Sáng kiến kinh nghiệm vật lý

A. Đặt vấn đề. Để có một lời giải đúng, một hình vẽ chính xác thoả mãn yêu cầu đặt ra của một bài tập về thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kỳ ở mỗi học sinh lớp 9 là mục tiêu cần đạt đợc sau khi dạy và học xong phần Thấu kính của chơng trình vật lý bậc trung học cơ sở. Quả vậy chỉ với đờng truyền của 3 tia đặc biệt cùng với tính chất tạo ảnh của hai loại thấu kính và phần lý thuyết buộc các em phải công nhận đó là: Việc xác định ảnh AB của vật sáng AB đặt vuông góc với bằng cách chỉ cần tìm ảnh B của B rồi hạ BA vuông góc với tại Achứ không cần xác định ảnh của điểm A. Còn vị trí của thấu kính ở đâu trên trục chính? Cách tìm hai tiêu điểm F và F? lại còn những bài toán yêu cầu tìm độ cao của ảnh? tìm vị trí của ảnh? tìm khoảng cách từ vật đến ảnh? mà học sinh chỉ dựa vào kiến thức của bộ môn hình học. Nghĩa là Bài tập yêu cầu các em giải định lợng mà Sách thì khẳng định rõ trong mục tiêu Các kiến thức trong ch ơng III chỉ đợc trình bày ở mức độ định tính Không trình bày công thức về thấu kính. (Sách GV VL9 trang 13) Đây là khó khăn lớn nhất của ngời học cũng nh ngời dạy về phần quang hình lớp 9. Trăn trở trên đặt ra cho bản thân khi tôi truyền thụ và giảng giải cùng hớng dẫn các em giải bài tập về thấu kính bằng một chuyên đề Hớng dẫn học sinh lớp 9 giải bài tập về thấu kính. Với hy vọng từ chuyên đề này phần nào khắc phục đợc những khó khăn mà các em gặp phải và đạt đợc mục tiêu đặt ra khi học phần Thấu kính. B. Giải quyết vấn đề. I, Ph ơng pháp nghiên cứu: 1, Với thày: B ớc 1: Dành thời gian củng cố cho học sinh về hiện tợng khúc xạ ánh sáng; cách vẽ ba tia đặc biệt, cách xác định ảnh của một vật tạo bởi thấu kính. 4 Qua đó rèn cho học sinh kỹ năng vẽ hình thật chính xác (vẽ góc vuông vẽ hai đờng song song, cách lấy điểm đối xứng ). B ớc 2: Phân dạng bài tập có cùng một yêu cầu với cùng một phơng pháp giải để học sinh hình thành kỹ năng. B ớc 3: Qua việc giải bài tập về thấu kính bằng phơng pháp hình học xây dựng cho các em một số công thức về thấu kính để nâng cao kiến thức và mở ra cho học sinh một khả năng tiếp cận với dạng bài định lợng. 2, Đối với trò: Yêu cầu tối thiểu ở học sinh khi học Thấu kính phải đầy đủ dụng cụ học tập (thớc kẻ, com pa). Ôn lại kiến thức toán học (Hình học) có liên quan chặt chẽ đó là: Tam giác đồng dạng, bài toán dựng hình, kỹ năng phân tích, chứng minh bài tập hình học nghĩa là học sinh cần có những kiến thức toán học khá vững vàng. II, Những công việc cụ thể. Với chuyên đề HDHS lớp 9 giải bài tập về thấu kính. Tôi phân thành những chuyên đề nhỏ để phù hợp với hai đối tợng học sinh Đại trà và Khá giỏi. Chuyên đề 1: Dựng ảnh của vật tạo bởi thấu kính. Để dựng đợc ảnh của vật tạo bởi thấu kính tôi yêu cầu học sinh phải nắm chắc về đờng truyền của ba tia đặc biệt và cách tìm ảnh của vật tạo bởi thấu kính. + Tia song song với trục chính thì có tia ló đi qua tiêu điểm. + Tia đi qua quang tâm thì truyền thẳng. + Tia tới đi qua tiêu điểm của thấu kính thì tia ló song song với trục chính. + ảnh thật là giao điểm của 2 trong 3 tia ló. + ảnh ảo là giao của 2 trong 3 tia ló về phía kéo dài. + Vật là một đoạn thẳng trục chính chỉ cần tìm ảnh của điểm đầu B là B rồi hạ BA ta có ảnh AB của AB. Ví dụ 1: (Bài 43.1 SBT VL9). Đặt một điểm sáng S trớc TKHT và nằm trong tiêu cự. Hãy dùng ảnh S của S qua thấu kính đã cho. 5 S là ảnh thật hay ảnh ảo? H ớng dẫn: Yêu cầu các em vẽ 2 trong 3 tia tới đặc biệt và 2 tia ló của chúng. Vì vật trong tiêu cự (d < f ). Nếu S là ảnh ảo (chùm tia ló phân kì) nên ảnh là giao của 2 đờng kéo dài các tia ló. Vẽ SI song song với , nối IF và kéo dài về phía I. Vẽ SO tia ló truyền thẳng, kéo dài SO về phía S. Chúng cắt nhau tại S. Ví dụ 2: (C4 SGK trang 117). Hãy dựng ảnh S của điểm sáng S. H ớng dẫn: Điểm sáng S nằm ngoài tiêu cự bằng cách vẽ đơn giản của hai tia đặc biệt. S là giao của hai tia đó. Bài giải: Từ S dựng tia tới SI song song với nối IF và kéo dài. Dựng tia tới SO và kéo dài. IF cắt SO tại S. Ta có S là ảnh của S. Ví dụ 3: Dựng ảnh của vật AB trong các trờng hợp sau: (với d là khoảng cách từ vật tới thấu kính, f là tiêu cự). a, f < d < 2f b, d < f với mỗi loại thấu kính? 1, Với thấu kính hội tụ: a, f < d < 2f b, d < f 6 Từ điểm sáng B vẽ 2 tia tới đặc biệt, rồi tìm giao của 2 tia ló tạo bởi thấu kính ta tìm đợc ảnh B của B. 2, Với thấu kính phân kì: a,f < d < 2f b, d < f Tơng tự nh vậy trờng hợp 1 (HS chỉ cần vẽ 2 tia ló đặc biệt sẽ tìm đợc ảnh ảo của vật tạo bởi thấu kính phân kì). Khi học sinh đã khá thạo cách vẽ ảnh của vật tạo bởi thấu kính. Tôi dùng bài toán ngợc (cho ảnh tìm vật và nhận biết thấu kính thuộc loại nào?). Ví dụ 4: Cho hình vẽ: là trục chính, O là quang tâm, F và F là hai tiêu điểm của một thấu kính. Hai tia ló (1) và (2). Cho ảnh S của điểm sáng S. 1, Thấu kính đã cho là TKHT hay TKPK? 2, Hãy xác định điểm sáng S. H ớng dẫn: (dựa vào tính chất tạo ảnh của thấu kính). 1, S là giao của 2 tia ló vì thế S là ảnh thật mà chỉ có thấu kính hội tụ (TKHT) mới cho ảnh thật. Vậy thấu kính đã cho là TKHT. 2, Tia ló IS đi qua F tia tới SI song song với . Tia ló KS song song với tia tới SK đi qua F. Vậy: SI SK tại S là điểm sáng phải tìm. 7 Ví dụ 5: Cho hình vẽ: Trục chính , quang tâm O, hai tiêu điểm F và F của một thấu kính. Hai tia ló (1) và (2) của 2 tia tới xuất phát từ một điểm sáng S. 1, Hãy xác định ảnh S và vật sáng S bằng cách vẽ? 2, Thấu kính đã cho thuộc loại gì? vì sao? H ớng dẫn: Với bài tập này nên hớng học sinh chỉ việc kéo dài 2 tia ló. Chúng cắt nhau tại S đồng thời tia ló (1) khi kéo dài đi qua F nên tia tới song song với ; tia ló (2) đi qua quang tâm nên tia tới là tia kéo dài. Do đó dễ dàng tìm đợc S. Từ vị trí của S và S với thấu kính sẽ nhận ra thấu kính thuộc loại nào. Bài giải: 1, + Kéo dài tia ló (1) nó đi qua F. + Kéo dài tia ló (2) về phía O. Vì là tia đi qua quang tâm nên (2) chính là tia tới. Tia ló (1) kéo dài cắt tia ló (2) kéo dài tại S (ảnh). + Từ I kẻ tia song song với tia này cắt tia ló (2) kéo dài tại S (vật). 1, + Vì ảnh S cùng phía với S so với trục chính nên ảnh S là ảnh ảo của S. Vì S gần thấu kính hơn vật S nên thấu kính đã cho là TKPK. Ví dụ 6: Vật sáng AB có độ cao h đợc đặt vuông góc trớc TKHT có tiêu cự f. Điểm A trên trục chính cách thấu kính một khoảng d = 2f. 1, Dựng ảnh AB tạo bởi thấu kính. 8 2, Vận dụng kiến thức hình học tính chiều cao h theo h và khoảng cách d từ ảnh đến thấu kính theo d. H ớng dẫn: 1, Từ B vẽ 2 tia tới đặc biệt. Tia BI song song tia ló? Tia BH đi qua F tia ló? ảnh B của B là giao của 2 tia ló nào? Tìm A là ảnh của A bằng cách nào? 2, áp dụng các cặp tam giác vuông bằng nhau h = h và d = d = 2f. Bài giải: 1, Từ B kẻ tia tới BI song song tia ló đi qua F Từ B kẻ tia tới BH đi qua F tia ló song song với . ảnh B là giao của 2 tia ló. Từ B hạ BA AB là ảnh của AB tạo bởi TKHT. 2, Theo giả thiết: d = AO = 2f AF = OF. 3 điểm B, F, H thẳng hàng ã ã BFA OFH= vuông BAF = vuông HOF (g.c.g) BA = OH = h. Mặt khác HB song song với OH = AB AB = h (1). Ta có BI song song với OI = AB = h. Xét vuông IOF và vuông BAF chúng có ả ả 1 2 ' 'F F = (đối đỉnh vì I, F, B thẳng hàng) IO = AB = h OF = FA hay OA = 2f. Vậy: h = h; d = d = 2f. Ví dụ 7: Vật sáng AB có độ cao h đợc đặt vuông góc với trục chính của một TKPK có tiêu cự f. Điểm A nằm trên trục chính và có vị trí tại tiêu điểm F. 1, Dựng ảnh AB của AB tạo bởi TK. 9 2, Bằng kiến thức hình học hãy tính độ cao h theo h và khoảng cách d từ ảnh đến thấu kính theo f. (HS tự giải bài tập này). H ớng dẫn: * Tơng tự nh những bài tập trớc về TKPK. B là giao của 2 tia ló sau khi kéo dài (1 tia ló đi qua tiêu điểm và 1 tia đi qua quang tâm). * Để tìm h theo h và d theo f Ta xét hình chữ nhật ABIO có B là giao của 2 đờng chéo B là trung điểm của BO. Mà BA song song BA (vì cùng vuông góc với ) Dựa vào tính chất đờng trung bình trong tam giác h = 2 h và ' 2 f d = . Chuyên đề 2: Xác định quang tâm, tìm tiêu điểm của một thấu kính. Sau khi học sinh đã vững về đờng truyền của 3 tia đặc biệt kỹ năng vẽ ảnh của vật bằng 2 trong 3 tia ló khá thành thạo. Tôi nâng kiến thức quang học cho các em qua chuyên đề 2. Xác định quang tâm hay nói cách khác là tìm vị trí của thấu kính khi biết vật và ảnh của nó để từ đó tìm F và F đối xứng nhau qua quang tâm O. Và từ vị trí ảnh, vật, thấu kính cùng tính chất để nhận ra đó là thấu kính gì (TKHT hay TKPK). Ví dụ 8: Cho 3 hình vẽ (H8a, b, c) xx là trục chính của thấu kính S là ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính. Hãy dùng cách vẽ để xác định vị trí của TK và các tiêu điểm chính. Cho biết thấu kính thuộc loại gì? ảnh S là ảnh thật hay ảnh ảo? H ớng dẫn: Theo các bớc nh sau: + Bớc 1: Tia tới qua quang tâm (không bị gãy khúc) truyền thẳng mà ảnh của vật nằm trên tia ló. 10 Do đó vị trí quang tâm (O) chính là giao điểm của SSvới trục chính xx. + Bớc 2:Từ (O) dựng đờng vuông góc với trục chính xx đó là vị trí của thấu kính. + Bớc 3: Dựa vào vị trí ảnh S và vật S với thấu kính, hoặc với trục chính để nhận định S là ảnh thật hay ảnh ảo của S. + Bớc 4: Dựa vào 1 trong 2 tia đặc biệt còn lại để tìm F hoặc F. Bài giải: 8a, + Nối 2 điểm SS. SS cắt xx tại O chính là quang tâm (vì tia tới qua quang tâm truyền thẳng). Từ O dựng thấu kính xx. + Từ S vẽ tia sáng IS song song với xx; nối IS cắt xx F là tiêu điểm chính thứ 2 của thấu kính. + Lấy F đối xứng với F qua O trên xx. + Vì ảnh S và vật S nằm ở hai phía của trục chính xx do đó S là ảnh thật của điểm sáng S. + Thấu kính tìm đợc chính là thấu kính hội tụ. 8b, + Nối SS cắt xx O Dựng thấu kính xx tại O + Vẽ tia tới SI song song xx + Nối IS kéo dài cắt xx tại F. + Lấy F đối xứng với F qua O trên xx. + Vì S và S cùng phía với trục chính xx nên S là ảnh ảo mặt khác S xa thấu kính hơn vật S nên thấu kính tìm đợc là thấu kính hội tụ. 8c, + Nối SS cắt xx tại O là quang tâm. Dựng thấu kính xx tại O + Vẽ tia sáng SI song song xx. Nối IS cắt xx tại F. + Lấy F đối xứng với F qua O trên xx. 11 + Ta thấy S và S cùng phía với xx nên S là ảnh ảo của S. Và S gần thấu kính hơn S nên thấu kính đã cho phải là thấu kính phân kì. Ví dụ 9: Cho hình vẽ (H9a, b) Cho biết AB là vật sáng, AB là ảnh Của AB qua các thấu kính L 1 và L 2 ; 1 và 2 là trục chính của các thấu kính. Hãy xác định vị trí của các thấu kính và các tiêu điểm tơng ứng? Xác định loại thấu kính ? H ớng dẫn: (phân tích) Khác với VD8 ở bài này vật sáng là đoạn thẳng với trục chính (tơng tự nh điểm sáng S và S) ta cũng chỉ giải bài tập này qua điểm sáng A và ảnh A của nó. Vị trí của thấu kính trên ( ) hay quang tâm O cũng là giao của AA với 1 (và 2 ) từ đó giải t ơng tự VD8. Bài giải: 1, (Hình 9.a) + Nối AA và kéo dài cắt 1 tại quang tâm O. + Qua O dựng thấu kính L 1 1 + Từ A kẻ tia tới AI song song với 1 . + Nối AI và kéo dài cắt 1 tại F. + Lấy F đối xứng với F qua O trên 1 . Vì AB cùng chiều và lớn hơn AB nên thấu kính tìm đợc là thấu kính hội tụ. 2, (Hình 9.b) + Nối AA cắt 2 tại O. + Qua O dựng 2 2 L Vì AB cùng chiều với AB và AB < AB L 2 là thấu kính phân kì. + Vẽ tia tới AI song song 2 Nối IA và kéo dài cắt 2 tại F. Lấy F đối xứng với F qua O trên 2 . 12 Để nâng cao hơn nữa với chuyên đề nhắm giúp các em thêm công cụ giải bài tập định lợng và cũng là tìm vị trí của thấu kính khi biết khoảng cách giữa ảnh và vật cùng giá trị tiêu cự f. Tôi đã chọn những bài tập mà ở đó học sinh dùng kiến thức hình học sẵn có để chứng minh công thức của thấu kính rồi áp dụng nó để giải bài tập. Chuyên đề 3: xây dựng công thức thấu kính và áp dụng công thức để giải bài tập về thấu kính. Ví dụ 10: Một điểm sáng S cho ảnh thật là S qua 1 thấu kính hội tụ có tiêu cự là f. Khoảng cách từ S và S tới thấu kính là d và d. Còn khoảng cách từ chúng tới trục chính lần l- ợt là h và h. Chứng minh rằng: a, ' 'h d h d = (1) b, 1 1 1 'f d d = + (2) Phân tích: + Để giải đợc bài tập này yêu cầu học sinh phải vẽ hình với thấu kính hội tụ và chọn f < d < 2f S là ảnh thật của S. (dùng 2 tia tới là tia qua quang tâm và tia song song với trục chính). + Dùng kiến thức về tam giác đồng dạng để chứng minh các công thức (1) và (2). Bài giải: Vẽ ảnh S của S bằng cách vẽ tia tới SI song song với có tia ló đi qua F. Vẽ tia tới SO và kéo dài cắt tia ló IF tai S Ta có S là ảnh thật của S. Dựng SH và SH cùng . a, Xét vuông SHO và vuông SHO có: ã ã ' ' 'SOH S O H = (2 góc đối đỉnh vì S, O, S thẳng hàng). vuông SHO vuông SHO ' ' 'S H OH SH OH = 13 [...]... tuyển môn Vật Lý đợc học và áp dụng ở cả 3 chuyên đề Đặc biệt với học sinh khá , giỏi sau mỗi chuyên đề nhỏ và sau khi học cả 3 chuyên đề yêu cầu các em tự rút ra 4 bài học kinh nghiệm nhằm khắc sâu kiến thức để đi đến các phơng pháp cơ bản Giải bài toán quang hình từ đó học sinh tạo cơ sở tiểp cận kiến thức quang hình ở bậc THPT V, Những vấn đề bỏ ngỏ Đi sâu nghiên cứu về thấu kính tôi càng thấy kiến thức... và vật nh khi nhìn trực tiếp vật ảnh cùng chiều với vật Thấu kính hội tụ cho ảnh cùng chiều ảnh là ảnh gì? Từ đó vật AB nằm ở vị trí nào? (trong tiêu cự, d < f) 1 + AB = AB; AB song song với AB OBA nhận AB là đờng trung bình 2 (A, A, O thẳng hàng tia đặc biệt qua quang tâm) + AI song song với AI kéo dài cắt tại F Bài giải: 1, ảnh AB cùng chiều và lớn hơn vật AB AB là ảnh ảo Dựng hình: + Vẽ vật. .. với vật và là ảnh thật + k > 0 ảnh cùng chiều với vật và là ảnh ảo Bài giải: 1, d = 30 cm, f = 10 cm d f 30.10 = = 15(cm) d f 30 10 15 1 Thế d = 15 (cm) vào (2) ta có: k = = 30 2 áp dụng công thức (1) d ' = Vậy: ảnh thật và ngợc chiều với vật, ảnh nhỏ bằng nửa vật 2, d = 20 cm; f = 10 cm 18 d f 20.10 d ' = d ' = 20(cm) df 20 10 d' 20 k = = = 1 d 20 d'= Vậy: ảnh thật, ngợc chiều và cao bằng vật. .. trờng 5 100% 4/5=80% 2/5=40% 100% 100% ĐT huyện 18 100% 100% 10/18=55% Iii, Những bài học kinh nghiệm 1, Bài học thứ nhất: 20 ì ì ì 100% Vị trí quang tậm (O) hay vị trí thấu kính cần tìm trên trục chính là giao của đờng nối vật sáng và ảnh của nó với trục chính (SS cắt O) 2, Bài học thứ 2: Để xác định ảnh của vật tạo bởi thấu kính chỉ cần vẽ 2 tia tới trong 3 tia tới đặc biệt rồi tìm giao của 2 tia... = = + d f d' f d d' (điều phải chứng minh) Ví dụ 11: Một thấu kính hội tu có tiêu cự f = 10 cm Vật sáng AB đặt trên trục chính và thẳng góc với trục chính có ảnh AB và cách AB một khoảng L = 45 cm Hãy xác định vị trí của vật và ảnh? Vẽ hình? Phân tích: L là khảng cách từ vật tới ảnh mà khoảng cách từ vật đến thấu kính là d và khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là d Do đó: L = d + d (d > 0 và d > 0)... THCS và là cầu nối để học sinh bớc tiếp vào chơng trình quang học ở bậc THPT * Kiến nghị: Mỗi năm học Phòng giáo dục, Sở GD và ĐT nên tổ chức ít nhất ba lần chuyên đề mỗi cấp cho giáo viên bộ môn trong Huyện, trong Tỉnh nhằm triển khai các kinh nghiệm đã đợc xếp loại cao Từ đó đội ngũ giáo viên cùng nhau đợc học hỏi kinh nghiệm nâng cao trình độ chuyên môn, năng lực s phạm cũng nh tháo gỡ những khó... qua chuyên đề này học sinh đợc củng cố rất nhiều kiến thức về toán học (hình học cũng nh đại số) từ đó thấy vai trò của môn Toán vô cùng quan trọng đối với môn Vật lý * Kết quả khảo sát các đối tợng học sinh trớc và sau khi triển khai kinh nghiệm (Tuỳ thuộc vào chất lợng của mỗi loại đối tợng) Đối tợng Số lợng Trớc khi triển khai K.N Sau khi triển khai K.N CĐ1 CĐ2 CĐ3 CĐ1 CĐ2 CĐ3 Đại trà 90 40/90=44%... f = 10 cm d f 15.10 d ' = d f 15 10 30 d ' =30cm k = = 2 15 d'= Vậy: ảnh ngợc chiều với vật là ảnh thật, lớn gấp 2 lần vật 4, d = 10 cm; f = 10 cm d'= d f 10.10 = = d f 10 10 Vậy: ảnh ở xa vô cực 5, d = 5 cm; f = 10 cm d f 5.10 = = 10 d f 5 10 10 k = =2 5 d'= Vậy: ảnh cùng chiều với vật ảnh ảo, ảnh cao gấp đôi vật Tóm lại: Bằng việc phân loại và bố cục bài tập thành 3 chuyên đề, mỗi chuyên đề các... '2 = 30(cm) 2 a, d1 = Vậy có 2 trờng hợp đều thoả mãn điều kiện của bài toán (2 vị trí của thấu kính trên ) Ví dụ 12: Một vật sáng cố định AB = h = 6cm, đặt cách màn ảnh M cố định một khoảng L = 90cm có thể đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm ở đâu để hứng đợc ảnh rõ nét của vật trên M? Tính độ lớn của ảnh và vẽ hình trong mỗi trờng hợp? Phân tích: ở bài này ta đã biết L = d + d = 90 cm Để xác... ảnh của vật tạo bởi 2 loại thấu kính Khả năng nhận biết đặc điểm của ảnh hay tính chất tạo ảnh của vật từ khoảng cách d và tiêu cự f Qua đó kỹ năng vẽ hình của học sinh đợc nâng lên một cách rõ nét + Học sinh khá, giỏi thành thạo hơn nhiều về việc phân tích, chứng minh công thức và ham muốn đợc giải bài tập định lợng về thấu kính + Đặc biệt hơn qua chuyên đề này học sinh đợc củng cố rất nhiều kiến thức . Khác với VD8 ở bài này vật sáng là đoạn thẳng với trục chính (tơng tự nh điểm sáng S và S) ta cũng chỉ giải bài tập này qua điểm sáng A và ảnh A của nó 2 AB Chiều ảnh và vật nh khi nhìn trực tiếp vật ảnh cùng chiều với vật. Thấu kính hội tụ cho ảnh cùng chiều ảnh là ảnh gì? Từ đó vật AB nằm ở vị trí