Một số phương pháp giải bài tập quang hình vật lí lớp 9 đạt hiệu quả cao

Qua thực tế liên tục dạy chương trình Vật lí lớp 9 bản thân nhận thấy: Các bài toán quang hình học lớp 9 mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chương trình Vật lý 9, nhưng đây là loại toán các

A/ ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lời mở đầu

Môn vật lý là một trong những môn học lý thú, hấp dẫn trong nhà trường phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn đời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta Hơn nữa môn học này ngày càng yêu cầu cao hơn để đáp ứng kịp với công cuộc CNH - HĐH đất nước, nhằm từng bước đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra, góp phần xây dựng đất nước ngày một giàu đẹp hơn

- Hơn nữa đội ngũ học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt và thật hùng hậu về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đóng góp một phần không nhỏ trong lĩnh vực này Kiến thức, kỹ năng vật lý cũng được vận dụng và đi sâu vào cuộc sống con người góp phần tạo ra của cải, vật chất cho xã hội ngày một hiện đại hơn

Ta đã biết ở giai đoạn 1 (lớp 6 và lớp 7) vì khả năng tư duy của học sinh còn hạn chế, vốn kiến thức toán học chưa nhiều nên sách giáo khoa chỉ

đề cập đến những khái niệm, những hiện tượng vật lý quen thuộc thường gặp hàng ngày Ở giai đoạn 2 (lớp 8 và lớp 9) khả năng tư duy của các em đã phát triển, đã có một số hiểu biết ban đầu về khái niệm cũng như hiện tượng vật lý

tự nhiên hằng ngày Do đó việc học tập môn vật lý ở lớp 9 đòi hỏi cao hơn, nhất là một số bài toán về điện, quang ở lớp 9 mà các em học sinh được học

Qua thực tế liên tục dạy chương trình Vật lí lớp 9 bản thân nhận thấy: Các bài toán quang hình học lớp 9 mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chương trình Vật lý 9, nhưng đây là loại toán các em hay lúng túng, hay mắc phải những sai lầm khi làm bài tập và đây là phần kiến thức trọng tâm của học kì

II Khi thi chất lượng giữa kì II, thi chất lượng học kì II và kể cả khi thi vào cấp III đều có bài tập phần này, nếu các em được hướng dẫn một số điểm cơ bản thì những loại toán này không phải là khó Khi các em đã biết cách giải loại bài tập này, các em sẽ thấy tự tin vào bản thân, sẽ không còn thấy ngại bài tập quang hình Các em sẽ yêu thích môn học, đó là một động lực để phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo, niềm say mê học tập của học sinh Giúp các em có kiến thức vật lí trung học cơ sở làm hành trang bước lên trung học phổ thông, học nghề hoặc tham gia vào lao đông sản xuất một cách tự tin hơn

Từ những lý do trên, để giúp học sinh lớp 9 có một định hướng về

phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9, nên tôi đã chọn đề tài: Một

số phương pháp giải bài tập quang hình vật lí lớp 9 đạt hiệu quả cao.

II/ Thực trạng của vấn đề nghiên cứu

2.1/ Thực trạng

Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài còn chậm, lúng túng từ đó không nắm chắc các kiến thức, kĩ năng cơ bản, định lý, các hệ quả do đó khó mà vẽ hình và hoàn thiện được một bài toán quang hình học lớp 9

Đa số các em chưa có định hướng chung về phương pháp học lý thuyết, chưa biến đổi được một số công thức, hay phương pháp giải một bài toán vật lý

Kiến thức toán hình học còn hạn chế (tam giác đồng dạng) nên khó có

thể giải được các bài toán quang hình có liên quan đến tính toán

Do dụng cụ thí nghiệm còn thiếu nhiều, không đồng bộ và các dụng cụ

có thì hỏng, chất lượng kém, độ chính xác không cao nên các tiết dạy có thí nghiệm chất lượng chưa cao, dẫn đến học sinh tiếp thu các định luật, hệ quả còn hời hợt

Đọc đề hấp tấp, qua loa, khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu, lượng thông tin cần thiết để gỉải toán còn hạn chế

Vẽ hình còn lúng túng Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vật qua thấu kính, qua mắt, qua máy ảnh… do đó không thể giải được bài toán

Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại thấu kính, các đặc điểm của tiêu điểm, các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo Một số khác không biết biến đổi công thức toán Chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán quang hình học lớp 9

Dựa vào đặc điểm, tình hình chung của nhà trường và chất lượng học tập của học sinh trong những năm qua Năm học 2005-2006 tôi đã viết sáng

kiến kinh nghiệm với tên đề tài: Hình thành phương pháp giải bài tập vật lí THCS Sáng kiến kinh nghiệm này được xếp loại B cấp tỉnh.

Với việc thực hiện theo sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã thu được thành công không nhỏ trong việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải các dạng bài tập vật lí THCS Song phần bài tập vật lí quang hình học sinh vẫn còn lúng túng do chưa nắm vững phương pháp giải và do một số nguyên nhân sau:

- Ý thức học tập của học sinh chưa cao

- Giáo viên chưa biết cách phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh

- Giáo viên chưa kịp thời bổ sung kiến thức cơ bản cho các em học sinh bị hổng kiến thức cơ bản do đó các em thường làm bài tập theo kiểu chống đối

2-2 Kết quả , hiệu quả của thực trạng trên

Từ thực trạng trên những năm đầu dạy chương trình sách giáo khoa mới, giáo viên chưa có kinh nghiệm trong giảng dạy dẫn đến chất lượng học tập của học sinh còn chưa cao Nhất là chất lượng học sinh thi vào lớp 10 THPT

Cụ thể: Kết quả khảo sát đầu tháng 3/2008:

(Khảo sát toán quang hình lớp 9 )

Để khắc phục những khó khăn bản thân tôi đã từng đi sâu nghiên cứu nội

dung chương trình, tôi đã tìm ra được một số phương pháp giải bài tập quang hình Vật lí lớp 9 đạt hiệu quả cao.

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Các giải pháp cải tiến:

1/ Giúp các em nắm vững và khắc sâu phần kiến thức lí thuyết đã học.

Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng

2/ Phân loại được các dạng bài tập

3/ Trình tự giải một bài toán quang hình.

4/ Một số ví dụ thể.

II Các biện pháp tổ chức thực hiện:

1- Giúp các em nắm vững và khắc sâu phần kiến thức lí thuyết đã học.

Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng

Để học sinh dựng ảnh, hoặc xác định vị trí của vật chính xác qua các loai thấu kính,mắt, máy ảnh hay kính lúp Giáo viên phải luôn kiểm tra, khắc sâu kiến thúc lí thuyết cho học sinh:

*Các sơ đồ ký hiệu quen thuộc như:

-Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì: ;

-Vật đặt vuông góc với trục chính: hoặc

-Trục chính, tiêu điểm F và F', quang tâm O:

-Phim ở máy ảnh hoăc màng lưới ở mắt:

-Ảnh thật: hoặc ; -Ảnh ảo: hoặc

* Các Định luật, qui tắc qui ước, hệ quả như:

- Định luật truyền thẳng của ánh sáng, định luật phản xạ ánh sáng, hiện tượng khúc xạ ánh sáng

- Đường thẳng nối tâm mặt cầu gọi là trục chính

- O gọi là quang tâm của thấu kính

- F và F' đối xứng nhau qua O, gọi là các tiêu điểm

- Đường truyền các tia sáng đặt biệt như:

* Thấu kính hội tụ:

+Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F

+Tia tới đi qua tiêu điểm F, cho tia ló song song với trục chính

F

Màng lưới

+Tia tới đi qua quang tâm O, truyền thẳng.

+Tia tới bất kỳ cho tia ló đi qua tiêu điểm phụ ứng với trục phụ song song với tia tới

Cách dựng ảnh: Phải dùng hai trong ba tia đặc biệt trên, giao diểm của hai tia ló là ảnh của vật

Đặc diểm của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ:

+ Vật đặt ngoài tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật

+Vật đặt rất xa thấu kính cho ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự

+Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật, cùng chiều với vật

+ Vật nằm trên trục chính cho ảnh nằm trên trục chính, vật đặt vuông góc với trục chính cho ảnh cũng vuông góc với trục chính

* Thấu kính phân kì:

+Tia tới song song với trục chính,cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm F'

+Tia tới thấu kính có đường kéo dài đi qua tiêu điểm F, cho tia ló song song với trục chính

+Tia tới đi qua quang tâm O, cho tia ló truyền thẳng

+Tia tới bất kỳ, cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm phụ, ứng với trục phụ song song với tia tới

Cách dựng ảnh: Phải dùng hai trong ba tia đặc biệt trên, giao diểm của hai tia ló kéo dài là ảnh của vật

Đặc diểm của ảnh tạo bởi thấu kính phân kì

+ Vật đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo,cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính

+ Vật đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự

•F'

F

F'

F

O

•

F'

•

F'

F

•

+ Vật nằm trên trục chính cho ảnh nằm trên trục chính, vật đặt vuông góc với trục chính cho ảnh cũng vuông góc với trục chính

Để khắc sâu kiến thức cho học sinh cần phân tích để các em nắm được sự giống và khác nhau cơ bản giữa thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì về đường đi của tia đặc biệt:

* Đối với thấu kính hội tụ:

- Tia tới đi song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm.

- Tia tới đi qua tiêu điểm cho tia ló đi song song với trục chính

* Đối với thấu kính phân kì:

- Tia tới đi song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm.

- Tia tới thấu kính có đường kéo dài đi qua tiêu điểm cho tia ló đi song

song với trục chính

* Máy ảnh:

+ Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ.

+ Ảnh của vật phải ở ngay vị trí của phim cho nên muốn vẽ ảnh phải xác định vị trí đặt phim

Cách dựng ảnh của vật qua máy ảnh giống như trường hợp dựng ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) cho ảnh thật

Song cần lưu ý: Ảnh của vật qua máy ảnh bao giờ cũng hiện trên phim và

thường vẽ ảnh của vật qua máy ảnh ta chưa biết tiêu cự của máy ảnh nên ta dựng tia tới đi qua quang tâm cho tia ló đi thẳng Giao điểm của tia ló với phim (màn) là ảnh B/ của B Trường hợp bài toán yêu cầu tìm tiêu cự của máy ảnh thì vẽ tiếp tia đi song song với trục chính cho tia ló đi đến B/ Giao điểm của tia ló với trục chính là tiêu điểm của máy ảnh, lấy đối xứng qua quang tâm ta được tiêu điểm thứ hai

Đặc điểm của ảnh qua máy ảnh là:

+ Ảnh trên phim là ảnh thật, nhỏ hơn vật và ngược chiều với vật

* Mắt, mắt cận và mắt lão:

- Mắt: + Thể thuỷ tinh ở mắt là một thấu kính hội tụ

+ Màng lưới như phim ở máy ảnh

+ Điểm cực viễn: điểm xa mắt nhất mà ta có thể nhìn rõ được khi không điều tiết Khoảng cách từ điểm cực viễn đến mắt là khoảng cực viễn

+ Điểm cực cận: điểm gần mắt nhất mà tại đó mắt phải điều tiết mạnh nhất và ta có thể nhìn rõ được vật

Khoảng cực cận là khoảng cách từ điểm cực cận đến mắt

+ Khoảng nhìn rõ của mắt là từ điểm cực cận dến điểm cực viễn

P

Q

O A

B

* Mắt cận:

+ Mắt cận nhìn rõ những vật ở gần, nhưng không nhìn rõ những vật ở xa

+ Mắt cận phải đeo kính cận Kính cận là thấu kính phân kì (TKPK)

Kính cận phù hợp có tiêu điểm F trùng với điểm cực viễn của mắt

* Cách dựng ảnh của vật qua kính cận giống như trường hợp dựng ảnh của vật qua TKPK

+) Mắt lão:

+ Mắt lão nhìn rõ những vật ở xa, nhưng không nhìn rõ những vật ở gần

Mắt lão phải đeo kính hội tụ để nhìn rõ các vật ở gần Kính lão là thấu kính hội tụ

* Cách dựng ảnh của vật qua kính lão giống như trường hợp dựng ảnh của vật qua TKHT cho ảnh ảo

* Kính lúp:

+ Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, dùng để quan sát các vật nhỏ

+ Để dựng ảnh, hoặc xác định vị trí một vật qua kính lúp cần phải đặt

vật trong khoảng tiêu cự của kính dể cho một ảnh ảo lớn hơn vật Mắt nhìn

thấy ảnh ảo đó

* Cách dựng ảnh của vật qua kính lúp giống như trường hợp dựng ảnh của vật qua TKHT cho ảnh ảo

Kinh cận

Mắt

• F,CV A

B

•

B

O

Mắt

• F

B

Kinh lão

•

Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng:

Sau khi tóm tắt phần lí thuyêt cần ghi nhớ giáo viên giúp các em bổ túc kiến thức toán về tam giác đồng dạng

Để tìm ra các cặp tam giác đồng dạng trong các hình vẽ là một vấn đề không phải là dễ đối với các em có học lực từ trung bình trở xuống, các em học lực khá đôi lúc còn lúng túng Cơ bản khi làm bài tập các em phải nhận ra được các cặp tam giác đồng dạng trong các trường hợp:

* TH 1: TKHT cho ảnh thật, máy ảnh và mắt là giống nhau

B

* TH2: TKHT cho ảnh ảo,kính lúp và kính lão(kính viễn thị) là giống nhau

* TH3: TKPK và kính cận là giống nhau

B I

B/

A F A/ O

Lưu ý: Hai cặp tam giác đồng dạng ở trường hợp 1 và 2 có tên giống nhau,

cặp cạnh tỉ lệ của hai tam giác đều giống nhau song chỉ khác nhau khoảng cách A/F/

- Ở trường hợp 1: A/F/ =A/O – O F/

- Ở trường hợp 2: A/F/ =A/O + O F/

Giáo viên cần khắc sâu để các em nhớ: Trường hợp TKHT cho ảnh thật là

dấu trừ còn trường hợp TKHT cho ảnh ảo là dấu cộng.

- Trường hợp 3: khác với trường hợp 1 và 2 là cặp tam giác đồng dạng thứ hai đổi chữ F/ thành chữ F: OIF và A/B/F Và khoảng cách A/F= OF- A/O

A

B'

B

A / ' ', ''' ''''

O

B' F

A

O

F' A'

Khi các em đã nắm vững để có thể phân biệt được các điểm khác nhau trên thì các em không còn lúng túng khi xét các cặp tam giác đồng dạng cũng như tìm ra các cặp cạnh tỉ lệ nữa

2 Phân loại các dạng bài tập:

Ngay từ khi học lớp 6 các em đã biết có hai dạng bài tập đó là:

- Trắc nghiệm khách quan

- Trắc nghiệm tự luận

Trong trắc nghiệm khách quan thì có các dạng bài:

- Câu hỏi nhiều lựa chọn

- Nối đôi

- Câu điền khuyết

- Câu đúng sai

Trong trắc nghiệm tự luận có các dạng bài:

- Bài tập định tính

- Bài tập thí nghiệm

- Bài tập định lượng

Các dạng bài tập và phương pháp giải các loại bài tập tôi đã viết rất cụ

thể ở sáng kiến kinh nghiệm: Hình thành phương pháp giải bài tập vật lí THCS năm học 2005-2006, nên ở đề tài này tôi chỉ đề cập đến dạng bài tập

phần quang học lớp 9

3 Trình tự giải các loại bài tập

Những bài toán quang hình học lớp 9 được gói gọn ở chương III từ bài

40 đến bài 51 Mặc dù các em đã học phần quang ở năm lớp 7, nhưng chỉ là những khái niệm cơ bản, cho nên những bài toán loại này vẫn còn mới lạ đối với học sinh, mặc dù không quá phức tạp đối với học sinh lớp 9 nhưng vẫn tập dần cho học sinh có kỹ năng định hướng bài giải một cách có hệ thống, có khoa học, dễ dàng thích ứng với các bài toán quang hình học đa dạng hơn ở các lớp cấp trên sau này

Để học sinh có được kĩ năng giải bài tập phần quang hình, trước hết tôi giúp học sinh phân loại các dạng bài tập

3.1 Dạng 1: Bài tập định tính:

Đây là loại bài tập mà các em phải tự viết trọn vẹn câu trả lời Những bài tập loại này thường khó vì ngoài việc nắm chắc nội dung vật lí của câu hỏi

và câu trả lời, các em còn phải biết diễn đạt các câu trả lời một cách ngắn gọn phải đầy đủ và đúng ngữ pháp

3.2 Dạng 2: Bài tập thí nghiệm thực hành.

Với yêu cầu của việc đổi mới phương pháp dạy học là đào tạo ra con người vừa có kiến thức khoa học kĩ thuật vừa có kĩ năng thực hành Do đó sách giáo khoa mới rất chú trọng đến việc tự thực hành của học sinh Khi làm dạng bài tập này học sinh phải nắm vững được yêu cầu của đề: Xác định một đại lượng nào hoặc tìm ra một đại lượng có liên quan…để chọn dụng cụ thực hành cho hợp lí và các thao tác tiến hành thí nghiệm để xác định các đại lượng cần biết hay các đại lượng liên quan đó

3.3 Dạng 3: Bài tập về xác định vật, ảnh, vẽ tiếp đường truyền của tia sáng:

Để học sinh nắm được phương pháp giải và có thể giải thành thạo từng loại bài tập trong dạng này, tôi đã phân dạng bài tập này thành các loại bài tập nhỏ để học sinh dễ nhớ nắm được và khắc sâu phương pháp giải cụ thể của từng loại Tạm thời có thể phân ra thành 7 loại bài tập nhỏ sau:

3.3.1 Cho biết trục chính,vật, ảnh của vật tạo bởi thấu kính Xác định:

ảnh là ảnh thật hay ảnh ảo, thấu kính đã cho là loại thấu kính gì? Bằng phương pháp vẽ xác định quang tâm và tiêu điểm F, F/ của thấu kính

3.3.2 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính, hai tiêu điểm F,F/ của thấu kính

Xác định: thấu kính là loại nào? Bằng cách vẽ xác định vị trí vật hoặc ảnh?

3.3.3 Cho biết vật và ảnh của vật qua thấu kính , bằng phép vẽ hãy xác

định loại thấu kính , trục chính và các tiêu điểm của thấu kính

3.3.4 Cho trục chính , vị trí quanmg tâm o, vật và ảnh của vật tạo bởi

thấu kính nằm ngay trên trục chính, bằng cách vẽ hãy xác định (có phân tích): loại thấu kính , tính chất ảnh ,vị trí các tiêu điểm chính của thấu kính

3.3.5 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính, đường đi của tia tới và

tia ló (có thể là một tia hoặc 2 tia) bằng cách vẽ xác định loại thấu kính, vị trí vật sáng, ảnh của vật sáng qua thấu kính

3.3.6 Cho trục chính, vị trí đặt thấu kính, loại thấu kính, tiêu điểm , hai

tia ló Bằng phép vẽ hãy xác định nguồn sáng hoặc cho biết 2 tia tới, xác định

vị trí của nguồn sáng hoặc vẽ tiếp đường đi của chùm sáng đến thấu kính

3.3.7 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính và loại thấu kính, vật

hoặc ảnh đặt trên trục chính, bằng phép vẽ (có phân tích) Xác định vị trí của ảnh tạo bởi thấu kính hoặc vật đặt trước thấu kính

Với mỗi loại bài tập này tôi cho ít nhất là 3 bài: thấu kính hội tụ cho ảnh thật, thấu kính hội tụ cho ảnh ảo và thấu kính phân kì

Trong khuôn khổ của đề tài này tôi không thể đưa ra phương pháp giải của tất cả các loại trên mà tôi chỉ đưa ra một vài ví dụ cụ thể của một vài dạng

để đồng nghiệp tham khảo

3.4 Dạng 4 : Bài tập định lượng

Ở sáng kiến kinh nghiệm: Hình thành phương pháp giải bài tập vật lí THCS tôi viết năm học 2005- 2006 tôi dã trình bầy rất kĩ về việc giáo viên phải hình thành phương pháp giải bài tập này từ lớp 6 như thế nào nên ở sáng kiến kinh nghiệm này tôi không đề cập đến nữa Tôi chỉ nhắc lại các bước giải một bài tập định lượng nói chung và phương pháp bài tập quang học nói riêng Gồm 4 bước:

B 1: Tìm hiểu và tóm tắt đề bài:

B 2 : Tìm các công thức có liên quan đến các đại lượng cần tìm Khi xác

định được đại lượng cần tìm thì phải lập được sơ đồ giải