thức một cách máy móc, học vẹt thì không thể làm được bài tập, hoặc làm sai và không có khả năng để giải những bài toán phức tạp đòi hỏi khả năng suy luận lôgic và tư duy trừu tượng. Trong quá trình giảng dạy phần thấu kính– vật lí 11 tại Trường THPT Dương Đình Nghệ rất nhiều học sinh cảm thấy lúng túng khi giải bài tập. Nguyên nhân là do không nhớ các tính chất của ảnh qua thấu kính, vì khi đặt vật trước thấu kính ở những vị trí khác nhau thì tính chất ảnh cũng khác nhau.Hơn thế nữa, ở đây có hai loại thấu kính nên học sinh muốn làm tôt bài tập phải nhớ tính chất ảnh qua từng loại,học sinh cảm thấy bị rối, nhất là khi làm những bài tập cần sự suy luận như là bài tập xác định chiều dịch chuyển của ảnh khi vật dịch chuyển ( Đây là dạng bài tập cần sự nhuần nhuyễn về kiến thức và đòi hỏi khả năng lập luận tư duy tốt, sự sáng tạo trong quá trình giải quyết vấn đề). Để nâng cao hiệu quả giảng dạy, với mục đích lấy học sinh làm trung tâm giúp các em có một phương pháp khoa học để nhớ các tính chất của ảnh tạo bởi đơn thấu kính, có một cái nhìn toàn diện về các trường hợp tạo ảnh và thuận tiện hơn khi giải bài tập, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và chọn đề tài : Dùng phương pháp đồ - 2 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh thị để nhớ tính chất của ảnh tạo bởi đơn thấu kính.Trên đồ thị còn cho biết mối quan hệ giữa chiều dịch chuyển của ảnh và vật nên học sinh không phải tưởng tượng mà nhìn vào đó dễ dàng nhận xét, giảm bớt tính toán phức tạp.Mỗi giáo viên, trong quá trình giảng dạy của mình đều tự đúc rút ra nhiều kinh nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy của mình. Ở phần này có thể sử dụng những phương pháp học lí thuyết và làm bài tập khác nhau, nhưng vấn đề tôi nghiên cứu đã được kiểm nghiệm ở rất nhiều lớp tại trường THPT Dương Đình Nghệ thì đã có hiệu quả nhất định. II.NỘI DUNG: 2.1.Cơ sở lí luận: - Thấu kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng. - Theo tác dụng khúc xạ ánh sáng,thấu kính được chia làm hai loại là thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. - Do cấu tạo khác nhau nên tính chất tạo ảnh qua từng loại thấu kính cũng khác nhau.Cùng một loại thấu kính, ở những vị trí khác nhau trước thấu kính, ảnh cũng khác nhau về vị trí và tính chất( ảnh thật hoặc ảo, cùng chiều hay ngược chiều vật, lớn hơn hay nhỏ hơn vật).Vì vậy học sinh thường khó nhớ, lúng túng khi giải bài tập. - Trong chương trình vật lí 11 chỉ xét trường hợp vật thật ( d > 0). - Công thức thấu kính: ' d = fd df − ; k = fd f − − Với qui ước: d ’ > 0 : ảnh thật d ’ < 0 : ảnh ảo 1>k : ảnh lớn hơn vật 1<k : ảnh nhỏ hơn vật 0 > k : ảnh và vật cùng chiều 0 < k : ảnh và vật ngược chiều - Cụ thể: Với thấu kính hội tụ: Có các trường hợp tạo ảnh sau: - 3 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh + Vật ở trong tiêu cự cho ảnh ảo, cùng chiều lớn hơn vật. + Vật đặt tại tiêu điểm F cho ảnh ảo ở vô cực. +Vật đặt trong khoảng từ f đến 2f (f < d < 2f) cho ảnh thật ngược chiều lớn hơn vật. - 4 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh + Vật đặt tại vị trí d = 2f cho ảnh thật ngược chiều cao bằng vật, đối xứng với vật qua quang tâm. + Vật đặt ngoài 2f cho ảnh thật ngược chiều nhỏ hơn vật. + Với thấu kính phân kì: + Vật thật luôn cho ảnh ảo nhỏ hơn vật và cùng chiều vật. 2.2. Thực trạng : Để giải một số bài tập cần sự suy luận đôi khi phải nhớ tất cả các tính chất này của thấu kính, tuy nhiên việc nhớ các tính chất này và vận dụng để giải bài tập có thể gây rối đối với học sinh. Trước thực trạng này, trong quá trình dạy bài Thấu kính mỏng- vật lí 11 NC tôi đã cho học sinh vẽ ảnh của vật đặt tại những vị trí khác nhau trước thấu kính. Sau đó, nhận xét tính chất của ảnh trong từng trường hợp. Sử dụng công thức thấu - 5 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh kính, hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị , nhìn vào đồ thị, học sinh có thể nhận xét tất cả các tính chất, vị trí của ảnh tạo bởi thấu kính, từ đó có những suy luận chính xác đưa ra lời giải đúng, nhanh gọn. 2.3. Giải pháp thực hiện : Ở đây, ta vẽ hai đồ thị ứng với mỗi loại thấu kính, đó là đồ thị về mối quan hệ giữa d và d ’ , và đồ thị sự phụ thuộc của k vào d. a) Với thấu kính hội tụ: ( f > 0) ' d = fd df − k = fd f − − Nhận xét đồ thị: 0< d < f cho d ’ < 0 và k > 1 suy ra tính chất ảnh là ảo,cùng chiều, lớn hơn vật. d = f cho ảnh ở vô cực. f < d < 2f cho d ’ > 2f; k < -1 suy ra tính chất ảnh là thật, ngược chiều, lớn hơn vật. d = 2f cho d ’ = 2f, k = -1 suy ra ảnh thật cao bằng vật, ngược chiều vật d > 2f cho f < d ’ < 2f ; -1 < k < 0 suy ra ảnh thật, ngược chiều nhỏ hơn vật. b) Với thấu kính phân kì: ( f < 0) ' d = fd df − k = fd f − − - 6 - 2f O f f 2f d d ’ O -1 f 1 k 2f Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh Nhận xét đồ thị: Với 0 >∀ d đều cho –f <d ’ < 0; 0< k < 1suy ra ảnh ảo cùng chiều nhỏ hơn vật. Ngoài ra, khi nhìn vào đồ thị ta còn biết được chiều dịch chuyển của vật và ảnh. Một số bài tập vận dụng: Ví dụ 1: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f. Điểm sáng S trên trục chính cho ảnh S ’ . a) Ảnh S ’ dịch chuyển thế nào khi S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F b) Khảo sát khoảng cách từ vật đến ảnh khi S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F. Lời giải: Cách 1:(Không sử dụng đồ thị ) a) Chiều dịch chuyển của ảnh: Đặt y = ' d = fd df − y ’ = ' 2 2 2 :0 )()( )( d fd f fd dfffd < − − = − −− nghịch biến theo d . Vậy S dịch từ xa vô cực đến tiêu điểm F thì ảnh thật dịch chuyển từ tiêu điểm F ’ đến vô cực. b) Khảo sát khoảng cách từ vật đến ảnh : y = fd d fd df ddd − = − +=+ 2 ' - 7 - -f 1 k d 0 -2f -1 -2f d ’ -2f d 0-f -f Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh y ’ = 0 )( 2 )( )(2 2 2 2 2 = − − = − −− fd dfd fd dfdd fdd 2;0 ==⇒ Khi S dịch từ ∞ đến 2f thì ảnh dịch chuyển từ f đến 2f. Khi S ở vị trí d = 2f thì ảnh ở vị trí d ’ = 2f nên y = 4f Khi S dịch chuyển từ 2f đến f thì d ’ tăng từ 2f đến ∞ , nên y tăng từ 4f đến ∞ . Cách 2: (Sử dụng đồ thị ) a) Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi điểm sáng S dịch chuyển trên trục chính từ xa vô cực đến tiêu điểm F thì ảnh dịch chuyển từ tiêu điểm ảnh chính đến vô cực. b) Gọi L là khoảng cách từ vật đến ảnh ( L = d + d ’ ), thay vì việc tính đạo hàm để khảo sát , ta nhìn vào đồ thị thấy ngay: Khi S dịch từ ∞ đến 2f thì ảnh dịch chuyển từ f đến 2f. Khi S ở vị trí 2f thì ảnh ở vị trí 2f nên L = 4f Khi S dịch chuyển từ 2f đến f thì d ’ tăng từ 2f đến ∞ , nên L tăng từ 4f đến ∞ . Ví dụ 2: Một thấu kính hội tụ có f = 10 cm. Điểm sáng A trên trục chính và cách thấu kính một đoạn d = 15cm. a) Định vị trí đặt màn để thu được ảnh rõ nét. b) Thấu kính cố định, cho A dịch ra xa thấu kính. Xác định chiều dịch chuyển của màn để thu được ảnh rõ nét. c) Vật cố định, dịch thấu kính ra xa vật. Hỏi màn dịch chuyển thế nào để thu được ảnh. Lời giải: a) Có thể dùng đồ thị để xác định d ’ , hoặc sử dụng công thức thấu kính để tính. ( d ’ = 30 cm) b) Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi vật nằm ngoài tiêu cự mà dịch chuyển ra xa thấu kính ( d tăng) thì (d ’ giảm) cho ảnh thật dịch lại gần thấu kính, do đó phải dịch màn lại gần thấu kính mới thu được ảnh rõ nét. - 8 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý. GV: Lê Hải Anh c) Vật cố định, thấu kính ra xa vật: Trong khoảng 15 cm ≤ d < 20 cm ; d tăng , khoảng cách giữa vật và ảnh ( L) giảm nên màn dịch lại gần vật. Khi d = 20, L= 40cm, ảnh gần vật nhất. Khi 20 cm < d < ∞ , d tăng, L tăng nên ảnh dịch ra xa vật. Ví dụ 3: Điểm sáng A trên trục chính và cách thấu kính một đoạn 30 cm. Thấu kính bắt đầu chuyển động ra xa vật với vận tốc không đổi v= 5cm/s. Tính tiêu cự của thấu kính, biết rằng sau khi thấu kính chuyển động được 2s thì vận tốc của ảnh bắt đầu đổi chiều. Lời giải: Cách 1: ( Không sử dụng đồ thị) Để giải bài tập này ta có thể làm theo phương pháp thông thường đó là tính quãng đường đi của ảnh, sau đó đạo hàm để tìm biểu thức của vận tốc, khi vận tốc đổi chiều thì v = 0, sau đó thay t = 2 s suy ra f. Nhưng phương pháp này rất phức tạp vì phải thực hiện nhiều bước, tính toán cồng kềnh. Ta có: f f dcmd − == 30 30 ;30 ' 00 td t 530 ' += ft ft fd df d t −+ + = − = 530 )530( ' Quãng đường đi của ảnh: )()( '' 0 tto ddddy −−+= ft ft t f f y −+ + −− − = 530 )530( 5 30 30 Vận tốc của ảnh: 2 2 ' )530( )530(5)530(5)530(5 ft tffftft yv −+ ++−+−−+ == (*) Khi t= 2s, vận tốc đổi chiều, vậy 0=v . Thay vào biểu thức (*) suy ra f = 20 cm. Cách 2: Sử dụng đồ thị để giải: - 9 - Sỏng kin kinh nghim vt lý. GV: Lờ Hi Anh Nu s dng th ta suy lun n gin nh sau: cho thu kớnh dch chuyn ra xa vt thỡ vn tc ca nh i chiu khi khong cỏch gia vt v nh l ngn nht L= 4f suy ra: d + fd df = 4f (m d = 40 cm) => f = 20 cm. Ta nhn thy vic s dng th suy lun bi toỏn tr nờn ngn gn hn rt nhiu. Vớ d 4: Có hai điểm A và B nằm trên trục chính của một thấu kính hội tụ và ngoài tiêu điểm vật của kính. Lần lợt đặt một vật nằm vuông góc với trục chính của thấu kính tại hai điểm A và B ta thấy: Nếu vật ở A thì kính phóng đại lên 2 lần, nếu vật ở B thì đ- ợc kính phóng đại lên 3 lần. a. Hỏi A và B điểm nào gần thấu kính hơn? b. Nếu vật ở C nằm ti trung im ca A và B thì đợc kính phóng đại lên bao nhiêu lần? Li gii: a. Vì vật nằm ngoài tiêu điểm của thấu kính hội tụ nên kính cho ảnh thật, nhỡn trờn th ta thy ảnh này càng ra xa kính và lớn dần lên khi vật tiến lại gần tiêu điểm. Theo đề bài: Vật ở B đợc kính phóng đại lớn hơn ở A, nên điểm B gần thấu kính hơn điểm A. b. Gọi 1 d ; 2 d và 3 d lần lợt là khoảng cách từ 3 điểm A, B, C đến thấu kính. Ta vận dụng công thức tính độ phóng đại : df f K = cho 3 trờng hợp: Ta có: 2 3 2 1 1 f d df f K A == = (1) 2 2 3 2 2 f d df f K B == = (2) và 2 21 3 dd f f df f K C + = = . (3) Thay (1);(2) vào (3) ta có: 4,2= C K . Vậy : Nếu vật ở C thì kính phóng đại lên 2,4 lần. Cú th s dng th tr li mt s cõu hi trc nghim v gii mt s bi tp sau: Chn cõu ỳng: 1)Xột nh cho bi thu kớnh: A. Vi thu kớnh phõn k, vt tht cho nh o. - 10 - [...]... nghiệm tôi đã chọn đề tài với nội dung: “DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA ẢNH TẠO BỞI THẤU KÍNH MỎNG VÀ VẬN DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA ẢNH làm sáng kiến kinh nghiệm của mình, đây là những kinh - 12 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý GV: Lê Hải Anh nghiệm mà bản thân tôi tự đúc rút trong suốt thời gian dạy phần thấu kính lớp 11 ở trường THPT Dương Đình Nghệ... ra phương pháp này, tôi kiểm tra bài cũ 7 hs lớp 11C2 thì hầu như các em rất lúng túng khi trình bày các tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính khi đặt một vật sáng AB vuông góc với trục chính Thứ hai, khi làm bài kiểm tra 15 phút, các câu hỏi trắc nghiệm về chiều dịch chuyển của vật và ảnh nhiều em không làm được hoặc làm sai Thứ ba, một số bài tập liên quan đến sự dịch chuyển của ảnh, nếu không sử dụng. .. thấy ảnh lớn hơn vật B Quan sát vật qua thấu kính hội tụ, ta thấy ảnh nhỏ hơn vật C Quan sát ảnh qua thấu kính phân kì, ta thấy ảnh nhỏ hơn vật D .Quan sát vật qua thấu kính phân kì, ta thấy ảnh cùng chiều với vật 5)Điểm sáng A trên trục chính của một thấu kính hội tụ cho ảnh thật A ’ Khi dịch A về phía thấu kính một đoạn a = 5cm thì ảnh A’ dịch đi một đoạn b = 10cm Khi dịch A ra xa thấu kính một đoạn... dụng đồ thị các em rất rối, lúng túng khi xác định chiều dịch chuyển của vật và ảnh, khó hình dung nên có thể dẫn đến lời giải sai, đa số học sinh không đưa ra được cách giải Sau khi hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị, hầu hết em trả lời lưu loát hơn hẳn, kết quả bài kiểm tra lần sau cũng tốt hơn Thậm chí dạng bài tập vẽ hình để xác định loại thấu kính, vị trí, quang tâm, trục chính, tiêu điểm thấu kính. .. thì cho ảnh ở tiêu diện vật 3) Sự tạo ảnh bởi thấu kính: A Với thấu kính hội tụ, khi vật ở ngoài khoảng tiêu cự f, ảnh ngược chiều với vật B Với thấu kính hội tụ, khi vật ở trong khoảng tiêu cự f, ảnh ngược chiều với vật C Với thấu kính phân kì, vật thật cho ảnh cùng chiều với vật D.Vớ thấu kính phân kì, ảnh của vật thật luôn luôn nhỏ hơn vật 4 Quan sát vật qua thấu kính: A Quan sát vật qua thấu kính. .. hướng dẫn học sinh vẽ được đồ thị trên đã giúp các em hiểu một cách khá toàn diện , khoa học và sâu sắc về các trường hợp tạo ảnh qua thấu kính Đây cũng là một công cụ giúp học sinh khá giỏi giải các bài tập nâng cao phần này Kết quả bài kiểm tra phần này thực hiện ở tiết tự chọn lần 1( trước khi sử dụng phương pháp) và lần 2(sau khi sử dụng phương pháp) tại lớp 11C2 như sau: Sĩ số (36hs) Điểm giỏi (từ... đang còn là một trường bán công, chất lượng đầu vào học sinh không cao Riêng tôi, được phân công dạy 6 lớp 11 cả cơ bản lẫn nâng cao Nhưng khi học đến phần tính chất của ảnh qua thấu kính mỏng, tuy đã cho học sinh vẽ và nhận xét từng trường hợp nhưng các em vẫn không nhớ, và việc vận dụng giải bài tập cũng chậm Nhưng khi tôi đưa ra bốn đồ thị này và hướng dẫn học sinh vẽ hình, nhận xét đồ thị thì hiệu... dịch A ra xa thấu kính một đoạn a’ = 40 cm thì ảnh A’ dịch đi một đoạn b’ = 8cm Tính tiêu cự của thấu kính 6) Vật sáng AB đặt trước một thấu kính cho ảnh có độ phóng đại là k Nếu dịch vật về phía thấu kính một đoạn a1 thì ảnh có độ phóng đại k’.Nếu dịch vật về phía thấu kính một đoạn a2 thì ảnh vẫn có độ phóng đại là k’ .Tính tiêu cự f theo k, a1, a2 Áp dụng: k = 2, a1 = 3cm, a2 = 7 cm III.KẾT QUẢ ĐẠT... Anh B Với thấu kính hội tụ L, vật cách L là d=2f(f là tiêu cụ)thì ảnh cũng cách L là 2f C.Với thấu kính hội tụ, vật thật luôn cho ảnh thật D.Vật ở tiêu diện vật thì cho ảnh ở xa vô cực 2.Vị trí của vật và ảnh cho bởi thấu kính L A Cho vật tiến lại gần L, ảnh di chuyển cùng chiều với vật B Cho vật tiến ra xa L, ảnh di chuyển ngược chiều với vật C Vật ở rất xa thì cho ảnh ở tiêu diện ảnh D Ảnh ở rất... hoặc kém hơn một chút thì chỉ cần nhớ đồ thị rồi dựa vào đó nhận xét các tính chất ảnh Với những học sinh khác thì sau khi hướng dẫn các em đã tự - 11 - Sáng kiến kinh nghiệm vật lý GV: Lê Hải Anh khảo sát và vẽ được đồ thị, hiểu một cách sâu sắc, căn bản và toàn diện về các trường hợp tạo ảnh qua thấu kính Năm học 2012- 2013 tôi được nhà trường phân công dạy lớp 11C2- là lớp chọn thứ 2 của nhà trường . dung: “DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA ẢNH TẠO BỞI THẤU KÍNH MỎNG VÀ VẬN DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA ẢNH làm sáng kiến kinh nghiệm của mình,. Lê Hải Anh Tên đề tài: DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA ẢNH TẠO BỞI THẤU KÍNH MỎNG VÀ VẬN DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA ẢNH. I.ĐẶT VẤN ĐỀ: ( Lý. 2.2. Thực trạng : Để giải một số bài tập cần sự suy luận đôi khi phải nhớ tất cả các tính chất này của thấu kính, tuy nhiên việc nhớ các tính chất này và vận dụng để giải bài tập có thể gây rối