SKKN Các dạng bài tập về Gương phẳng

Trớc tình hình đó, giáo dục nớc ta hiện nay đặc biệt nhấn mạnh đến việc đổi mới phơng pháp, hình thức tổ chức dạy học theo hớng phát huy tính năng động, sáng tạo của ngời học và phát huy

A - đặt vấn đề.

1 Lí do chọn đề tài

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc là mục tiêu hàng đầu trong đờng lối xây dựng phát triển của nớc ta, "Đến năm 2020 đất nớc ta về cơ bản phải trở thành nớc công nghiệp" Muốn thực hiện thành công sự nghiệp này, chúng ta phải thấy rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn nhân lực con ngời Việt Nam Nền giáo dục của ta không chỉ lo đào tạo cho đủ về số lợng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lợng đào tạo

Trớc tình hình đó, giáo dục nớc ta hiện nay đặc biệt nhấn mạnh đến việc đổi mới phơng pháp, hình thức tổ chức dạy học theo hớng phát huy tính năng động, sáng tạo của ngời học

và phát huy khả năng học tập suốt đời để chủ động tồn tại trong thế giới mới

ở Trờng Trung học cơ sở, đổi mới phơng pháp dạy học nghĩa là tạo mọi điều kiện để học sinh có thể tiếp thu kiến thức một cách tích cực, tự lực và biết vận dụng sáng tạo tri thức

để giải quyết các vấn đề trong học tập và cuộc sống Với tinh thần đó, chúng ta đang thực hiện đổi mới phơng pháp dạy học theo hớng đa học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức

Vật lý là một môn học quan trọng trong hệ thống các môn học ở Trờng THCS Nó cung cấp những kiến thức cơ bản về các hiện tợng vật lý, các khái niệm,các định luật, các thuyết…và góp phần hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh Bài tập vật lý ở THCS

có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc cũng cố, mở rộng, đào sâu, hoàn thiện kiến thức lý thuyết và rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp Tuy nhiên thực tế việc dạy học vật lý và bài tập vật lý ở trờng phổ thông hiện nay vẫn theo phơng pháp truyền thống, cha có phơng pháp cụ thể, đặc trng cho từng loại bài tập Từ đó học sinh tiếp nhận kiến thức một cách thụ động dẫn đến giờ học trở nên nhàm chán

Chính vì vậy chúng ta cần phải liên tục cải tiến và áp dụng sáng tạo các phơng pháp mới vào giảng dạy

Chơng “Quang Học” là một chơng quan trọng trong chơng trình Vật lý lớp 7, Các kiến thức trong phần này sẽ là nền tảng để học sinh tiếp tục tiếp thu các kiến thức mới ở các lớp tiếp theo Do đó việc nghiên cứu, tìm ra biện pháp phù hợp để dạy học có hiệu quả chơng

“Quang Học” (đặc biệt là phần Bài tập Quang Học) là việc làm rất cần thiết

Vì những lí do trên cùng với mong muốn có thể góp phần nâng cao chất lợng dạy học, phù hợp với chính sách đổi mới nội dung và phơng pháp dạy học của Bộ giáo dục, Tôi chọn

đề tài: “ Phân loại bài tập Quang Học Vật lí lớp 7 “

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Phân loại bài tập Quang Học vật lí lớp 7

- Nêu phơng pháp và giải một số bài tập Quang Học lớp 7

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn việc sử dụng bài tập trong dạy học vật lý ở trờng

Trung học cơ sở

- Nghiên cứu nội dung kiến thức chơng “Quang Học” Vật lí 7

- Phân loại các dạng bài tập “Quang Học” lớp 7

- Đề xuất phơng pháp giải một số dạng bài tập “Quang Học” lớp 7

- Giải một số bài tập cơ bản và nâng cao “Quang Học” lớp 7

4 Đối tợng nghiên cứu

6 Phơng pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận

- áp dụng vào thực tiễn giảng dạy

Trong nhiều trờng hợp mặc dù ngời giáo viên đã trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợp lôgích, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác nhng đó chỉ là điều kiện cần chứ cha đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lý dới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện

Vì lẽ đó nên trong quá trình giảng dạy rất cần thiết phải cho học sinh vận dụng lí

thuyết vào làm các bài tập đặc biệt là các bài tập về Quang học Nếu vì một lí do nào đó cho

dù là yếu tố khách quan hay chủ quan mà làm cho học sinh bị hạn chế trong việc giải bài tập Quang học trong môn Vật lí thì Giáo Viên cần chủ động tìm phơng pháp thay thế để gây hứng thú cho học sinh trong quá trình học và làm bài tập

2 Cơ sở thực tiễn.

Qua quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí ở trờng Trung học cơ sở Tôi nhận thấy để giải bài tập Quang học trong bộ môn Vật lí 7 thì Học sinh gặp rất nhiều khó khăn trong việc nhận dạng bài tập để áp dụng phơng pháp giải hợp lí, từ đó dẫn đến Học sinh mất tự tin và thiếu tích cực trong học tập

Trong quá trình giảng dạy bản thân đã đa ra nhiều phơng pháp nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh trong qua trình giải , mỗi phơng pháp đều có những u điểm và nhợc

2

điểm nhất định Nhìn chung đối với học sinh bậc THCS thì vấn đề giải và chữa các bài tập thờng gặp khó khăn vì học sinh cha có kỹ năng nhận dạng bài tập và vận dụng đúng kiến thức Vật lí vào bài tập cụ thể Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hớng rõ ràng, áp dụng máy móc nên nhiều khi giải không hiệu quả

Bản thân tôi là một giáo viên trực tiếp dạy bộ môn vật lí , tôi nhận thấy để giải quyết vấn

đề này thì sau khi cung cấp lí thuyết cho học sinh xong ta nên phân loại bài tập theo dạng cho học sinh, với mỗi dạng thì áp dụng những kiến thức và phơng pháp giải cụ thể

Với tinh thần đó tôi xin trao đổi phơng pháp nói trên thông qua đề tài “ Phân loại bài tập

- Ta nhận biết đợc ánh sáng khi có ánh sáng đi vào mắt ta

- Ta nhìn thấy đợc một vật khi có ánh sáng từ vật đó mang đến mắt ta ánh sáng ấy có thể do vật tự nó phát ra (Nguồn sáng) hoặc hắt lại ánh sáng chiếu vào nó Các vật ấy đợc

gọi là vật sáng.

- Trong môi trờng trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền đi theo 1 đờng thẳng

- Đờng truyền của ánh sáng đợc biểu diễn bằng một đờng thẳng có hớng gọi là tia sáng.

- Nếu nguồn sáng có kích thớc nhỏ, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối

- Nếu nguồn sáng có kích thớc lớn, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối và vùng nửa tối

- Nếu đặt một vật trớc gơng phẳng thì ta quan sát đợc ảnh của vật trong gơng

+ ảnh trong gơng phẳng là ảnh ảo, lớn bằng vật, đối xứng với vật qua gơng

+ Vùng quan sát đợc là vùng chứa các vật nằm trớc gơng mà ta thấy ảnh của các vật

đó khi nhìn vào gơng

+ Vùng quan sát đợc phụ thuộc vào kích thớc của gơng và vị trí đặt mắt

45 0

* Phân loại bài tập.

Loại 1: Bài tập về sự truyền thẳng của ánh sáng.

Ph

ơng pháp giải : Dựa trên định luật truyền thẳng ánh sáng.

Thí dụ 1: Chùm sáng Mặt trời xem là chùm sáng song song chiếu xiên đến mặt đất,

hợp với mặt đất một góc 450 Một cái cọc cắm thẳng đứng trên mặt đất, phần cọc nhô lên trên mặt đất cao 1m Tính độ dài của bóng cái cọc trên mặt đất

Nhận xét: Những tia sáng bị vật chắn lại thì sau vật sẽ tạo thành bóng của vật

Giải

Từ hình vẽ : Gọi chiều cao của cọc trên B

mặt đất là AB ,bóng cái cọc trên mặt đất là AB’

∆ ABB’ có ∠AB’B =450 Nên ⇒

∆ ABB’ cân tại A nên AB’=AB =1m A B’

Vậy độ dài của bóng cái cọc là: AB’ = 1m

Thí dụ 2: Một điểm sáng đặt cách màn 1 khoảng 2m, giữa điểm sáng và màn ngời ta

đặt 1 đĩa chắn sáng hình tròn sao cho đĩa song song với màn và điểm sáng nằm trên trục đi qua tâm và vuông góc với đĩa

a) Tìm đờng kính của bóng đen in trên màn biết đờng kính của đĩa d = 20cm và đĩa cách điểm sáng 50 cm

b) Cần di chuyển đĩa theo phơng vuông góc với màn một đoạn bao nhiêu, theo chiều nào để đờng kính bóng đen giảm đi một nửa?

c) Biết đĩa di chuyển đều với vận tốc v = 2m/s Tìm vận tốc thay đổi đờng kính của bóng đen

d) Giữ nguyên vị trí của đĩa và màn nh câu b thay điểm sáng bằng vật sáng hình cầu ờng kính d1 = 8cm Tìm vị trí đặt vật sáng để đờng kính bóng đen vẫn nh câu a Tìm diện tích của vùng nửa tối xung quanh bóng đen?

B2B'

a) Gọi AB, A’B’ lần lợt là đờng kính của đĩa và của bóng đen Theo định lý Talet ta có:

cm SI

SI AB B A SI

SI B

A

AB

80 50

200 20 ' ' ' ' '

' = ⇒ = = =

b) Gọi A2, B2 lần lợt là trung điểm của I’A’ và I’B’ Để đờng kính bóng đen giảm đi một nửa(tức là A2B2) thì đĩa AB phải nằm ở vị trí A1B1 Vì vậy đĩa AB phải dịch chuyển về phía màn

Theo định lý Talet ta có :

cm SI

B A

B A SI SI

SI B A

B A

100 200 40

20 ' ' 2 2

1 1 1 1 2 2

1

Vậy cần dịch chuyển đĩa một đoạn II1 = SI1 - SI = 100-50 = 50 cm

c) Thời gian để đĩa đi đợc quãng đờng I I1 là:

v’ =

t

B A - B

A ′ ′ 2 2

= 0,80,−250,4 = 1,6m/sd) Gọi CD là đờng kính vật sáng, O là tâm Ta có:

4

1 4

1 80

20

3 3

3 3

3

′ +

A

B A I

3 ′ =

B A

CD MI

MO

3

40 3

100 5

2 5

2 5

2 20

8

3 3

3 3

=> OI3 = MI3 - MO = 20cm

3

60 3

40 3

100 − = =

Vậy đặt vật sáng cách đĩa một khoảng là 20 cm

2 ) 3 , 14 ( 80 40 ) 15080 (I′A −I′A′ = − ≈ cm

B2B’

α βHỡnh 1

Bài tập tham khảo:

Bài 1 Một điểm sáng S cách màn một khoảng cách SH = 1m Tại trung điểm M của

SH ngời ta đặt tấm bìa hình tròn, vuông góc với SH

a - Tính bán kính vùng tối trên màn nếu bán kính bìa là R = 10 cm

b - Thay điểm sáng S bằng một hình sáng hình cầu có bán kính R = 2cm

Tìm bán kính vùng tối và vùng nửa tối

ĐS: a) 20 cm

b) Vùng tối: 18 cm Vùng nửa tối: 4 cm

Bài 2 Một ngời có chiều cao h, đứng ngay dới ngọn đèn treo ở độ cao H (H > h) Ngời

này bớc đi đều với vận tốc v Hãy xác định chuyển động của bóng của đỉnh đầu in trên mặt

đất

ĐS: V = v

h H

H ì

−

Bài 3 Ngời ta dự định mắc 4 bóng đèn tròn ở 4 góc của một trần nhà hình vuông, mỗi

cạnh 4 m và một quạt trần ở đúng giữa trần nhà, quạt trần có sải cánh là 0,8 m (khoảng cách

từ trục đến đầu cánh), biết trần nhà cao 3,2 m tính từ mặt sàn Hãy tính toán thiết kế cách treo quạt trần để khi quạt quay, không có điểm nào trên mặt sàn loang loáng

ĐS: Quạt phải treo cách trần nhà tối đa là 1,15 m

Loại 2: Xác định cách bố trí Gơng phẳng

Thí dụ1 : Tia sáng Mặt Trời nghiêng 1 góc α=480 so với phơng ngang Cần đặt một

g-ơng phẳng nh thế nào để đổi phg-ơng của tia sáng thành phg-ơng nằm ngang?

Nhận xét:

Ta có thể giải bài toán theo các bớc nh sau:

- Xác định góc β, góc hợp bởi tia tới và tia khúc xạ.

- Tia sáng chiếu theo phơng ngang có hai chiều truyền: từ trái sang phải và từ phải sang trái

- Kiến thức giải toán: định luật phản xạ ánh sáng, phép toán đo góc hình học

Giải:

Gọi α,β lần lợt là góc hợp bởi tia sáng mặt

trời với phơng ngang và góc hợp bởi tia tới

với tia phản xạ

6

ờng hợp 2 : Tia sáng truyền theo phơng ngang cho tia

phản xạ từ phải sang trái

Từ hình 4, Ta có: α =β = 480

=>β = 1800 -α = 1800 - 480 = 1320

Dựng phân giác IN của góc β nh hình 5

Dễ dang suy ra: i’ = i = 240

Vì IN là phân giác cũng là pháp tuyến nên ta kẻ đờng thẳng

vuông góc với IN tại I ta sẽ đợc nét gơng PQ nh hình 6

Trờng hợp 1: đặt gơng hợp với phơng ngang 1 góc 240

Trờng hợp 2: đặt gơng hợp với phơng ngang 1 góc 660

Bài tập tham khảo:

Bài 1:

Một tia sáng bất kỳ SI chiếu tới một hệ quang

gồm hai gơng phẳng, sau đó ra khỏi hệ theo

phơng song song và ngợc chiều với tia tới nh

S

N

i i' Hỡnh 3

P

Q

N

i i'

S

I

R Hỡnh 6

P

Q

I J K

1) Nêu cách bố trí hai gơng phẳng trong quang hệ đó.

2) Có thể tịnh tiến tia ló SI ( tức tia tới luôn luôn song song với tia ban đầu) sao cho tia ló JK trùng với tia tới đợc không? Nếu có thì tia tới đi qua vị trí nào của hệ

- Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng

+ Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.

+ Góc phản xạ bằng góc tới.

- Dựa vào tính chất ảnh của vật qua gơng phẳng:

+ Tia phản xạ có đờng kéo dài đi qua ảnh của điểm sáng phát ra tia tới.

Thí dụ 1: Cho hai gơng phẳng G1 và G2 đặt .

song song với nhau (nh hình vẽ) Vẽ đờng đi

của một tia sáng phát ra từ S sau hai lần phản xạ

2 G

O N

M O'

I

J 1 2

2 1

S

K

(G 1 )

I

Nhận xét :

Ta có thể giải bài toán theo các bớc giải bài toán nh sau:

Bớc 1: Xác định liên tiếp các ảnh của S qua hai

gơng (2 ảnh trên gơng G1, 1 ảnh trên gơng G2)

Bớc 2: Vận dụng điều kiện nhìn thấy ảnh để vẽ tia

sáng phản xạ trên các gơng Từ đó xác định điểm cắt nhau trên các gơng

Bớc 3: Từ S nối lần lợt đến các điểm cắt nhau trên

các gơng đến M ta sẽ thu đợc đờng truyền tia sáng cần tìm

Vấn đề cần lu ý:

- Điều kiện nhìn thấy ảnh: Ta nhìn thấy ảnh của vật khi tia

phản xạ lọt vào mắt có đờng kéo dài qua ảnh của vật đó

- Vận dụng tính chất ảnh tạo bởi gơng phẳng để xác định ảnh:

khoảng cách từ ảnh tới gơng bằng khoảng cách từ vật tới gơng

Giải:

Dựng ảnh liên tiếp của S qua (G1 ) và (G2):

Ta có sơ đồ tạo ảnh nh sau:

Phơng pháp vẽ:

Nối M với S3 cắt G1 tại K

Nối K với S2 cắt G2 tại I

Nối I với S1 cắt G1 tại H

Nối S, H, I, K, M (nh hình vẽ )ta đợc đờng đi của tia sáng từ S tới M

3(

G

a,b) Gọi A’ là ảnh của A qua M, B’ là ảnh của B qua N

Tia phản xạ từ I qua (M) phải có đờng kéo dài đi qua A’ Để tia phản xạ qua (N) ở J đi qua điểm B thì tia tới tại J phải có đờng kéo dài đi qua B’ Từ đó trong cả hai trờng hợp của

α ta có cách vẽ sau:

- Dựng ảnh A’ của A qua (M) (A’ đối xứng A qua (M)

- Dựng ảnh B’ của B qua (N) (B’ đối xứng B qua (N)

- Nối A’B’ cắt (M) và (N) lần lợt tại I và J

- Tia A IJB là tia cần vẽ

c) Đối với hai điểm A, B cho trớc Bài toán chỉ vẽ đợc khi A’B’ cắt cả hai gơng (M) và(N)

(Chú ý: Đối với bài toán dạng này ta còn có cách vẽ khác là:

- Dựng ảnh A’ của A qua (M)

- Dựng ảnh A’’ của A’ qua (N)

- Nối A’’B cắt (N) tại J

- Nối JA’ cắt (M) tại I

- Tia AIJB là tia cần vẽ

Thí dụ 3: Hai gơng phẳng (M) và (N) đặt song song quay mặt phản xạ vào nhau và

cách nhau một khoảng AB = d Trên đoạn thẳng AB có đặt một điểm sáng S cách gơng (M) một đoạn SA = a Xét một điểm O nằm trên đờng thẳng đi qua S và vuông góc với AB có khoảng cách OS = h

a) Vẽ đờng đi của một tia sáng xuất phát từ S phản xạ trên gơng (N) tại I và truyền qua O

10

A’

A B

(M)

(N)

A’

A B

b) Vẽ đờng đi của một tia sáng xuất phát từ S phản xạ lần lợt trên gơng (N) tại H, trên gơng (M) tại K rồi truyền qua O.

c) Tính các khoảng cách từ I, K, H tới AB

Giải

a) Vẽ đờng đi của tia SIO

- Vì tia phản xạ từ IO phải có đờng kéo dài đi qua S’ (là ảnh của S qua (N)

- Cách vẽ: Lấy S’ đối xứng với S qua (N) Nối S’O’ cắt (N) tại I Tia SIO là tia sáng cần vẽ.

b) Vẽ đờng đi của tia sáng SHKO

- Đối với gơng (N) tia phản xạ HK phải có đờng kéo dài đi qua ảnh S’ của S qua (N)

- Đối với gơng (M) để tia phản xạ từ KO đi qua O thì tia tới HK phải có đờng kéo dài đi qua

ảnh O’ của O qua (M)

h

OS =

Vì HB //O’C =>

C S

BS C O

BS

2 '

' ' = −

d

a d h d

a d a d

a d HB B S

A S AK A

S

B S AK

HB

2

2 2

) ( ) 2 (

a) Vẽ đờng đi của một tia sáng (trên mặt phẳng giấy vẽ)

đi từ ngoài vào lỗ A sau khi phản xạ lần lợt trên các gơng

G2 ; G3; G4 rồi lại qua lỗ A đi ra ngoài

b) Tính đờng đi của tia sáng trong trờng hợp nói trên

Quãng đờng đi có phụ thuộc vào vị trí lỗ A hay không

Giải

a) Vẽ đờng đi tia sáng

- Tia tới G2 là AI1 cho tia phản xạ I1I2 có đờng kéo dài đi qua A2 (là ảnh A qua G2 )

- Tia tới G3 là I1I2 cho tia phản xạ I2I3 có đờng kéo dài đi qua A4 (là ảnh A2 qua G3)

- Tia tới G4 là I2I3 cho tia phản xạ I3A có đờng kéo dài đi qua A6 (là ảnh A4 qua G4)

Mặt khác để tia phản xạ I3A đi qua đúng điểm A thì tia tới I2I3 phải có đờng kéo dài đi qua A3 (là ảnh của A qua G4)

Muốn tia I2I3 có đờng kéo dài đi qua A3 thì tia tới gơng G3 là I1I2 phải có đờng kéo dài

đi qua A5 (là ảnh của A3 qua G3)

Cách vẽ:

Lấy A2 đối xứng với A qua G2; A3 đối xứng với A qua G4

Lấy A4 đối xứng với A2 qua G3; A6 Đối xứng với A4 qua G4

A

I1

I 2

I 3

A 3

A

A5A 6