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

Tên đề tài: DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNHCHẤT CỦA ẢNH TẠO BỞI THẤU KÍNH MỎNG VÀ VẬN DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA ẢNH.. Nguyên nhân là do không

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

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

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' = d df f ; k = df f

Với qui ước:

d’ > 0 : ảnh thật

d’ < 0 : ảnh ảo

1



0



0



- Cụ thể:

Với thấu kính hội tụ: Có các trường hợp tạo ảnh sau:

B'

+ Vật ở trong tiêu cự cho ảnh ảo, cùng chiều lớn hơn vật

B

+ Vật đặt tại tiêu điểm F cho ảnh ảo ở vô cực

B

A'

B'

+Vật đặt trong khoảng từ f đến 2f (f < d < 2f) cho ảnh thật ngược chiều lớn hơn vật

B

A'

B'

+ Vật đặt tại vị trí d = 2f cho ảnh thật ngược chiều cao bằng vật, đối xứng với vật qua quang tâm

B

A'

B'

+ Vật đặt ngoài 2f cho ảnh thật ngược chiều nhỏ hơn vật

+ Với thấu kính phân kì:

B

B'

+ 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

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'= d df f k = df 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'= d df f k = df f

2f

f

d’

O -1

f 1

k

2f

Nhận xét đồ thị:

Với d  0 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' = d df f

2

2

) ( )

(

) (

d f

d

f f

d

df f f d















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 = d d d d df f d d f













2 '

-f

1 k

d 0

-2f

-1 -2f

d’

-2f

d 0

-f

-f

y’ = 0

) (

2 )

(

) ( 2

2

2 2

2















f d

df d f

d

d f d d

 d 0;d2f

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

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 d

cm

d







30

30

;

0 0

t

d t' 30 5





f t

f t f

d

df

d t













5 30

) 5 30 (

'

Quãng đường đi của ảnh:

) (

)

0 t t

d

f t

f t t

f

f

y















5 30

) 5 30 ( 5 30

30

Vận tốc của ảnh:

2

2 '

) 5 30 (

) 5 30 ( 5 ) 5 30 ( 5 ) 5 30 (

5

f t

t f

f f t f

t y

v





















Khi t= 2s, vận tốc đổi chiều, vậy v 0

Thay vào biểu thức (*) suy ra f = 20 cm

Cách 2: Sử dụng đồ thị để giải:

Nếu sử dụng đồ thị ta suy luận đơn giản như sau: cho thấu kính dịch chuyển ra

xa vật thì vận tốc của ảnh đổi chiều khi khoảng cách giữa vật và ảnh là ngắn nhất L= 4f suy ra: d + d df f = 4f (mà d = 40 cm) => f = 20 cm

Ta nhận thấy việc sử dụng đồ thị để suy luận bài toỏn trở nờn ngắn gọn hơn rất nhiều

Vớ dụ 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 tại trung điểm của A và B thì đợc kính phóng đại lên bao nhiêu lần?

Lời giải:

a Vì vật nằm ngoài tiêu điểm của thấu kính hội tụ nên kính cho ảnh thật, nhỡn trờn

đồ thị ta thấy 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 d1 ; d2và d3lần lợt là khoảng cách từ 3 điểm A, B, C đến thấu kính

Ta vận dụng công thức tính độ phóng đại : K f f d



 cho 3 trờng hợp:

Ta có:

2

3

1

f d d

f

f



2

2

2

f d d

f

f



và

2

2 1

f

f d

f

f

K C











(3)

Thay (1);(2) vào (3) ta có: K C  2 , 4

Vậy : Nếu vật ở C thì kính phóng đại lên 2,4 lần

Cú thể sử dụng đồ thị để trả lời một số cõu hỏi trắc nghiệm và giải một số bài tập sau:

Chọn cõu đỳng:

1)Xột ảnh cho bởi thấu kớnh:

A Với thấu kớnh phõn kỳ, vật thật cho ảnh ảo

B Với thấu kớnh hội tụ L, vật cỏch L là d=2f(f là tiờu cụ)thỡ ảnh cũng cỏch L là 2f C.Với thấu kớnh hội tụ, vật thật luụn cho ảnh thật

D.Vật ở tiờu diện vật thỡ cho ảnh ở xa vụ cực

2.Vị trớ của vật và ảnh cho bởi thấu kớnh L

A Cho vật tiến lại gần L, ảnh di chuyển cựng 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 xa 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 hội tụ, ta 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 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 ĐƯỢC:

Năm học 2009, trường tôi 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 quả đạt được cao hơn Đối với những học sinh trung bình 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 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 Thực tế cho thấy, trước khi đưa 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 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 cũng làm rất tốt Tôi nghĩ rằng, việc 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 8 trở lên)

Điểm khá (từ 6,5- 7,5)

Điểm TB (từ 5- 6)

Điểm yếu, kém(dưới 5) Lần 1 0 hs( 0 %) 4 hs(11,11%) 7hs (19,4%) 25hs(69,4%) Lần 2 8 hs (22,22%) 15 hs (41,6%) 10 hs(27,7%) 3hs(8,3%)

IV.KẾT LUẬN:

Trong suốt quá trình giảng dạy từ khi ra trường, là một giáo viên trẻ giàu lòng nhiệt huyết, với mục đích lấy học sinh làm trung tâm nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy tôi đã rất trăn trở tìm ra các biện pháp giảng dạy để các em học sinh dễ dàng nắm vững kiến thức và chủ động tìm tòi hướng giải quyết vấn đề từ đó phát huy khả năng sáng tạo của mình

Năm nay được tổ chuyên môn tin tưởng giao cho viết sáng kiến kinh 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

nghiệm mà bản thân tôi tự đúc rút trong suốt thời gian dạy phần thấu kính lớp 11 ở trường THPT Dương Đình Nghệ Đề tài viết sáng kiến kinh nghiệm rất đa dạng và phong phú, mặc dù phần thấu kính lớp 11 không thi đại học, cao đẳng nhưng bài tập phần này giúp học sinh rèn luyện tốt về khả năng khái quát hóa kiến thức, suy luận lôgic, phán đoán, lập luận và tư duy trừu tượng, phát triển được trí tuệ của học sinh Tôi hi vọng sáng kiến kinh nghiệm của mình sẽ góp một phần nhỏ vào kho sáng kiến kinh nghiệm của đồng nghiệp để giúp cho việc dạy học ngày càng đạt