PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP THẤU KÍNH VẬT LÝ 9. I/ ĐẶT VẤN ĐỀ: Các bài tập về thấu kính trong chương trình học kỳ II Vật lý lớp 9 là một nội dung rất phức tạp, khó tiếp thu, khó vận dụng đối với học sinh. Trong quá trình giảng dạy, tôi luôn muốn tìm biện pháp làm giảm đi tính phức tạp cho các bài tập về thấu kính, tìm ra những cách giải mới, phù hợp, đơn giản, dễ hiểu, dễ nhớ, không nặng nề thuật toán để học sinh học có hiệu quả hơn ở phần này. Sau một số năm “xé rào” để vận dụng, tôi nhận ra hiệu quả mà cách giải mới của mình mang lại. Gọi là “xé rào” vì tôi đã sử dụng cách vẽ hình khác sách giáo viên và thậm chí dạy bổ sung những kiến thức mà sách giáo khoa không có. Nay tôi viết sáng kiến kinh nghiệm này những mong nó có thể được phổ biến rộng rãi, trước là để nhận sự góp ý, sau là để góp sức giúp môn Vật lý ngày càng trở nên hấp dẫn, nhẹ nhàng, kích thích niềm say mê của học sinh. II/ THỰC TRẠNG: Khi làm bài tập thấu kính của chương trình Vật lý 9, học sinh vấp phải 2 khó khăn lớn. Khó khăn thứ nhất là không vẽ đúng hình. Khó khăn thứ hai là không biết chọn cặp tam giác đồng dạng để giải bài tập hoặc có chọn được cặp tam giác thì cũng hẳn đã liên kết các cặp tam giác với nhau được, cứ loay hoay mất nhiều thời gian. Khó khăn thứ nhất có thể giải quyết tốt khi giáo viên giảng dạy kỹ phần lý thuyết và cho học sinh vẽ các tia đặc biệt nhiều lần. Nhưng khó khăn thứ hai lại không dễ giải quyết bởi chúng có quan hệ với kiến thức hình học lớp 8 phần tam giác đồng dạng, mặt khác lại đòi hỏi khả năng quan sát, tư duy cao. Thời lượng môn Vật lý không cho phép luyện tập nhiều để học sinh nhớ lại kiến thức toán học của năm học trước. Do đó, tôi muốn tìm ra những cách giải mà hàm lượng toán học phải sử dụng là tối thiểu để học sinh có thể sử dụng tốt nhất, hiệu quả nhất. III/ NỘI DUNG: 1) Các bài toán dạng thuận: Ảnh tạo bởi thấu kính gồm 3 dạng: - Thấu kính hội tụ cho ảnh thật - Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo - Thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo Tương ứng với 3 dạng ảnh đó là 3 bài tập như sau: BÀI TẬP 1: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 15cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh BÀI TẬP 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 10cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh BÀI TẬP 3: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính phân kỳ, cách thấu kính 10cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh Những bài tập trên là những bài tập mà tôi tạm gọi là “các bài tập dạng thuận”, khác với các bài dạng nghịch là từ ảnh yêu cầu tìm ra kích thước, vị trí của vật. Những bài dạng thuận là những bài căn bản nhất mà học sinh buộc phải nắm được trước khi đi vào các dạng bài tập khác hoặc bài tập nâng cao. Để giải bài tập này, học sinh phải sử dụng 2 trong số 3 tia đặc biệt để dựng ảnh trên hình vẽ rồi sau đó sử dụng các công thức toán học nhằm tìm ra lời giải đáp. Mấu chốt là ở chỗ học sinh sẽ sử dụng 2 tia sáng nào, xét cặp tam giác đồng dạng có phù hợp hay không? Theo sách giáo viên thì hầu như chỉ có 1 cách dựng ảnh, đó là sử dụng tia sáng đi qua quang tâm O của thấu kính và tia sáng song song với trục chính. Đa số giáo viên đều sử dụng cách dựng ảnh đó và dẫn đến cách giải khá phức tạp với học sinh. Cụ thể như sau: BÀI TẬP 1: 6 15 10 6.10 12( ) 10 5 12 à OI=AB=6cm 12 10 6.( 10) 12.10 30 6 10 AB AF ABF OHF OH OF OH cm OH A B OH cm A B A F A B F OIF m OI OF OA OA OA cm ∆ ∆ ⇒ = − ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ⇒ = = ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ∆ ∆ ⇒ = ′ ′ − ′ ′ ⇒ = ⇒ − = ⇒ = : : BÀI TẬP 2: (1) ' ' (2) ' ' ' 15 10 à ' 15 ' ' 15. ' 10.(15 ') 5. 150 ' 30 F O OI F OI F A B F A A B OA AB OAB OA B OA A B F O OA m OI AB F A OA OA OA OA OA OA OA cm ′ ′ ′ ′ ′ ∆ ∆ ⇒ = ′ ′ ′ ′ ∆ ∆ ⇒ = ′ = ⇒ = ⇒ = ′ ′ + ′ ⇒ = + ⇒ = ⇒ = : : Thế vào (2) => 10 6 30.6 ' ' 18( ) 30 ' ' 10 A B cm A B = ⇒ = = H I F’ F ∆ A B’ ” A' B BÀI TẬP 3: (1) (2) à 15 15. 10(15 ) 15 10 25 150 6( ) F A A B F A B F OI F O OI OA A B OA B OAB OA AB F A OA OF OA OA m OI AB F O OA OF OA OA OA OA OA OA OA cm ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ∆ ∆ ⇒ = ′ ′ ′ ′ ′ ′ ∆ ∆ ⇒ = ′ ′ ′ ′ ′ ′ − = ⇒ = ⇒ = ′ ′ ′ ′ − ′ ′ ⇒ = ⇒ = − ′ ′ ⇒ = ⇒ = : : Thế vào (2) 10 6 6.6 3,6( ) 6 10 OA AB A B cm OA A B A B ′ ′ ⇒ = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ ′ ′ Qua một thời gian giảng dạy, tôi nhận thấy với cách làm trên học sinh có thể vẽ hình rất dễ dàng nhưng lúng túng ở mặt tính toán vì các bước giải nhiều, gồm có 2 mấu chốt chính, đó là bắt cầu giữa 2 cặp tỷ lệ và giải phương trình để tìm ra các số liệu của ảnh mà đề bài yêu cầu. Do đó, tôi chọn lựa cách vẽ ảnh bao gồm 2 tia, một tia qua quang tâm O và một tia đi qua tiêu điểm. Cụ thể cách làm của tôi như sau: BÀI TẬP 1: FA = OA - OF = 15 – 10 = 5 cm ΔFAB~ΔFOI => 5 6 10.6 12 10 5 FA AB OI cm FO OI OI = ⇒ = ⇒ = = Ta có: A’B’ = OI = 12 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => 15 6 15.12 30 12 6 OA AB OA cm OA A B OA ′ = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ ′ BÀI TẬP 2: FA = OF - OA = 15 – 10 = 5 cm ΔFAB~ΔFOI => 5 6 15.6 18 15 5 FA AB OI cm FO OI OI = ⇒ = ⇒ = = Ta có: A’B’ = OI = 18 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => 10 6 18.10 30 18 6 OA AB OA cm OA A B OA ′ = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ ′ I A' F A ∆ B B’ ” BÀI TẬP 3: F’A = OF’ + OA = 15 + 10 = 25 cm ΔF’AB~ΔF’OI => 25 6 15.6 3,6 15 25 F A AB OI cm F O OI OI ′ = ⇒ = ⇒ = = ′ Ta có: A’B’ = OI = 3,6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => 10 6 3,6.10 6 3,6 6 OA AB OA cm OA A B OA ′ = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ ′ Như vậy, cách giải của tôi chỉ có một phương pháp duy nhất cho cả 3 dạng tạo ảnh của thấu kính. Tuy vậy, khuyết điểm của nó là vẽ hình tương đối phức tạp hơn, chưa kể tia sáng đi qua tiêu điểm cho tia ló song song trục chính của thấu kính phân kỳ không nằm trong sách giáo khoa. Sau một thời gian nghiên cứu, tôi có những nhận định sau về cách giải của mình: - Cách vẽ hình khó nhưng không phải vì vậy mà bỏ qua các tia này, như vậy sẽ dẫn đến học lệch, cứ chọn cách vẽ dễ nhất, học sinh sẽ không có khả năng vẽ các tia khó, sau này khi học lên cấp III, các em sẽ rất vất vả khi phải học vẽ lại các tia này. - Tia sáng qua tiêu điểm F của thấu kính phân kỳ có nêu ra trong sách giáo viên và được chú thích rằng có thể giảng dạy nếu đó là lớp học sinh khá, giỏi. Do đó, tôi đã giảng thêm tia sáng này vào trong bài “Thấu kính phân kỳ” theo cách mà chẳng những không làm nặng nề thêm cho bài học mà còn giúp cho bài học đầy đủ và dễ thực hiện hơn. Một trong số những tiết đó đã được thầy Hiệu phó trường THCS Quy Đức dự, hoàn toàn không phải nhận ý kiến phản đối nào. O A B F A ' B ' I F ' O c ó m ột ∆ I B B ' A ' A Do đó, tôi xác định phương pháp vẽ hình và làm các bài tập dạng thuận như vậy là phù hợp với học sinh, không đi quá xa chương trình học, cũng như giúp học sinh không học lệch. 2) Các bài toán dạng nghịch: Trong khi thực hiện sáng kiến kinh nghiệm này, tôi phát hiện ra những bài toán dạng nghịch, nghĩa là bài toán cho biết tiêu cự của thấu kính và ảnh qua thấu kính, đòi hỏi tìm ra kích thước và vị trí của vật cũng có thể dùng một cách giải đơn giản. Điều thú vị là cách giải này lại dựa trên cách vẽ hình mà sách giáo viên hướng dẫn để giải các bài toán dạng thuận. Khi dạy cho học sinh cả 2 dạng bài tập thuận và nghịch, là đã dạy cho các em vẽ đủ 3 tia sáng, không sợ học sinh quên mất cách vẽ tia sáng nào. Các bài tập cụ thể và cách giải của chúng như sau: BÀI TẬP 1: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh thật cao 12 cm, cách thấu kính 30 cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. Xác định kích thước và vị trí của vật. Cách giải: FA’ = OA’ - OF = 30– 10 = 20 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => ' ' ' ' 20 12 10.12 6 ' 10 20 F A A B OI cm F O OI OI = ⇒ = ⇒ = = Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => 6 30.6 15 30 12 12 OA AB OA OA cm OA A B = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ BÀI TẬP 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh ảo cao 18cm, cách thấu kính 30cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. Xác định kích thước và vị trí của ảnh Cách giải: F’A’ = OF’ + OA’ = 15 + 30 = 45 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => ' ' ' ' 45 18 15.18 6 ' 15 45 F A A B OI cm F O OI OI = ⇒ = ⇒ = = Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => 6 30.6 10 30 18 18 OA AB OA OA cm OA A B = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ BÀI TẬP 3: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính phân kỳ, cho ảnh cao 3,6 cm và cách thấu kính 6cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. Xác định kích thước và vị trí của ảnh Cách giải: F’A’ = OF’ – OA’ = 15 – 6 = 9 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => ' ' 9 3,6 15.3,6 6 15 9 F A A B OI cm F O OI OI ′ = ⇒ = ⇒ = = ′ Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’=> 6 6.6 10 6 3,6 3,6 OA AB OA OA cm OA A B = ⇒ = ⇒ = = ′ ′ ′ IV/KẾT QUẢ: - Trên 90% học sinh làm tốt các bài toán dạng thuận và cả dạng nghịch, nghĩa là biết vẽ hình và chọn cặp tam giác thích hợp để làm bài. - 100% các tiết dạy bài “Thấu kính phân kỳ” đều không bị “cháy giáo án” do dạy thêm tia đặc biệt thứ ba. - Từ khi giới thiệu cách giải này với đồng nghiệp cùng trường và cùng nhau áp dụng, tỷ lệ học sinh đạt trên trung bình và có điểm khá giỏi Vật lý 9 luôn cao, cụ thể như sau: Năm học Điểm bài kiểm tra 1 tiết Điểm bài thi học kỳ II Điểm trung bình bộ môn học kỳ II Trên TB Giỏi Trên TB Giỏi Trên TB Giỏi 2008 – 2009 99.4% 59.8% 86% 36% 98.8% 42.1% 2009 – 2010 96.1% 71% 89% 28% 99.5% 56% 2010 - 2011 93.9% 51.8% X X X X - Bản thân tôi đã mạnh dạn giới thiệu cách làm này đến với đồng nghiệp của mình mỗi khi có thể. Khi đang học đại học hóa, tôi chia sẻ với cô Lê Thị Bạch Tuyết ở trường THCS Hưng Long, được sự ủng hộ của cô và từ đó cô áp dụng phương pháp trên cho học sinh ở trường Hưng Long với nhiều kết quả rất cao. Trong chuyên đề vừa qua của giáo viên Vật lý Cụm 1, tôi nhận được sự đồng thuận của mọi đồng nghiệp trong cụm đối với cách giải mới. Qua đó cho thấy đây là phương pháp phù hợp với học sinh. V/ BÀI HỌC KINH NGHIỆM: Bản thân tôi ngoài giờ lên lớp chính khóa của mình đã kiếm thêm thu nhập bằng cách đi dạy kèm tại nhà những học sinh bên ngoài trường mình. Qua đó, tôi được cọ xát với nhiều dạng bài tập, được biết nhiều cách giải của các giáo viên vật lý trường khác, quận khác. Điều tôi rút ra trong phần giải bài tập này đó là đa số giáo viên dạy y như trong sách giáo khoa, cách vẽ hình, cách giải giống hệt trong sách giáo viên. Tất cả mọi phương pháp khác lạ ( như của tôi) đều bị gạch bỏ và cho điểm “00” không thương tiếc. Đây là một thực trạng rất đáng báo động bởi chẳng những học sinh “học vẹt” mà giáo viên cũng “dạy như vẹt”. Tôi đã từng suy nghĩ liệu việc áp dụng chỉ 1 cách giải duy nhất cho cả 3 dạng bài và hướng dẫn học sinh làm theo có phải là làm mất đi tính sáng tạo của các em hay không? Sau đó, tôi biết có trường giải theo cách vẽ hình cũ, dài và khó, học sinh không tiếp thu nổi thì yêu cầu học sinh về học thuộc lòng. Nếu vậy thì cách giải của tôi là giải pháp tốt hơn nhiều vì đơn giản, dễ nhớ, dễ thực hiện. Viết ra sáng kiến kinh nghiệm lần này, tôi không hy vọng nó sẽ nằm đến mục nát trong tủ sách ở nhà hay trong tủ kính phòng Hiệu phó, mà nó sẽ đến với nhiều giáo viên vật lý khác để học sinh có thể thoải mái chọn lựa phương pháp mà các em thích, không bị những điểm “00” oan uổng. VI/ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG: Sáng kiến kinh nghiệm này có thể ứng dụng với mọi học sinh lớp 9 ở tất cả mọi trường THCS trên cả nước. Không có bất cứ khó khăn nào mà không thực hiện được. Hiển nhiên, giáo viên các trường bạn sẽ không quen với biện pháp mới này, và việc lựa chọn phương pháp nào là của tất cả các giáo viên. Trong việc chấm chữa bài kiểm tra cũng không có khó khăn vì chỉ cần nhìn hình vẽ của học sinh, giáo viên đã biết các em sử dụng phương pháp nào. VII/ KẾT LUẬN: Tôi không dám nói phương pháp của mình là tối ưu, là hay nhất và tất cả giáo viên Vật lý đều nên thực hiện theo, bởi lẽ phương pháp này cũng có những khuyết điểm mà tôi đã chỉ ra ở trên. Tuy nhiên, việc bổ sung thêm một cách giải mới cho đồng nghiệp, để đồng nghiệp có cái nhìn thoáng hơn, học sinh được tự do hơn, được “dạy thật, học thật”, được sáng tạo và chọn lựa, đó là mong mỏi của tôi. Sáng kiến kinh nghiệm này được viết ra khi số năm giảng dạy của người viết là 5 năm, khi số sáng kiến kinh nghiệm cùng tác giả là 3 sáng kiến. Những con số trên không nhiều, nên đâu đó vẫn còn những cách hành văn “như nói”, những tâm sự lan man không vào chuyên môn, rất mong sự đóng góp cũng như lượng thứ của quý đồng nghiệp. Bình Chánh, ngày 16 tháng 03 năm 2011 Người viết La Nguyễn Hoàng Anh . PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP THẤU KÍNH VẬT LÝ 9. I/ ĐẶT VẤN ĐỀ: Các bài tập về thấu kính trong chương trình học kỳ II Vật lý lớp 9 là một nội dung rất phức tạp, khó tiếp thu,. như sau: BÀI TẬP 1: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 15cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/. của ảnh BÀI TẬP 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 10cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/