ký hiệu là f * Đường truyền các tia sáng đặt biệt: [1] - Thấu kính phân kì: + Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F.. * Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kín
Trang 11 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài
Để đổi mới về giáo dục và đào tạo, nâng cao hiệu quả về chất lượng giáo dục thì người thầy giáo phải thường xuyên bồi dưỡng chuyên mơn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề và phải tiếp cận với các phương pháp dạy học hiện đại, phải kết hợp tốt các phương pháp dạy học để nâng cao hiệu quả của bài giảng, tổ chức điều khiển để các em tích cực chủ động học tập tiếp thu kiến thức Từ đĩ xây dựng lịng yêu thích mơn học, bồi dưỡng năng lực tự học của học sinh Vật lý là mơn khoa học thực nghiệm, các sự vật hiện tượng vật lý rât quen thuộc và gần gũi với các em Song việc tạo lịng say mê học hỏi và hứng thú tìm tịi kiến thức lại phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ sư phạm của người thầy Qua giảng dạy và tìm hiểu tơi nhận thấy mặc dù các em đã được làm quen bộ mơn Vật lí từ lớp 6, lớp 7 nhưng ở giai đoạn này chỉ cung cấp cho học sinh những kiến thức Vật lí dưới dạng định tính, những khái niệm chưa đầy đủ Ở giai đoạn hai ( lớp 8 và lớp 9 ) khả năng tư duy của các em đã phát triển, đã cĩ một số hiểu biết ban đầu về khái niệm cũng như hiện tượng vật lý hằng ngày Do đĩ việc học tập mơn Vật lý ở lớp 9 địi hỏi cao hơn nhất là một số bài tốn về điện, quang ở lớp 9 mà các em học sinh được học vào năm thứ ba kể từ khi thay sách giáo khoa lớp 9
Từ thực tê giảng dạy tơi nhận thấy các bài tốn quang hình học lớp 9 nĩi chung và các bài tốn về thấu kính nĩi riêng mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chương trình Vật lý 9, nhưng đây là loại tốn các em hay lúng túng Tuy nhiên nếu các em được hướng dẫn một số điểm cơ bản thì những loại tốn này khơng phải là khĩ
Xuất phát từ những lý do trên mà tơi đã suy nghĩ tìm tịi và mạnh dạn đưa
ra “Một số phương pháp giải bài tập Thấu kính trong mơn Vật lý 9” với
mong muốn giúp các em định hướng bài tập, biết phương pháp làm bài tập, biết cách trình bày bài tốn khoa học từ đĩ tạo nên hứng thú học tập, phát huy tính tích cực chủ động của các em trong học tập bộ mơn Vật lý
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Mục đích đề tài là giúp học sinh nắm vững các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập về Thấu kính Giúp cho các em hứng thú trong học tập và yêu thích môn học
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Một số phương pháp giải bài tập cơ bản về Thấu kính mơn Vật lý 9
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng kết rút kinh nghiệm
- Phương pháp điều tra
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Sách tham khảo, mạng Internet…
Trang 22 PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận
2.1.1 Kiến thức cần thiết để giải bài tập về Thấu kính trong chương trình Vật
lý 9
* Các sơ đồ ký hiệu: [1]
- 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:
- Ảnh thật: hoặc ; - Ảnh ảo: hoặc
* Quy ước: [1]
- Đường thẳng nối tâm mặt cầu gọi là trục chính ( ký hiệu D)
- O gọi là quang tâm của thấu kính
- F và F' đối xứng nhau qua O, gọi là các tiêu điểm
- Khoảng cách OF = OF’ gọi là tiêu cự của thấu kính (ký hiệu là f)
* Đường truyền các tia sáng đặt biệt: [1]
- Thấu kính phân kì:
+ 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
+ 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
- Thấu kính phân kì:
+Tia tới song song với trục chính, cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm F'
F
•F'
F
F'
Trang 3+Tia tới đi qua tiêu điểm F, cho tia ló song song với trục chính.
+Tia tới đi qua quang tâm O, 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
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
- Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo
- Vật ở ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính ( d >f) luôn cho ảnh thật
+ Khi f < d < 2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật
+ Khi d =2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn bằng vật
+ Khi d > 2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn nhỏ vật.( khi d = > ảnh thật ở tiêu điểm
- Vật ở trong khoảng tiêu cự ( 0 < d f ) > ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ
- Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều, bé hơn vật, nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
- Khi vật ở tiêu điểm ( d =f ) > ảnh ảo ở vô cực (d’ = )
* Các trường hợp đặc biệt cần chú ý
- Điểm sáng S Î D cho ảnh S’ Î D
- Vật AB ^ D ( hay AB // TK ) thì ảnh A’B’ ^ D ( hay A’B’ // TK)
2.1.2 Một số dạng bài tập cơ bản về thấu kính
Dạng 1: Bài tập dựng hình cơ bản
Là dạng bài tập cho biết một vài tia sáng và yêu cầu vẽ tiếp các tia ló hoặc ngược lại cho tia ló và yêu cầu vẽ tia sáng hoặc yêu cầu dựng ảnh của vật qua thấu kính
Ví dụ 1:
Trên hình 46.2 có vẽ thấu kính hội tụ, quang tâm, trục chính D, hai tiêu điểm
F và F’, các tia tới 1,2,3 Hãy vẽ tia ló của các tia này
Trong trang này: Ví dụ 1 được tham khảo từ TLTK số 1
F'
F F
O
• F'
Trang 4Hình 46.2
Ví dụ 2:
Cho điểm sáng S và thấu kính hội tụ như hình vẽ Hãy dựng ảnh S’ của S tạo bởi thấu kính
S
Dạng 2: Xác định tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính, loại thấu kính, vị trí thấu kính, tiêu điểm.
Là dạng bài tập yêu cầu suy luận xác định các tính chất của ảnh hoặc yêu cầu xác định xem loại thấu kính đã cho là thấu kính gì? Xác định vị trí của thấu kính và vị trí của tiêu điểm
Ví dụ 1:
Cho vật sáng AB và ảnh A1B1 tạo bởi thấu kính L như hình a, b, c
Hỏi: A1B1 là ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? Vì sao?
A B 1 A A 1 A 1 B 1
B A 1 B B 1 B B 1
Hình a Hình b Hình c
•
•
•
S
F’
F 3
2 1
D
F' F
•
•
•
Trang 5Trong trang này: Ví du 1 là “của” tác giả, Ví dụ 2 được tham khảo từ TLTK số 2.
Ví dụ 2 1:
Trong các hình vẽ sau xy là trục chính của thấu kính, AB là vật, A’B’ là
ảnh Với mỗi trường hợp hãy xác định:
a Quang tâm, tiêu điểm bằng phép vẽ Nêu cách vẽ
b Xác định loại thấu kính, tính chất của ảnh (thật hay ảo)
Dạng 3: Cho thấu kính, tiêu cự f, khoảng cách vật đến thấu kính, vẽ và xác
định khoảng cách ảnh đến thấu kính, độ lớn ảnh.
Là dạng bài tập cho biết loại thấu kính, tiêu cự f và khoảng cách từ vật đến
thấu kính, yêu cầu dựng ảnh, tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và tính độ
lớn của ảnh
Ví dụ 1:
Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 1cm đặt vuông góc trục chính của
thấu kính hội tụ Thấu kính có tiêu cự 12 cm Với 2 trường hợp vật cách thấu
kính 36 cm và 8 cm Hãy:
a Dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính
b Tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh
Ví dụ 2:
Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của
thấu kính phân kỳ, cách thấu kính 8 cm Thấu kính có tiêu cự 12 cm
a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính
b/ Tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh
2.2.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN.
Qua giảng dạy môn Vật lí 9 phần Quang học đặc biệt là các dạng bài tập về
Thấu kính tại trường PTDTBT THCS Trung Thượng tôi nhận thấy việc định
hướng giải bài tập của các em còn yếu ở các mặt sau :
- Khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu, lượng thông tin cần thiết để
giải toán còn hạn chế
- Vẽ hình còn lúng túng Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vật qua
thấu kính do đó không thể giải được bài toán
- Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại kính, các đặt điểm của tiêu điểm,
các đường truyền của tia sáng đặc biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo
Một số khác không biết biến đổi công thức toán
1 Trong trang này: Ví dụ 2 được tham khảo từ TLTK số 3; Ví dụ 1, Ví dụ 2 trong dạng 3
được tham khảo từ TLTK số 1.
B
A
B’
A’
B’
A’
x
B
y
x
y
B’
A’ B
A
Trang 6- Chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán về thấu kính lớp 9
Qua khảo sát chất lượng một số bài tập về thấu kính của học sinh lớp 9 năm học
2016 – 2017 kết quả thu được như sau:
2.3 Các giải pháp và tổ chức thực hiện.
2.3.1 Để giảng dạy tốt bài tập về Thấu kính giáo viên cần phải chuẩn bị tốt một số công việc sau :
- Yêu cầu học sinh nắm vững các kiến thức cơ bản liên quan về thấu kính
- Cho học sinh đọc kỹ đề bài sau đó hướng dẫn học sinh cách phân tích đề bài:
Hỏi: ? Bài toán cho biết gì?
? Cần tìm gì? Yêu cầu gì?
? Vẽ hình như thế nào? Ghi tóm tắt
? Vài học sinh đọc lại đề
- Với mỗi bài tập phải giúp học sinh định hướng được phương pháp giải, đưa về dạng toán cơ bản để khi gặp bài khác học sinh có thể vận dụng giải được, tránh giải dập khuôn máy móc
- Cuối cùng là cần hướng dẫn và dành thời gian củng cố lại cho các em một
số kỹ năng tính toán trong toán học đặc biệt là kiến thức hình học (yêu cầu các bạn học khá kèm cặp những bạn học yếu)
2.3.2 Phương pháp giải các dạng bài tập cơ bản phần Thấu kính.
2.3.2.1 Dạng 1: Bài toán dựng hình cơ bản
Cách giải :
* Bước 1: Phân tích:
- Cách vẽ đường đi tia sáng qua thấu kính:
+ Thường sử dụng nguyên tắc của ba tia đặc biệt để vẽ
- Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính:
+ Dựng ảnh của điểm S: Dựng 2 tia đặc biệt đến thấu kính, giao điểm của 2 tia ló ( có thể kéo dài) là ảnh của điểm S
+ Dựng ảnh của vật AB ( AB vuông góc với thấu kính, A nằm trên trục chính): ta dựng ảnh B’của B, từ B’ hạ đường vuông góc với trục chính tại A’, A’là ảnh của A
* Bước 2: Nêu cách dựng
Ví dụ:
Ví dụ 1:
Trên hình 46.2 có vẽ thấu kính hội tụ, quang tâm, trục chính D, hai tiêu điểm F và F’, các tia tới 1,2,3 Hãy vẽ tia ló của các tia này
Trong trang này: Ví dụ 1 được tham khảo từ TLTK số 1
Trang 7* Phân tích
Thấu kính đã cho là TKHT Các tia sáng 1,2,3 là các tia tới đặc biệt Tia 1 song song với trục chính D cho tia ló đi qua tiêu điểm F’ Tia 2 đi qua O cho tia
ló truyền thẳng Tia 3 đi qua F cho tia ló song song với trục chính
* Cách dựng:
+ Vẽ tia ló a đi qua F’
, tia ló b truyền thẳng, tia ló c // D;
+ Giao điểm của 3 tia ló là ảnh S’ của S
Ví dụ 2:
Cho điểm sáng S và thấu kính hội tụ như hình vẽ Hãy dựng ảnh S’ của S tạo bởi thấu kính
S
*Phân tích:
Các tia sáng phát ra từ S truyền tới thấu kính cho các tia ló ( hoặc đường kéo dài của các tia ló) giao nhau tại ảnh S’ Do đó muốn dựng ảnh S’ của S ta vẽ đường đi của 2 trong 3 tia sáng đặc biệt từ S tới thấu kính Giao của 2 tia ló tương ứng là ảnh S’ của S
Trong trang này: Ví dụ 2 được tham khảo từ TLTK số 2.
•
•
•
S
F’
2 1
D
•
•
•
S
F’
F
S’
(3 ))
(2 )
c
1 )
b
a
D
F' F
•
•
•
Trang 8*Cách dựng:
- Từ S vẽ đường đi của 2 tia sáng đặc biệt:
+ Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
+ Tia tới đi qua quang tâm O cho tia ló tương ứng truyền thẳng
- Tìm giao điểm 2 tia ló là S’ Khi đó S’ là ảnh của S
Ví dụ 3:
Cho vật sáng AB ( AB ^ D; B Î D) và thấu kính hội tụ như hình a
Hãy dựng ảnh của vật AB
*Phân tích:
AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có dạng một đoạn thẳng > muốn dựng ảnh A1B1 của AB cần dựng ảnh A1 của A và B1 của B
Vì AB ^ D nên ảnh A1B1 ^ D; B Î D nên ảnh B1 Î D => B là giao điểm của D với đường thẳng đi qua A1 và vuông góc với D => Muốn dựng ảnh B1
trước hết cần phải dựng ảnh A1
Trong trang này: Ví dụ 3 là của tác giả
*Cách dựng: ( Hình b)
Dựng ảnh của A:
•
•
•
F
F'
S’
D
D
B
A
F
•
O
B
A
F
•
I
F’
D
Trang 9- Từ A vẽ tia tới AI // D và tia ló IR tương ứng đi qua F’ Vẽ tia lới AO và tia ló OK trương ứng truyền thẳng
- Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló IR và OK kéo dài ta được ảnh của A
Dựng ảnh của B:
- Từ A1 vẽ đường thẳng vuông góc với D cắt D tại B1
- Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1 là ảnh của AB
* Chú ý đối với bài toán dựng hình
- Cần giúp HS nắm vững kiến thức về cách vẽ đường truyền của 3 tia sáng
đặc biệt qua thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì
- Yêu cầu khi vẽ các đường truyền phải chính xác thì mới thu được ảnh chính xác
Bài tập vận dụng:
Bài 1:
Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng tương ứng khi biết các tia ló (1), (2), (3) ở hình dưới đây:
Bài 2:
Hình 44.5 vẽ thấu kính phân kì, quang tâm O, trục chính D, hai tiêu điểm F
và F’, các tia tới 1, 2 Hãy vẽ tia ló của các tia này
Trong trang này: Bài 1 là “của” tác giả, Bài 2 được tham khảo từ TLTK số 1
2.3.2.2 Dạng 2: Xác định tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính, loại thấu kính.
(3)
(2)
D
•
•
•
S
F’
F
2 1
D
O
(1)
Trang 10Cách giải:
Bước 1: Phân tích
* Muốn xác định tính chất của ảnh có thể dựa vào các kiến thức sau:
- Khi vật có kích thước đáng kể (một đoạn thẳng ): Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo:
+ Ảnh thật: Ngược chiều với vật, ảnh và vật nằm ở hai phía thấu kính
+ Ảnh ảo: Cùng chiều, lớn hơn vật, ảnh và vật nằm cùng phía đối với thấu kính
- Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều bé hơn vật, và nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
- Khi vật là một điểm sáng:Ảnh thật và vật nằm ở hai phía thấu kính, đồng
thời nằm ở hai nửa mặt phẳng bờ là trục chính D.
- Ảnh ảo và vật nằm cùng phía đối với thấu kính Thấu kính hội tụ cho ảnh
ảo ở xa thấu kính và trục chính hơn vật Thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo ở trong khoảng tiêu cự và gần trục chính hơn vật
* Muốn nhận biết loại thấu kính có thể dựa vào các đặc điểm sau đây:
- Dựa vào hình dạng của thấu kính ( ký hiệu thấu kính).
- Dựa vào đặc điểm của chùm sáng ló của một chùm sáng song song chiếu
tới thấu kính
+ Chùm tia tới song song với trục chính cho chùm tia ló hội tụ tại tiêu điểm
của thấu kính -> Thấu kính hội tụ
+ Chùm tia tới song song với trục chính cho chùm tia ló phân kì -> Thấu
kính phân kì
- Xác định vị trí thấu kính, và loại thấu kính khi cho điểm S và ảnh S’.
Nối S với S’, tia này là tia qua quang tâm O
+ Nếu S, S’ nằm hai phía thấu kính bên trên và bên dưới trục chính -> thấu kính hội tụ
+ Nếu S, S’ nằm cùng phía thấu kính bên trên trục chính: có 2 trường hợp
có thể xảy ra, ảnh đều là ảnh ảo:
Trường hợp 1: S’ nằm gần trục chính hơn S-> Thấu kính phân kì
Trường hợp 1: S’ nằm xa trục chính hơn S -> Thấu kính hội tụ ( S’ là ảnh
ảo của S)
- Dựa vào đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính:
+ Ảnh và vật ngược chiều: -> thấu kính hội tụ, cho ảnh thật, dùng tia quang tâm và tia tới song song trục chính để vẽ (A’B’ là ảnh thật)
+ Ảnh và vật cùng chiều: ảnh nhỏ hơn vật ->thấu kính phân kỳ
+ Ảnh và vật cùng chiều: ảnh A’B’ lớn hơn vật AB ->thấu kính hội tụ, ảnh là ảnh ảo
Bước 2: Biện luận tìm cách giải theo phân tích.
Ví dụ:
Ví dụ 1:
Cho vật sáng AB và ảnh A1B1 tạo lởi thấu kính L như hình vẽ
Trang 11Hỏi: A1B1 là ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? Vì sao?
A B 1 A A 1 A 1 B 1
B A 1 B B 1 B B 1
Hình a Hình b Hìnhc
*Phân tích:
Bài toán chỉ cho vật sáng AB và ảnh A1B1 của nó tạo bởi thấu kính L căn
cứ vào chiều và độ lớn của ảnh và vật ta suy ra tính chất của ảnh từ đó
suy ra loại thấu kính
*Cách giải:
Ở hình a Vì A1B1 ngược chiều với vật AB nên A1B1 là ảnh thật của AB
Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh thật
Ở hình b: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB Mặt khác A1B1
lớn hơn AB nên L là thấu kính hội tụ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh ảo
lớn hơn vật
Ở hình c: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB Mặt khác A1B1
nhỏ hơn AB nên L là thấu kính phân kỳ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh
ảo lớn hơn vật
Ví dụ 2:
Trong các hình vẽ sau xy là trục chính của thấu kính, AB là vật, A’B’ là
ảnh Với mỗi trường hợp hãy xác định:
a Quang tâm, tiêu điểm bằng phép vẽ Nêu cách vẽ
b Xác định loại thấu kính, tính chất của ảnh (thật hay ảo)
Trong trang này: Ví dụ 1 là “ của” tác giả, Ví dụ 2 được tham khảo từ TLTK số 3
* Phân tích
B
A
B’
A’
B’
A’
x
B
y
x
y
B’
A’ B
A
