SKKN sáng kiến kinh nghiệm phương pháp giải bài toán liên quan đến sự di chuyển của vật và ảnh đối với thấu kính

Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính A - PHẦN MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI + Các toán liên quan tới di chuyển vật ảnh thấu kính thuộc dạng hay khó phần quang hình chương trình vật lý trung học phổ thông mà ta thường gặp kỳ thi chọn học sinh giỏi + Tuy nhiên trình giảng dạy phần quang hình lớp 11 thấy học sinh giải tập liên quan tới di chuyển vật ảnh thấu kính thường gặp nhiều khó khăn,các em thường vướng mắc lúng túng phương giải.Nếu học sinh ,giỏi suy luận đưa lời giải cho toán thường lời giải dài dòng dể nhầm đặc biệt nhiều thời gian + Từ thực tế kinh nghiệm thân mạnh dạn nêu “Phương pháp giải toán liên quan đến di chuyển vật ảnh thấu kính” để học sinh đồng nghiệp tham khảo II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 1:Đối tượng sử dụng đề tài + Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 11 tham khảo để hướng dẫn học sinh vận dụng phương pháp để giải tập Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Học sinh học lớp 11 luyện tập để kiểm tra, ôn luyện thi học sinh giỏi môn Vật Lý cấp 2:Phạm vi áp dụng + Phần quang hình sách giáo khoa Vật lý 11 THPT III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Tập hợp tập điển hình sách giáo khoa, sách tập, đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ,đề thị học sinh giỏi cấp + Nêu phương pháp hướng dẫn giải chung cho dạng toán áp dụng cho toán cụ thể B - NỘI DUNG ĐẾ TÀI I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.Các công thức liên quan đến thấu kính 1 + Công thức thấu kính: d + d / = f - Trong d d / vị trí vật ảnh thấu kính, f tiêu cự thấu kính - Quy ước: * Vật thật trước thấu kính: d > Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính * Ảnh thật sau thấu kính: d / > * Ảnh thật trước thấu kính: d / < * Thấu kính hội tụ: f > * Thấu kính phân kỳ: f < + Độ phóng đại ảnh qua thấu kính: k = AB A/ B / ⇒k=− d/ f f −d/ = d f −d d/ 2:Phương pháp giải toán: • Trường hợp 1: Vật di chuyển theo phương trục thấu kính + Gọi d1,d2 vị trí vật thấu kính trước sau di chuyển d 1/ ,d 2/ vị trí ảnh thấu kính trước sau di chuyển k 1,k2 độ phóng đại ảnh qua thấu kính trước sau di chuyển + Đặt ∆d = d − d1 ∆d / = d 2/ − d1/ độ dịch chuyển vật thấu kính độ dịch chuyển ảnh thấu kính + Ta có ∆d / = d 2/ − d1/ = ⇒ d2 f d f d2 d1 f ∆d − = f( − )=− = −∆d k1 k d − f d1 − f d − f d1 − f (d − f )(d1 − f ) ∆d / = −k1 k (1) ∆d Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 3 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Chọn chiều dương chiều truyền ánh sáng tới thấu kính * Nếu hai ảnh tính chất (Vật chưa di chuyển qua tiêu điểm vật thấu kính thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ) : k1 k > ⇒ ∆d / < ∆d * Nếu hai ảnh khác tính chất (Vật di chuyển qua tiêu điểm vật thấu kính hội tụ ) : k1 k < ⇒ ∆d / > ∆d • Trường hợp 2: Vật di chuyển theo phương vuông góc với trục thấu kính + Gọi + Do ∆x độ dịch chuyển vật trục thấu kính ∆x / độ dịch chuyển ảnh trục thấu kính d, d / không đổi nên ta có: ∆x / d′ =− =k ∆x d - Nếu k < 0⇒ ∆x / < ⇒ Ảnh ∆x vật dịch chuyển ngược chiều - Nếu k > 0⇒ ∆x / > ⇒ Ảnh ∆x vật dịch chuyển chiều • Trường hợp 3: Vật dịch chuyển theo phương + Xác định độ dời theo phương vuông góc với trục thấu kính + Xác định độ dời theo phương trùng với trục thấu kính Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Từ xác định độ dời theo yêu cầu.(Dùng định lý Pi-ta-go) II MỘT SỐ BÀI TOÁN MINH HỌA Bài toán 1: Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục thấu kính hội tụ , qua thấu kính cho ảnh thật A 1B1 cao 2cm.Nếu dịch chuyển AB đoạn 45cm lại gần thấu kính,ta thu ảnh thật A2B2 cao 20cm cách ảnh A1B1 đoạn 18cm.Hãy xác định vị trí ban đầu vật AB tiêu cự thấu kính (Trích đề tuyển sinh ĐH thủy sản 2002) Hướng dẫn giải: + Chọn chiếu dương chiều truyền ánh sáng tới thấu kính + Do hai ảnh tính chất nên : ⇒ ∆d / k1 k > ⇒ < ∆d Độ dịch chuyển tương đối vật so với thấu kính là: ∆d = d − d1 = − 45(cm) (Do AB dịch chuyển lại gần thấu kính) Nên độ dịch chuyển tương đối ảnh so với thấu kính là: ∆d / = d 2/ − d1/ = 18(cm) + Vậy ta có + Mặt : k1 k = − ∆d / 18 = = 0,4 (*) ∆d 45 A1 B1  k1 = AB k AB ⇒ = 1 = ⇒ k = 10.k1 (**) khác:  k A2 B2 10 k = A2 B2  AB Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Giải hệ (*) (**) ta được: k = - 0,2 k2 = - 2.(Do vật ảnh tính chất nên : k1, k2 ⇒ ∆d / < ∆d Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính ⇒ Độ dịch chuyển tương đối vật so với thấu kính là: ∆d = d − d1 = − 40(cm) (Do AB dịch chuyển lại gần thấu kính) Nên độ dịch chuyển tương đối ảnh so với thấu kính là: ∆d / = d 2/ − d1/ = 7,5(cm) + Vậy ta có k1 k = − + Mặt khác: k = 2.k1 ∆d / = = (*) ∆d 40 (**) 1 + Giải hệ (*) (**) ta được: k1 = ; k = (Do hai vật ảnh khác tính chất nên : k1, k2 > 0) + Ta có: k1 =  f 1 ⇒ d = 1 −  f = −3 f f − d1  k1  ⇒ ∆d = d − d1 = f + f = f ⇒ f = ⇒ d1 = k2 =  f ⇒ d = 1 − f − d2  k2   f = − f  ∆d − 60 = = −20(cm) ⇒ f = −20(cm) 3 -3.f = 60(cm) Vậy thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = -10(cm) vị trí ban đầu vật cách thấu kính 60(cm) Bài toán 3: Đặt vật phẳng nhỏ AB trước thấu kính,vuông góc với trục thấu kính.Trên vuông góc với trục thấu kính,ở phía sau thấu kính thu ảnh rỏ nét lớn vật cao 4cm.Giữ vật cố định,dịch chuyển thấu kính dọc theo theo trục 5cm Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính phía phải dịch dọc theo trục 35cm thu ảnh rỏ nét cao 2cm a)Tính tiêu cự thấu kính độ cao vật AB b)Vật AB ,thấu kính vị trí có ảnh cao 2cm.Giữ vật cố định ; phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục phía đoạn để lại có ảnh rỏ nét màn? (Trích đề tuyển sinh Đại Học năm 2004) Hướng dẫn giải: + Chọn chiếu dương chiều truyền ánh sáng tới thấu kính a)+ Do hai ảnh thu nên hai ảnh ảnh thật ∆d / ⇒ k1 k > ⇒ ∆d ∆d / ∆d / 60 k1 k = − ⇒ k2 = − =− = ∆d k1 ∆d (−2).7,5 + k2 = Mặt khác:  f ⇒ d = 1 − f − d2  k2 ⇒ ∆d = d − d1 = : k1 =  f 1 ⇒ d = 1 −  f = f f − d1  k1    f = f  3 4 f − f = − f ⇒ f = − ∆d = − (−7,5)(cm) ⇒ f = 10(cm) 4 3 + Khoảng cách từ vật đến thấu kính trước dịch chuyển là: d1 = f = 15(cm) Bài toán 5: Đặt điểm sáng S trục thấu kính hội tụ có tiêu cự f=10cm cách thấu kính khoảng 30cm.Qua thấu kính người ta thu ảnh S1.Bây ta dịch chuyển S theo phương vuông Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 10 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính góc với trục thấu kính lên đoạn 5cm ảnh S di chuyển nào? Hướng dẫn giải: + Chọn chiều dương chiều di chuyển vật so với thấu kính + Độ phóng đại ảnh qua thấu + Ta có: ⇒ kính: k = − d/ f 10 = = =− d f − d 10 − 30 ∆x / d′ = − = k ⇒ ∆x / = k ∆x = − = −2,5(cm) ∆x d Vậy ảnh S1 di chuyển xuống đoạn 2,5cm so với trục thấu kính Bài toán 6: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm.Điểm sáng S đặt trục cách thấu kính 40cm qua thấu kính cho ảnh S 1.Bây ta dịch chuyển S đoạn a = 20cm theo phương tạo với trục góc α = 600 (hình vẽ).Ảnh S1 di chuyển nào? S α O Hướng dẫn giải: + Chọn chiều dương chiếu di chuyển điểm sáng S + Độ dịch chuyển S theo trục là: ∆d = −a cos α = −10(cm) Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 11 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính Vậy theo trục ta có d1 = 40cm; d2 = 40 - 10 = 30cm ⇒ độ dịch chuyển S1 theo trục là: Trong đó: k1 = f 20 = = −1 f − d1 20 − 40 k2 = ∆d / = −k1 k ⇒ ∆d / = −k1 k ∆d ∆d f 20 = = −2 f − d 20 − 30 ⇒ ∆d / = −(−1).(−2).(−10) = 20(cm) + Độ dịch chuyển S theo phương vuông góc trục là: ∆x = −a sin α = 20 ⇒ độ = 10 (cm) dịch chuyển S1 vuông góc trục là: ∆x / Vậy độ dịch chuyển S1 là: b = ( ∆d / ) + ( ∆x / ) Hướng dịch chuyển S1 là: tan β = = ∆x 10 = = b 10 S = k1 ∆x = 10 (cm) ( 20) + (10 ) = 10 (cm) ⇒ β = 33012 / α S1 O β III MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬN DỤNG Bài toán 1: Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục thấu kính cho ảnh thật cách vật khoảng L.Nếu cho vật dịch Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 12 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính chuyển khoảng 30cm lại gần thấu kính ảnh vật vẩn ảnh thật nằm cách vật khoảng cũ lớn lên gấp lần a) Xác định tiêu cự thấu kính vị trí ban đầu vật b) Để ảnh cao vật ,phải di chuyển vật từ vị trí ban đầu khoảng bao nhiêu,theo chiều nào? Bài toán 2: Vật sáng AB đặt cố định,vuông góc với trục thấu kính Ảnh AB qua thấu kính ảnh thật có độ phóng đại k = - 2.Dịch chuyển thấu kính theo phương trục thấu kính đoạn a = 15cm xa vật hơn,thì thấy ảnh dịch chuyển lại gần vật đoạn b = 15cm.Tính tiêu cự thấu kính (Trích đề tuyển sinh CĐ-GTVT 2005) Bài toán 3: Một vật phẳng AB đặt trước thấu kính,vuông góc với trục thấu kính.Sau thấu kính đặt vuông góc với trục thấu kính,màn cách thấu vật khoảng L = 80cm.Trên thu ảnh rõ nét có độ lớn cao gấp lần vật a) Xác định loại thấu kính tính tiêu cự thấu kính Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 13 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính b)Giữ nguyên vật màn.Hỏi phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục đoạn bao nhiêu,theo chiều để thu ảnh rõ nét cao 1/3 vật (Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Thái Nguyên 2005) Bài toán 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với thấu kính hội tụ tiêu cự f = 10cm, cho ảnh cao băng vật a) Tính khoảng cách vật ảnh b) Dịch chuyển AB dọc theo trục thấu kính ta thấy có hai vị trí vật cho ảnh A1B1 A2B2 với A1B1 = 2A1B1 Biết hai vị trí vật cách 5cm.Xác định hai vị trí (Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Đà Nẵng 2005) IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC + Với thực trạng mạnh dạn đưa phương pháp giải tập vào trình giãng dạy bồi dưỡng cho học sinh kết thu khả quan Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 14 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Tôi làm thực nghiệm số lớp nhiều đối tượng HS có trình độ trường THPT Quỳnh Lưu 3-Nghệ An,kết thống kê sau: Số HS Nhóm Kiểm tra kiểm Nhóm không sử dụng phương pháp Nhóm sử dụng phương pháp Kết Đạt Không đạt tra 150 60 HS 90 HS 150 (40%) 120 HS (60%) 30 HS (80%) (20%) C - KẾT LUẬN + Trên tìm thân,nó đúc rút từ thực tế giảng dạynhieeuf năm trường THPT + Qua thực tế giảng dạy bồi dưỡng cho học sinh thấy em vận dunhj phương pháp để giải toán độ dời vật ảnh tiện lợi đạt kết nhanh xác + Phương pháp góp phần làm phong phú thêm hướng giải toán liên quan đến độ dời vật ảnh thấu kính phần quang hình học lớp 11 THPT Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 15 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính + Với kết thu hy vọng qua góp phần nâng cao hiệu dạy học vật lý trường THPT Và làm tài liệu tham khảo tốt cho GV dạy học vật lý Học sinh việc giải tập vật lý liên quan + Vì thời gian có hạn ,tôi chỉ đưa số toán điển hình mong đông nghiệp tham khảo bổ sung thêm.Trong trình viết khong thể tránh sai sót mong muốn quý thầy cô trao đổi xây dựng ,góp ý kiến để sáng kiến hoàn thiện Tôi chân thành cảm ơn./ Người viết HOÀNG DANH HÙNG Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 16 Phương pháp giải toán liên quan đến dời vật ảnh qua thấu kính TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Sách giáo khoa Vật Lý 11 THPT : Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội năm 2008 Một số phương pháp chọn lọc giải toán Vật Lý sơ cấp tập II: Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Nhà xuất Hà Nội năm 1995 Giới thiệu đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ toàn quốc môn Vật Lý từ năm 2002- 2003 đến năm 2005-2006: Nguyễn Quang Hậu (Chủ biên),Nhà xuất Hà Nội năm 2006 Giới thiệu đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ toàn quốc môn Vật Lý năm học 2001 -2002: Vũ Quang (Chủ biên), Nhà xuất Hà Nội năm 2002 Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 17 [...]... góc với trục chính của một thấu kính cho một ảnh thật cách vật một khoảng L.Nếu cho vật dịch Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 3 12 Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự dời vật và ảnh qua thấu kính chuyển một khoảng 30cm lại gần thấu kính thì ảnh của vật vẩn là ảnh thật nằm cách vật một khoảng như cũ và lớn lên gấp 4 lần a) Xác định tiêu cự của thấu kính và vị.. .Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự dời vật và ảnh qua thấu kính góc với trục chính của thấu kính lên trên một đoạn 5cm thì ảnh S 1 sẽ di chuyển như thế nào? Hướng dẫn giải: + Chọn chiều dương là chiều di chuyển của vật so với thấu kính + Độ phóng đại ảnh qua thấu + Ta có: ⇒ kính: k = − d/ f 10 1 = = =− d f − d 10 − 30 2 ∆x / d′ 1 = − = k ⇒ ∆x / = k ∆x = − 5 = −2,5(cm) ∆x d 2 Vậy ảnh S1... trí ban đầu của vật b) Để được ảnh cao bằng vật ,phải di chuyển vật từ vị trí ban đầu đi một khoảng bao nhiêu,theo chiều nào? Bài toán 2: Vật sáng AB đặt cố định,vuông góc với trục chính của một thấu kính Ảnh của AB qua thấu kính là ảnh thật có độ phóng đại k = - 2.Dịch chuyển thấu kính theo phương trục chính của thấu kính một đoạn a = 15cm ra xa vật hơn,thì thấy ảnh dịch chuyển lại gần vật một đoạn... Lưu 3 13 Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự dời vật và ảnh qua thấu kính b)Giữ nguyên vật và màn.Hỏi phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính một đoạn bằng bao nhiêu,theo chiều nào để thu được ảnh rõ nét trên màn cao bằng 1/3 vật (Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Thái Nguyên 2005) Bài toán 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với thấu kính hội tụ tiêu cự f = 10cm, cho ảnh cao băng một nữa vật a) Tính... tiêu cự của thấu kính (Trích đề tuyển sinh CĐ-GTVT 2005) Bài toán 3: Một vật phẳng AB đặt trước thấu kính, vuông góc với trục chính của thấu kính. Sau thấu kính đặt một màn vuông góc với trục của thấu kính, màn cách thấu vật một khoảng L = 80cm.Trên màn thu được ảnh rõ nét có độ lớn cao gấp 3 lần vật a) Xác định loại thấu kính và tính tiêu cự của thấu kính Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường... tìm của bản thân,nó được đúc rút từ thực tế giảng dạynhieeuf năm ở trường THPT + Qua thực tế giảng dạy và bồi dưỡng cho học sinh tôi thấy các em vận dunhj phương pháp này để giải bài toán về độ dời của vật và ảnh rất tiện lợi và đạt được kết quả nhanh và chính xác + Phương pháp trên góp phần làm phong phú thêm hướng giải quyết các bài toán liên quan đến độ dời vật và ảnh đối với thấu kính trong phần quang... S1 sẽ di chuyển xuống một đoạn 2,5cm so với trục chính của thấu kính Bài toán 6: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm.Điểm sáng S đặt trên trục chính và cách thấu kính 40cm qua thấu kính cho ảnh S 1.Bây giờ ta dịch chuyển S một đoạn a = 20cm theo phương tạo với trục chính góc α = 600 (hình vẽ) .Ảnh S1 di chuyển như thế nào? S α O Hướng dẫn giải: + Chọn chiều dương là chiếu di chuyển của điểm sáng. .. Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 3 15 Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự dời vật và ảnh qua thấu kính + Với kết quả thu được như trên tôi hy vọng qua đó góp phần nâng cao hiệu quả dạy học vật lý ở trường THPT Và có thể làm tài liệu tham khảo tốt cho GV trong dạy học vật lý và Học sinh trong việc giải các bài tập vật lý liên quan + Vì thời gian có hạn ,tôi chỉ đưa ra một số bài toán điển... được rất khả quan Người thực hiện: Hoàng Danh Hùng –Tổ Vật Lý –Trường THPT Quỳnh Lưu 3 14 Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự dời vật và ảnh qua thấu kính + Tôi đã làm thực nghiệm trong một số lớp và nhiều đối tượng HS có trình độ như nhau tại trường THPT Quỳnh Lưu 3-Nghệ An,kết quả thống kê như sau: Số HS Nhóm Kiểm tra được kiểm Nhóm không sử dụng phương pháp Nhóm sử dụng phương pháp Kết quả... giữa vật và ảnh b) Dịch chuyển AB dọc theo trục chính của thấu kính ta thấy có hai vị trí của vật cho ảnh A1B1 và A2B2 với A1B1 = 2A1B1 Biết hai vị trí này của vật cách nhau 5cm.Xác định hai vị trí đó (Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Đà Nẵng 2005) IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC + Với những thực trạng trên tôi đã mạnh dạn đưa phương pháp giải bài tập trên vào trong quá trình giãng dạy và bồi dưỡng cho học sinh và kết