skkn phân loại và cách giải baì tập thấu kính đơn

Sáng kiến kinh nghiệm Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 1- SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh. Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH ĐƠN Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: Vật lý  - Lĩnh vực khác: .  Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN  Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác (các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm) Năm học: 2013 - 2014 Sáng kiến kinh nghiệm SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: Phạm Ngọc Anh 2. Ngày tháng năm sinh: 11 / 08 / 1968 3. Nam, nữ: Nữ 4. Địa chỉ: 28/20B – KP 6 – Tam Hiệp – Biên Hòa – Đồng Nai 5. Điện thoại: (CQ): 0613834289 ; ĐTDĐ: 01686780125 6. Fax: E-mail: ngocanh@nhc.edu.vn 7. Chức vụ: Giáo viên 8. Nhiệm vụ được giao: - Dạy Vật lý lớp 12A3, lớp 12A4, lớp 10A4, lớp 10A9. - Chủ nhiệm lớp 10A9 9. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 1990 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy Số năm có kinh nghiệm: 14 - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây: + Phân loại và cách giải một số bài toán về quang sóng năm 2010 ( cùng Nguyễn Trường Sơn, Nguyễn Thị Thùy Dương, Hà Tân Hòa ) + Cách giải bài toán về chuyển động của một vật trên mặt phẳng nghiêng – năm 2011 + Phân loại và cách giải một số bài toán về giao thoa ánh sáng với khe Young (I- âng) năm 2012 Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 2- BM02-LLKHSKKN Phân loại dạng bài tập: cách giải và ví dụ kèm theo cho mỗi dạng bài tập về thấu kính đơn. Một số bài tập luyện tập áp dụng các cách giải trên. Sáng kiến kinh nghiệm SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH ĐƠN Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 3- TÓM TẮT NỘI DUNG Sáng kiến kinh nghiệm I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI : Môn Vật lý nghiên cứu những sự vật, hiện tượng xảy ra hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn. Mục tiêu giảng dạy Vật lý ở trường Trung học phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức Vật lý cơ bản và nguyên tắc của những ứng dụng Vật lý trong sản xuất và đời sống; giúp các em lĩnh hội kiến thức có hiệu quả và tạo cho các em sự hứng thú học tập môn Vật lý, lòng yêu thích khoa học, tính trung thực khoa học và sẵn sàng áp dụng những kiến thức Vật lý vào thực tế cuộc sống. Do thời gian trong mỗi tiết học lý thuyết có hạn nên học sinh cùng một lúc vừa quan sát hiện tượng vừa khái quát rồi ghi nhớ và vận dụng những kiến thức tiếp thu được để giải các bài tập. Trong phân phối chương trình số tiết bài tập lại hơi ít nên đa phần các em chỉ tiếp thu được một phần lý thuyết mà không có điều kiện vận dụng luyện tập ngay tại lớp vì vậy khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết giải thế nào dần dần trở thụ động trong giờ bài tập. Vậy phải làm thế nào để giúp học sinh vượt qua những khó khăn khi học và làm bài tập Vật lý? Có rất nhiều biện pháp được giáo viên sử dụng phối hợp nhằm tạo ra hứng thú, khắc sâu kiến thức cho học sinh giúp các em học tốt môn Vật lý, biện pháp không thể thiếu được trong quá trình giảng dạy đó là tổng hợp kiến thức để phân loại các dạng bài tập trong từng chương, đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho mỗi dạng bài. Cách làm này giúp các em học sinh củng cố kiến thức và chủ động tìm ra cách giải nhanh nhất, hiệu quả nhất khi làm bài tập. Xuất phát từ thực tế trên, với một số kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy và qua tham khảo một số tài liệu, tôi chọn đề tài “PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH ĐƠN” với mong muốn giúp các em học sinh có thể có được những kiến thức cơ bản để giải được các bài toán về thấu kính đơn nói riêng và giải được các bài toán về hệ thấu kính, các dụng cụ quang nói chung một cách chủ động nhất. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 4- Sáng kiến kinh nghiệm II. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN Bài tập về thấu kính đơn được đưa ra trong sách Bài tập Vật lý 12 (chương trình cải cách), sách giáo khoa Vật lý 11 ( bài 48 – chương trình nâng cao; bài 29 – chương trình chuẩn), sách Bài tập Vật lý 11 (chương trình chuẩn và nâng cao) và ở một số sách tham khảo. Một số tài liệu tham khảo đưa ra bài toán dạng này: - Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán vật lý sơ cấp – Vũ Thanh Khiết - Tuyển tập các bài toán vật lý luyện thi 12 – đại học và cao đẳng – Lê Văn Thông - Ôn thi đại học môn vật lý – Trần Trọng Hưng Nhưng các các dạng bài tập cơ bản chưa tổng hợp, phân loại cụ thể mà thường là đi sâu vào một vài dạng bài, ví dụ minh họa cho các dạng bài cụ thể chưa chi tiết. Số tiết bài tập vận dụng trên lớp thực hiện theo Phân phối chương trình không nhiều ( vế thấu kính đơn chỉ có 1 tiết ) nên học sinh không được luyện tập nhiều bài tập dạng này. Để hiểu và giải quyết các bài tập vế thấu kính một cách nhanh chóng yêu cầu học sinh phải nắm vững các kiến thức về thấu kính, bao gồm đường đi của tia sáng qua thấu kính, cách dựng hình, các công thức của thấu kính, cách nhận biết loại thấu kính, tính chất vật ảnh cho bởi từng loại thấu kính Tuy nhiên qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy đa số học sinh chỉ làm được các bài tập áp dụng công thức thấu kính theo Sách giáo khoa, mà đôi khi còn nhầm dấu các đại lượng. Theo kinh nghiệm bản thân: điều đầu tiên giáo viên phải làm là tạo thái độ và động cơ học tập đúng đắn, tích cực cho học sinh, để có được điều này thì giáo viên phải giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, biết phân loại và phương pháp giải bài tập phù hợp. Nó chẳng những làm cho giờ học thêm sinh động, hấp dẫn, thu hút được sự chú ý của học sinh mà còn giúp học sinh có thể dễ dàng hơn trong việc tiếp thu với các kiến thức đã học. Từ đó giúp cho việc kiểm tra đánh giá học sinh được thực hiện dễ dàng hơn và nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy. Trong bài viết này tôi đưa ra cách phân loại một số dạng bài tập cơ bản về thấu kính đơn ( chỉ xét với vật thật ) và ví dụ cho mỗi dạng bài cụ thể. Tập trung vào các dạng cơ bản sau: 1. Dạng 1: Bài toán vẽ đối với thấu kính Dạng 2: Bài toán xác định vị trí, tính chất và mối quan hệ giữa vật và ảnh Dạng 3. Bài toán xác định tiêu cự của thấu kính Còn dạng 4: Bài toán về độ dời vật và độ dời ảnh qua thấu kính: tôi đã trình bày trong Sáng kiến kinh nghiệm PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ ĐỘ DỜI CỦA VẬT VÀ ĐỘ DỜI CỦA ẢNH QUA THẤU KÍNH viết năm 2008 nên không đưa vào trong bài viết này. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 5- Sáng kiến kinh nghiệm Nội dung những kinh nghiệm trình bày trong bài viết này tôi đã thực hiện trong quá trình giảng dạy lớp 11 và bồi dưỡng học sinh giỏi tại trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh trong năm học 2011-2012 và 2012-2013 thấy chất lượng học tập của các em tăng rõ rệt. III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP Phần A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT: 1. Các công thức về thấu kính: a. Tiêu cự - Độ tụ - Tiêu cự là độ dài đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểm chính với quy ước: f > 0 với thấu kính hội tụ. f < 0 với thấu kính phân kì. (|f| = OF = OF’) - Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi độ tụ D xác định bởi: ) 11 )(1( 1 21 RRn n f D mt tk +−== (f : mét (m); D: điốp (dp)) (R > 0 : mặt lồi./ R < 0 : mặt lõm. /R = ∞: mặt phẳng ) b. Công thức thấu kính * Công thức về vị trí ảnh - vật: ' 111 ddf += Với d là độ dài đại số của khoảng cách từ vật đến thấu kính d’ là độ dài đại số của khoảng cách từ ảnh đến thấu kính d > 0 nếu vật thật d < 0 nếu vật ảo d’ > 0 nếu ảnh thật d' < 0 nếu ảnh ảo * Công thức về hệ số phóng đại ảnh: d d k ' −= ; AB BA k '' = (k > 0: ảnh, vật cùng chiều; k < 0: ảnh, vật ngược chiều.) ( | k | > 1: ảnh cao hơn vật, | k | < 1: ảnh thấp hơn vật ) * Hệ quả: fd df d − =' ; fd fd d − = ' ' ; ' '. dd dd f + = ; f df df f k '− = − = Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 6- Sáng kiến kinh nghiệm * Khoảng cách ảnh – vật: L , với L = d + d’ 2. Quan hệ giữa vật thật và ảnh qua thấu kính: Ảnh thật ngược chiều vật thật, ảnh và vật nằm hai bên thấu kính; ảnh ảo cùng chiều với vật thật, ảnh và vật nằm cùng bên của thấu kính. Bảng tóm tắt các trường hợp tạo ảnh bởi thấu kính (chỉ xét đối với vật thật) Loại thấu kính Vị trí vật Tính chất ảnh Kích thước và vị trí ảnh Thấu kính hội tụ Vật ở ngoài I (d>2f ) Ảnh thật nhỏ hơn vật, gần thấu kính hơn vật Vật ở I (d=2f) Ảnh thật bằng vật, cách thấu kính một khoảng bằng khoảng cách từ thấu kính đến vật Vật ở trong khoảng FI (f<d<2f) Ảnh thật lớn hơn vật, xa thấu kính hơn vật Vật ở F ( d=f) Ảnh hiện ở vô cực Vật ở trong khoảng OF (0<d<f) Ảnh ảo lớn hơn vật, xa thấu kính hơn vật Thấu kính phân kỳ Vật thật Ảnh ảo nhỏ hơn vật, gần thấu kính hơn vật 3. Chiều di chuyển của ảnh so với vật d và d’ là khoảng cách từ vật và từ ảnh đến thấu kính. Ta có: fd df d − =' Để khảo sát sự biến thiên của d’ theo d. Ta có đạo hàm của d’ theo d: [ ] ( ) 2 2 '' fd f d − −= Nhận xét: [ ] 0'' <d 0 ' < ∆ ∆ ⇒ d d nên d’ nghịch biến với d vì vậy khi thấu kính cố định thì ảnh và vật luôn chuyển động cùng chiều. Phần B. PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP CƠ BẢN VỀ THẤU KÍNH ĐƠN Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 7- 'F 'F O 'F 'II F O A B C x y A B C x y Sáng kiến kinh nghiệm ( CÓ BÀI TẬP VÍ DỤ KÈM THEO MỖI DẠNG ) Dạng 1: Bài toán vẽ đối với thấu kính Cách giải: Sử dụng các tia sáng: 1. Tia truyền thẳng từ vật đến ảnh cắt trục chính tại quang tâm O 2. Tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh chính F’ 3. Tia tới có phương qua tiêu điểm vật chính F thì tia ló song song với trục chính. 4. Tia tới song song với trục phụ thì tia ló có phương đi qua tiêu điểm ảnh phụ F n ’ Ví dụ 1.1 Trong các hình sau đây xy là trục chính của thấu kính, ABC là đường đi của một tia sáng qua thấu kính. Hãy xác định: a. Loại thấu kính. b. Quang tâm O và các tiêu điểm chính F và F’ bằng phép vẽ . Giải Trường hợp 1: a. Do tia ló lệch về gần trục chính nên thấu kính là thấu kính hội tụ. b. - Kẻ xyBO ⊥ . O chính là quang tâm của thấu kính. - Kẻ đường thẳng d//AB. Giao điểm của d với BC chính là tiêu điểm ảnh phụ F 1 ’. Hạ xyFF ⊥'' 1 . F’ là tiêu điểm ảnh chính. - Lấy F đối xứng với F’ qua O. F là tiêu điểm vật chính. Trường hợp 2: a. Do tia ló lệch ra xa trục chính nên thấu kính là thấu kính phân kỳ. b. Cách xác định quang tâm O và các tiêu điểm chính F và F’ tương tự như ở trường hợp 1 - Kẻ xyBO ⊥ . O chính là quang tâm của thấu kính. - Kẻ đường thẳng d//AB. Giao điểm của d với BC chính là tiêu điểm ảnh phụ F 1 ’. Hạ xyFF ⊥'' 1 . F’ là tiêu điểm ảnh chính. Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 8- A B C x y O 'F ' 1 F d F A B C x y O 'F ' 1 F d F Sáng kiến kinh nghiệm - Lấy F đối xứng với F’ qua O. F là tiêu điểm vật chính. Ví dụ 1.2 Trong các hình sau đây xy là trục chính của thấu kính, S là điểm sáng, S’ là điểm ảnh của S. Bằng phép vẽ hãy xác định tiêu điểm chính F và F’. Sau đó cho biết đó là thấu kính gì? Giải Từ đặc điểm đường đi của các tia sáng qua thấu kính, giả sử đã xác định được quang tâm và các tiêu điểm chính F và F’ thì: - O, S, S’ thẳng hàng. - Điểm tới I ( của tia tới SI song song với trục chính ), F’ và F thẳng hàng. - F và F’ đối xứng nhau qua quang tâm O. + Ta suy ra phép vẽ: - Kẻ đường SS’ cắt đường xy tại O, đó là quang tâm. - Dựng thấu kính L qua O và vuông góc với trục chính xy. - Kẻ tia tới SI song song với xy. Kẻ IS’cắt Sy tại F’, đó là tiêu điểm ảnh chính F’. - Lấy F đối xứng F’ qua O đó là tiêu điểm vật chính F + Loại thấu kính: Trường hợp 1: là thấu kính phân kỳ vì ảnh ảo S’ ( S’ là ảnh ảo vì S’ ở cùng phía trục chính với S ) gần trục chính hơn vật. Trường hợp 2: là thấu kính hội tụ vì ảnh ảo S’ ( S’ là ảnh ảo vì S’ ở cùng phía trục chính với S ) xa trục chính hơn vật. Trường hợp 3: là thấu kính hội tụ vì S’ là ảnh thật ( S’ là ảnh thật vì S’ ở khác phía trục chính với S ) Dạng 2: Xác định vị trí, tính chất và mối quan hệ giữa vật và ảnh: Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 9- 'F F )1( x y S 'S x y S 'S x y S 'S )2( )3( S 'S x y O 'F F O 'F F x y 'S S x y S 'S )1( )2( )3( Sáng kiến kinh nghiệm 2.1. Xác định vị trí, tính chất và số phóng đại ảnh khi biết độ tụ hoặc tiêu cự thấu kính và vị trí vật: Biết D hoặc f và d, tìm d’ và k Cách giải: giải phương trình. fd fd d − = . ' suy ra vị trí và tính chất ảnh df f k − = rồi suy ra chiều cao của vật AB= ABk . Ví dụ 2.1.1: Cho thấu kính có độ tụ 25 3 đp. Vật sáng AB là một đoạn thẳng dài 1cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính, cách thấu kính 18cm. Hãy xác định vị trí ảnh, tính chất và độ cao ảnh. Giải 1 0,12 12f m cm D = = = 036 1218 12.18. ' >= − = − = cm fd fd d cmABkBA df f k 21.2.''2 1812 12 =−==⇒−= − = − = Vậy ảnh là ảnh thật cao 2cm cách thấu kính 36cm Ví dụ 2.1.2: Cho thấu kính phân kỳ có tiêu cự 10cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vuông góc trục chính của thấu kính, cách thấu kính 20cm. Hãy xác định vị trí, tính chất ảnh và số phóng đại ảnh. Giải 0 3 20 1020 )10.(20. ' <−= + − = − = cm fd fd d 3 1 2010 10 = −− − = − = df f k Ảnh ảo trước thấu kính, cách thấu kính cm 3 20 , cao bằng 3 1 vật 2.2 Xác định vị trí vật, vị trí ảnh khi biết tiêu cự thấu kính và số phóng đại ảnh Biết f và k, tìm d và d’ Cách giải: Từ công thức: ; ' . f f k d f d k d f d k = ⇒ = − = − − Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh - 10- [...]...  Vậy: - vật thật đặt cách thấu kính 30cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 60cm - vật thật đặt cách thấu kính 60cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 30cm - vật thật đặt cách thấu kính 16,85cm cho ảnh ảo trước thấu kính, cách thấu kính 106,85cm Ví dụ 2.3.2 Vật phẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kỳ tiêu cự bằng 24cm cho ảnh A’B’ cách vật 21,6cm Xác định... định tiêu cự của thấu kính 3.1 Xác định độ tụ, tiêu cự thấu kính khi biết chiết suất và bán kính các mặt thấu kính Biết bán kính R1, R2 của các mặt thấu kính và chiết suất thấu kính tính f, D Cách giải: D = 1 1 1  = ( n − 1)  +  R R  f 2   1 Với n: chiết suất thấu kính ( chiết suất tỷ đối của chất làm thấu kính với môi n tk trường n = n ) mt R1 và R2 là bán kính các mặt thấu kính ( mặt cầu lồi... −0,85m 0 khi ảnh là ảnh ảo qua thấu kính phân kỳ và ảnh thật qua thấu kính hội tụ L . thật đặt cách thấu kính 30cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 60cm. - vật thật đặt cách thấu kính 60cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 30cm. - vật thật đặt cách thấu kính 16,85cm. bài tập: cách giải và ví dụ kèm theo cho mỗi dạng bài tập về thấu kính đơn. Một số bài tập luyện tập áp dụng các cách giải trên. Sáng kiến kinh nghiệm SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI. − Vật cách thấu kính 12cm cho ảnh ảo cách thấu kính 6cm 2.3. Xác định vị trí vật và ảnh khi biết tiêu cự của thấu kính và khoảng cách ảnh – vật Biết tiêu cự f của thấu kính và khoảng cách ảnh