Hệ thống bài tập điển hình phần quang hình vật lý 11

Hiện nay để thực hiện tốt chương trình giáo khoa và dạy học theo phương pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp và làm tốt các bài tập s

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

II.1 Cơ sở lý luận 2

II.1.1 Khái niệm về bài tập Vật lí 2

II.1.2 Tác dụng của bài tập Vật lí trong dạy học 3

II.3 Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề 5

II 3.1 Hệ thống kiến thức cơ bản phần quang hình 5

II.3.2 Phân dạng bài tập 8

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý do lựa chọn đề tài :

Trong quá trình dạy học môn Vật lý, các bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt Hiện nay để thực hiện tốt chương trình giáo khoa và dạy học theo phương pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp và làm tốt các bài tập sẽ góp phần không nhỏ vào việc thực hiện thành công mục tiêu giảng dạy cũng như kiểm tra chính xác mức độ hiểu kiến thức của học sinh Quang học là một phần không thể thiếu của Vật lý Trong chương trình THPT, quang học được giảng dạy ở Vật lý lớp 11 Tuy nhiên, mảng kiến thức chính này hiện nay chưa có được sự quan tâm thỏa đáng với tầm quan trọng của nó từ phía học sinh và ngay cả từ phía giáo viên dạy Vật

lý vì nhiều lý do Thứ nhất, quang học là một phần kiến thức khó Thứ hai, lượng kiến thức về quang học không được sử dụng nhiều trong kỳ thi tuyển sinh vào các trường Đại học và Cao đẳng trong 10 năm trở lại đây, điều này khiến cả người dạy và người học không có hứng thú với việc tìm tòi và tiếp thu những kiến thức này Tuy nhiên với việc đổi mới phương pháp và nội dung kiểm tra đánh giá hiện nay thì quang hình học cần có sự quan tâm trở lại

Thực tế giảng dạy ở trường phổ thông tôi nhận thấy: Giáo viên dạy học phần này vẫn nặng về truyền đạt về kiến thức lý thuyết, chưa đưa được các bài toán

có tính thực tế vào giảng dạy vì thế chưa phát triển được khả năng quan sát và tưduy của học sinh Vì những lí do trên, với mong muốn góp phần vào việc đổimới, nâng cao chất lượng dạy và học môn Vật lí ở trường phổ thông Tôi chọn

đề tài: “Hệ thống bài tập điển hình phần quang hình Vật lí 11”

I.2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu thực trạng dạy học phần quang hình – Vật lí 11 tại trườngTHPT

- Hệ thống bài tập ở phần Quang hình – Vật lí 11 Đề xuất một số biệnpháp nâng cao chất lượng làm bài tập phần Quang hình

I.3 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống bài tập phần Quang hình – Vật lí 11 được xây dựng trên nănglực vật lí trong dạy học môn Vật lí

I.4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau:

- Nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các tài liệu, các trang web, bài viết cóliên quan

Bài tập vật lý trong chương trình dạy học có ý nghĩa đặc biệt quan trọngđược sử dụng vào những giai đoạn khác nhau, với nhiều hình thức và phươngpháp khác nhau nhằm củng cố, đào sâu mở rộng kiến thức lý thuyết và rèn luyệncho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, góp phần nâng cao khảnăng tự làm việc, phát huy tính tích cực trong việc lĩnh hội kiến thức và nghiêncứu khoa học

II.

1.1 Khái niệm về bài tập Vật lí

Trong dạy học môn vật lí, một vấn đề cần được giải đáp nhờ lập luận, suyluận khoa học bằng cách sử dụng phương pháp của Vật lí gọi là bài toán Vật lí

Tuy nhiên, khái niệm trên chỉ mang tính đơn thuần là một nhiệm vụ màhọc sinh phải giải quyết bằng sử dụng những kiến thức được học trên lớp đểchứng minh khả năng nắm nội dung lí thuyết.

II.

1.2 Tác dụng của bài tập Vật lí trong dạy học

Bài tập Vật lí giúp cho học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức

Bài tập Vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khigiải bài tập, học sinh phải nhớ lại những kiến thức đã học, có khi phảisử dụngtổng hợp kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình Trong cácbài tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức đã học như các khái niệm, định luật…, nhờ đó học sinh nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trongthực tế, thấy được những ứng dụng muôn hình muôn vẻ trong thực tiễn củanhững kiến thức đã học

- Bài tập vật lí giúp rèn kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn,rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái để giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Giúp kiểm tra, đánh giá chính xác trình độ của học sinh

- Bài tập vật lý góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh Vìviệc giải bài tập vật lý đòi hỏi phải phân tích nội dung vật lý và kỹ thuật của bài toán, với mức độ phức tạp được nâng dần từ thấp đến cao giúp nâng cao nănglực làm việc, năng lực quan sát, giải quyết vấn đề

II.1.3 Phân loại Bài tập Vật lí

Trong dạy học môn Vật lí, việc phân loại bài tập có ý nghĩa quan trọngtrên cơ sở phù hợp với đối tượng, hoàn cảnh, mục đích đặt ra Người ta có thểphân loại Bài tập vật lí dưới các hình thức sau:

II

1.3.1 Phân loại theo nội dung

- Các bài tập vật lý được phân loại theo các phần của chương trình vật lý:

cơ, nhiệt, điện, quang,…

- Bài tập vật lý còn được phân theo: bài tập có nội dung trừu tượng và bàitập có nội dung cụ thể

+ Bài tập có nội dung trừu tượng: là trong điều kiện của bài toán, bản chấtvật lý được nêu bật lên, những chi tiết không bản chất đã được bỏ bớt

+ Bài tập có nội dung cụ thể: đòi hỏi học sinh phải nhận ra bản chất vật lýcủa hiện tượng Những bài toán loại này có tác dụng tập dượt cho học sinh phân

tích các hiện tượng vật lý cụ thể để làm rõ bản chất vật lý và do đó có thể vậndụng các kiến thức vật lý cần thiết để giải.

II.1.3.2 Phân theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

- Bài tập định tính: Nhằm nhấn mạnh bản chất của Vật lí hiện tượng Khi

giải giúp học sinh rèn luyện khả năng tư duy lôgic, khả năng phân tích, tổng hợptrên cơ sở các định luật Vật lí

- Phân theo định lượng: Là bài tập có dữ liệu cụ thể Học sinh phải thực

hiện các phép tính, sử dụng công thức để xác định mối quan hệ giữa các đạilượng Khi giải dựa trên các định luật và quy tắc đặc biệt là kiến thức Toán học

- Bài tập thí nghiệm: Là bài tập phải làm thí nghiệm hoặc một trong các

thao tác thí nghiệm để kiểm chứng lí thuyết hoặc để tìm ra số liệu cần thiết choviệc giải bài tập

- Bài tập tổng hợp: Thường vận dụng một số định luật Vật lí, đôi lúc

thuộc nhiều phần khác nhau của chương trình Vật lí đưa ra kết luận, sử dụngmột số kĩ năng thực nghiệm Trong dạng bài tập tổng hợp, người ta có thể chia

ra các mức độ khác nhau để phân loại đánh giá từng đối tượng học sinh

II.2 Cơ sở thực tiễn

Qua thực tế dạy học môn vật lí ở trường THPT, tôi nhận thấy hệ thống bàitập phần Quang hình trong chương trình Vật lí 11 còn có những hạn chế nhấtđịnh, cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện Điều đó, được thể hiện trên nhữngkhía cạnh sau:

- Vai trò, tác dụng của bài tập Vật lí chưa được phát huy trong dạy học.Các bài tập mới dừng lại ở góc độ giúp học sinh ôn tập, biết vận dụng lí thuyết

và bài tập tính toán, ít liên hệ với thực tiễn và ứng dụng trong đời sống

- Nhiều giáo viên chưa chủ động, sáng tạo, trong đổi mới phương phápdạy học, nhất là việc bồi dưỡng nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh

- Tính chủ động trong việc nghiên cứu, tự làm bài tập của một số học sinhchưa cao, năng lực vận dụng tri thức đã học để giải quyết tình huống còn nhiềuhạn chế

- Kết quả học tập của học sinh thường chỉ được đánh giá bằng điểm thôngqua các bài kiểm tra định kỳ, đề bài thường đòi hỏi học sinh tái hiện kiến thức

mà chưa phát triển năng lực toàn diện cho học sinh theo yêu cầu đổi mới giáodục hiện nay

* Nguyên nhân

- Nội dung kiến thức phần quang hình Vật lí 11 khá rộng, cần phải tiếnhành nhiều hoạt động thí nghiệm, thực nghiệm Do đó, bên cạnh hoạt động dạyhọc chính khóa phải tổ chức các hoạt động ngoại khóa

- Việc giảng dạy kiến thức cho học sinh nói chung và kiến thức Vật lí ởphần Quang hình Vật lí 11 nói riêng ở một số trường vẫn còn tiến hành theo lối

“truyền thụ một chiều” hay “thông báo – tái hiện”, chưa có sự quan tâm đúngmức đến việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng hiện đại, phát huy tínhtích cực, tự giác, sáng tạo của học sinh

- Hoạt động kiểm tra đánh giá chưa bảo đảm yêu cầu khách quan, chỉ chútrọng đến đánh giá cuồi kỳ mà chưa chú trọng đánh giá thường xuyên trong quátrình dạy học Nội dung các đề thi, kiểm tra chủ yếu nằm trong chương trìnhsách giáo khoa và vận dụng kiến thức để giải các bài tập định lượng, ít ứng dụngthực tiễn

II.3 Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề

II 3.1 Hệ thống kiến thức cơ bản phần quang hình

- Chiết suất tuyệt đối: là chiết suất tỉ đối đối với chân không

- Liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 =

EMBED Equation.DSMT4

2 1

n n

)

+ Cáp quang là dây dẫn sáng ứng dụng phản xạ toàn phần để truyền tính hiệutrong thông tin và để nội soi trong y học

II.3.1.3 Lăng kính

+ Một lăng kính được đặc trưng bởi góc chiết quang A và chiết suất n

+ Tia ló ra khỏi lăng kính luôn lệch về phía đáy lăng kính so với tia tới

+ Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ

II.3.1.4 Thấu kính mỏng

+ Mọi tia sáng qua quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng

+ Tia song song với trục chính của thấu kính sẽ cho tia ló truyền qua (hay cóđường kéo dài của tia ló qua) tiêu điểm ảnh trên trục đó

+ Tia tới (hay đường kéo dài của nó) qua tiêu điểm vật trên trục sẽ cho tia lósong song với trục đó Hai tiêu điểm vật và ảnh nằm đối xứng nhau qua quangtâm

+ Mỗi thấu kính có hai tiêu diện ảnh và vật là hai mặt phẵng vuông góc với trụcchính và đi qua các tiêu điểm chính

+ Tiêu cự: f = EMBED Equation.DSMT4 OF'; thấu kính hội tụ f > 0; thấu kínhphân kì f < 0

- Không điều tiết: fmax

- Điều tiết tối đa: fmin

- Điểm cực viễn là điểm trên trục của mắt mà mắt nhìn rỏ khi không điều tiết

- Điểm cực cận là điểm trên trục của mắt mà mắt nhìn rỏ khi điều tiết tối đa.+ Năng suất phân li của mắt là góc trông nhỏ nhất ε mà mắt còn phân biệt đượchai điểm: ε≈ 1’ ≈ 3.10-4 rad (giá trị trung bình)

viễn

fmax > OV Đeo kính hội tụ

Tiêu cự có giá trị sao cho mắt đeo kính nhìn gần nhưmắt không có tật

Mắt lão CC dời xa mắt Đeo kính hội tụ.Tác dụng của kính như với mắt viễn+ Hiện tượng lưu ảnh của mắt: Tác động của ánh sáng lên màng lưới còn tồn tạikhoảng 0,1 s sau khi ánh sáng tắt

Dùng để quan sátcác vật ở rất xa

cự nhỏ

Hai bộ phận chínhcủa kính hiển vilà:

- Vật kính: thấukính hội tụ có tiêu

cự rất nhỏ (cỡ

- Vật kính: thấukính hội tụ có tiêu

cự lớn (có thể đếnhàng chục mét

- Thị kính: kínhlúp có tiêu cự nhỏ

- Thị kính: kínhlúp

II.3.2 Phân dạng bài tập

Bài tập về phần “Quang hình” có thể chia làm 4 chủ đề lớn

hay n1sini = n2sinr

+ Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng: n21 =

sang thủy tinh có chiết suất

n2 = 1,5 Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góctới i = 300

Hướng dẫn:

Câu 2: Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có

chiết suất n = 3 Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau Tínhgóc tới

Câu 3 Theo định luật khúc xạ thì

A tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng một mặt phẵng.

B góc khúc xạ bao giờ cũng khác 0.

C góc tới tăng bao nhiêu lần thì góc khúc xạ tăng bấy nhiêu lần.

D góc tới luôn luôn lớn hơn góc khúc xạ.

Câu 4 Chiếu ánh sáng từ không khí vào thủy tinh có chiết suất n = 1,5 Nếu góc

tới i là 600 thì góc khúc xạ r (lấy tròn) là

A 300 B 350 C 400 D 450

Câu 5 Tốc độ ánh sáng trong không khí là v1, trong nước là v2 Một tia sángchiếu từ nước ra ngoài không khí với góc tới là i, có góc khúc xạ là r Kết luậnnào dưới đây là đúng?

n =

EMBED Equation.3 3

4 Phần cọc nhô ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của

nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm Tính chiều sâu củalớp nước

HD = −

 IH =

r

CH CD

tan

− =

75 , 0

40

190 −

= 200 (cm)

Câu 2: Một cái máng nước sâu 30 cm rộng 40 cm

có hai thành bên thẳng đứng Lúc máng cạn nước

thì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng chân

thành B đối diện Người ta đổ nước vào máng đến

một độ cao h thì bóng của thành A ngắn bớt đi 7

cm so với trước Biết chiết suất của nước là n =

40

AC

CB AA

DB B

I' − = ' − 7



7 '

' tan

tan

−

=

B I

B I r

tan

'

= 12(cm)

Câu 3: Đặt một thước dài 70cm theo phương thẳng đứng vuông góc với đáy bể

nước nằm ngang (đầu thước chạm đáy bể) Chiều cao lớp nước là 40cm và chiếtsuất là 4/3 Nếu các tia sáng mặt trời tới nước dưới góc tới i (sini=0,8) thì bóngcủa thước dưới đáy bể là bao nhiêu?

Câu 4: Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và

độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3 Ánh nắng chiếu

theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang Độ dài bóng đen tạo thànhtrên mặt nước là

Câu 1: Một người ngồi trên bờ hồ nhúng chân vào nước trong suốt Biết chiết

suất của nước là n =

Câu 2 Một điểm sáng S nằm trong chất lỏng (chiết suất n), cách mặt chất lỏng

một khoảng 12 (cm), phát ra chùm sáng hẹp đến gặp mặt phân cách tại điểm Ivới góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương IR Đặt mắt trên phương IR nhìnthấy ảnh ảo S’ của S dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 10 (cm) Chiếtsuất của chất lỏng đó là

A n = 1,12 B n = 1,20 C n = 1,33 D n = 1,40

Câu 3 Cho chiết suất của nước n = 4/3 Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S mằn

ở đáy một bể nước sâu 1,2 (m) theo phương gần vuông góc với mặt nước, thấyảnh S’ nằm cách mặt nước một khoảng bằng

hay n1sini = n2sinr.

+Góc giới hạn phản xạ toàn phần: sinigh =

Câu 1: Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh

sang không khí, từ nước sang không khí và từ thủy tinh sang nước Biết chiếtsuất của thủy tinh là 1,5, của nước là

Câu 2 Thả nổi trên mặt nước một đĩa nhẹ, chắn sáng, hình tròn Mắt người quan

sát đặt trên mặt nước sẽ không thấy được vật sáng ở đáy chậu khi bán kính đĩakhông nhỏ hơn 20 cm Tính chiều sâu của lớp nước trong chậu Biết rằng vật vàtâm đĩa nằm trên đường thẳng đứng và chiết suất của nước là n =

3

4

Câu 3: Một miếng gỗ mỏng, hình tròn bán kính 4 cm Ở tâm O cắm thẳng góc

một cái đinh OA Thả miếng gỗ trong một chậu nước có chiết suất n =

3

4

chođầu A quay xuống đáy chậu

a) Cho OA = 6 cm Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước baonhiêu ?

b) Tìm chiều dài lớn nhất của OA để mắt không nhìn thấy đầu A của đinh

II.3.2.2 Chủ đề 2: Bài tập thấu kính

II.3.2.2.1 Dạng 1: Toán vẽ với thấu kính

- Cần 2 tia sáng để vẽ ảnh của một vật.

- Vật nằm trên tia tới, ảnh nằm trên tia ló ( hoặc đường kéo

dài tia ló)

- Giao của tia tới và tia ló là 1 điểm thuộc thấu kính.

- Nhớ được 3 tia sáng đặc biệt

- Nhớ được tính chất ảnh của vật qua thấu kính

Bài 3 Xác định loại thấu kính, O và các tiêu điểm chính?

n f

Bài 1 Thủy tinh làm thấu kính có chiết suất n = 1,5

a) Tìm tiêu cự của các thấu kính khi đặt trong không khí Nếu:

- Hai mặt lồi có bán kính 10cm, 30 cm

- Mặt lồi có bán kính 10cm, mặt lõm có bán kính 30cm

y O

A

'

A

y x

y x

b) Tính lại tiêu cự của thấu kính trên khi chúng được dìm vào trong nứơc cóchiết suất n’= 4/3?

Bài 2 Một thấu kính có dạng phẳng cầu, làm bằng thủy tinh có chiết suất

n= 1,5 Đặt trong không khí Một chùm tia sáng tới song song với trục chính chochùm tia ló hội tụ tại điểm phía sau thấu kính, cách thấu kính 12 cm

a) Thấu kính thuộc loại lồi hay lõm?

b) Tính bán kính mặt cầu?

II.3.2.2.3 Dạng 3: Xác định tính chất ảnh Mối quan hệ giữa ảnh – vật

a Phương pháp: - Áp dụng công thức xác định vị trí ảnh, độ phóng đại:

EMBED Equation.3

f d

f d d

f d

d k

Bài 1 Vật thật đặt vuông góc với trục chính của thấu kính sẽ cho ảnh như thế

nào, nếu thấu kính là

a) Thấu kính hội tụ

b) Thấu kính phân kì

Bài 2 Một thấu kính phân kì có độ tụ 1(dp) Tìm tiêu cự của thấu kính?

Bài 3 Đặt một thấu kính cách một trang sách 20 cm, nhìn qua thấu kính thấy

ảnh của dòng chữ cùng chiều với dòng chữ nhưng cao bằng một nửa dòng chữthật Tìm tiêu cự của thấu kính , suy ra thấu kính loại gì?

Bài 4 Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự f.

a) Xác định vị trí vật để ảnh tạo bởi thấu kính là ảnh thật

b) Chứng tỏ rằng khoảng cách giữa vật thật và ảnh thật có một giá trị cực tiểu.Tính khoảng cách cực tiểu này Xác định vị trí của vật lúc đó?

Bài 5 Đặt một vật cách thấu kính hội tụ 12 (cm) , ta thu được ảnh cao gấp 3 lần

vật Tính tiêu cự của thấu kính?

II.3.2.2.4: Dạng 4: Dời vật, dời thấu kính theo phương của trục chính