Hướng dẫn học sinh lớp 11 phương pháp giải nhanh các bài toán về thấu kính trong đó có ‘sự dịch chuyển của vật hoặc thấu kính

1.MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Đất nước ta thời kì cơng nghiệp hố, đại hoá, chuyển từ chế kế hoạch hoá tập chung sang chế thị trường có quản lí Nhà nước Thế giới xãy bùng nổ tri thức khoa học công nghệ Xã hội phồn vinh kỉ 21 phải xã hội “dựa vào tri thức”, vào tư sáng tạo, vào tài sáng chế người Đảng Nhà nước xác định Giáo dục mục tiêu hàng đầu, phát triển Giáo dục Đào tạo coi động lực quan trọng thúc đẩy nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố , điều kiện để phát huy nguồn lực người - yếu tố để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh bền vững Tình hình đòi hỏi giáo dục nước ta phải đổi mạnh mẽ, sâu sắc, tồn diện để đào tạo cho đất nước người lao động có hiệu hồn cảnh mới.Với việc đổi phương pháp kiểm tra đánh giá, đặc biệt với hình thức kiểm tra trắc nghiệm việc giải nhanh tốn có hiệu thực hữu ích cho học sinh Trong phần quang hình học Vật lí lớp 11, giải tốn thấu kính ta thường gặp tốn mà có ‘sự dịch chuyển vật thấu kính’ Đây dạng tốn khó, chưa có tài liệu nghiên cứu bàn sâu, kĩ tổng quát vấn đề này, đồng nghiệp , nhà trường chưa có kinh nghiệm nhiều để giải khắc phục Vì muốn cải tiến đưa phương pháp chung để hướng dẫn học sinh giải nhanh toán 1.2 Mục đích nghiên cứu Kinh nghiệm giảng dạy Vật lý lớp 11ở trường Phổ thông, giải tốn thấu kính việc áp dụng cơng thức học sinh(HS) thực thạo, giải tốn có “sự dịch chuyển vật thấu kính” đa số HS lúng túng, dẫn đến em ngại lười suy nghĩ từ hứng thú học Để giúp HS hứng thú học giải nhanh tốn cần có phương pháp chung, đưa cơng thức ghi nhớ Tơi tìm tòi nghiên cứu cải tiến phương pháp chung giải nhanh tốn thấu kính có ‘sự dịch chuyển vật thấu kính’ Trong năm tơi vận dụng phát triển đưa phương pháp chung , tổng quát, hướng dẫn HS giải dạng tốn thấy kết học tập khả quan: chất lượng nâng cao, học sinh cảm thấy hứng thú làm tập, HS tìm kết nhanh 1.3 Đối tượng nghiên cứu Tôi nghiên cứu tốn thấu kính có ‘sự dịch chuyển vật thấu kính Sau phân loại dạng tập thường gặp đưa phương pháp chung hướng dẫn học sinh giải nhanh cho dạng , tiết kiệm thời gian, đặc biệt giải nhanh toán trắc nghiệm ( phù hợp với việc đổi phương pháp kiểm tra, đánh giá nay) Từ nâng cao chất lượng dạy -học phần thấu kính Vật lí lớp 11, nâng cao chất lượng học môn Vật lý học sinh phổ thông 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lí thuyết -Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thơng tin -Phương pháp thống kê , xử lí số liệu 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm - Phân loại dạng tập thường gặp: nhiều dạng hơn, chi tiết cụ thể - Phương pháp giải toán: cụ thể hơn, khoa học nhanh - Bài tập tự luyện: nhiều 2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.Đại cương thấu kính I Thấu kính: 1.Định nghĩa Thấu kính khối chất suốt giới hạn hai mặt cầu mặt phẳng mặt cầu 2.Phân loại thấu kính Có hai cách phân loại: Về phương diện quang học, thấu kính chia làm hai loại Thấu kính hội tụ:Làm hội tụ chùm tia sáng tới Thấu kính phân kì:Làm phân kì chùm tia sáng tới Về phương diện hình học, thấu kính chia làm hai loại: Thấu kính mép mỏng:Phần rìa mỏng phần Thấu kính mép dày:Phần mỏng phần rìa Chú ý: Gọi chiết suất tỉ đổi chất làm thấu kính với mơi trường chứa n, n= ntk nmoitruong Nếu n>1,thấu kính mép mỏng thấu kính hội tụ, thấu kính mép dày thấu kính phân kỳ Nếu n 0, thấu kính phân kỳ f < - Mặt phẳng tiêu diện: a.Tiêu diện ảnh Mặt phẳng vng góc với trục tiêu điểm ảnh gọi tiêu diện ảnh b.Tiêu diện vật Mặt phẳng vng góc với trục tiêu điểm vật gọi tiêu diện vật Nhận xét: Tiêu diện vật tiêu diện ảnh đối xứng qua trục c.Tiêu điểm phụ +Tiêu điểm vật phụ: Là giao trục phụ tiêu diện vật +Tiêu điểm ảnh phụ: Là giao trục phụ tiêu diện ảnh II Đường tia sáng qua thấu kính: 1/ Các tia đặc biệt : + Tia qua quang tâm O truyền thẳng + Tia qua tiêu điểm chính( có đường kéo dài qua tiêu điểm F) cho tia ló song song trục + Tia tới song song trục cho tia ló qua tiêu điểm F / (hoặc đường kéo dài qua F/ ) F/ O O F/ O 2/ Tia tới bất kỳ: - Vẽ tiêu diện vng góc trục tiêu điểm ảnh F/ - Vẽ trục phụ song song với tia tới SI,cắt tiêu diện tiêu điểm phụ F1 - Vẽ tia ló qua tiêu điểm phụ F1 (hoặc đường kéo dài qua tiêu điểm phụ) F1 O F / F F1 O III Ảnh vật cho thấu kính Vẽ ảnh vật cho thấu kính: a/ Vật điểm sáng nằm ngồi trục chính: Vẽ hai ba tia đặc biệt b/ Vật điểm sáng nằm trục chính: Dùng tia tia theo trục c/ Vật đoạn thẳng AB vng góc trục chính,A trục vẽ ảnh B / B sau hạ đường vng góc xuống trục ta có ảnh A/B/ Lưu ý: Vật thật ,ảnh thật vẽ nét liền, ảnh ảo vẽ nét đứt Tia sáng vẽ nét liền, có dấu mũi tên chiều truyền tia sáng 2/ Tính chất ảnh(chỉ xét cho vật thật) Ảnh thật Ảnh ảo -Chùm tia ló hội tụ -Chùm tia ló phân kì -Ảnh hứng -Ảnh khơng hứng màn,muốn -Ảnh có kích thước ngược chiều với nhìn phải nhìn qua thấu kính vật, khác bên thấu kính -Ảnh có kích thước chiều vật, -Ảnh điểm sáng khác bên thấu bên thấu kính với vật kính, khác bên trục với vật Ảnh điểm sáng bên thấu kính, bên trục với vật 3/ Vị trí vật ảnh: Xét vật sáng đoạn thẳng nhỏ AB vng góc trục Bảng tổng kết tính chất vật ảnh qua thấu kính(CO=C’O=2OF) 1.Với thấu kính hội tụ STT Vị trí vật Vị trí ảnh Tính chất ảnh Vật vơ ( d= ∞ ) Ảnh thật tiêu cự Vật thật từ ∞ đến C ( d< 2f) Ảnh thật F’C’ Ảnh nhỏ hơn, ngược chiều vật Vật thật C (d=2f) Ảnh thật C’ Ảnh vật, ngược chiều vật Vật thật từ C đến F( f0 - Ảnh vật dịch chuyển chiều Ảnh thật: k1 k > Ảnh ảo: k1 k < - Khi tốn có số liệu cụ thể, điều quan trọng phải xác định dấu độ lớn đại lượng Vận dụng: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính phân kì cho ảnh cao nửa vật Dịch chuyển vật 12 cm theo trục ảnh cao phần ba vật Tìm tiêu cự thấu kính độ dịch chuyển ảnh Giải: Ta có: k1= 1/2; k2= 1/3; a=12( vật dịch chuyển xa) 1 k1 k 2 12 = −12 ⇒ f = a = Thay vào công thức 1 k − k1 − b = f (k1 − k ) = cm, ảnh dịch chuyển xa 2.Biết a, b, k1 Tìm f Vật sáng AB vị trí 1, thấu kính cho ảnh thật với độ phóng đại k1 Dịch vật xa đoạn a ảnh dịch đoạn b Biết a,b khoảng cách cho trước Tính tiêu cự thấu kính( theo a,b,k1) Giải: Từ đề k10 nên ta có: d = f (1 − ) k1 d + a = f (1 − 1  ⇒a= f  −   k1 k2  ⇒ b = f (k2 − k1 ) ⇒ k2 = ) k2 (1) b + k1 f d ' = f (1 − k1 ) d '− b = f (1 − k2 ) (2) Từ (1) (2) ta được:    1 b a = f − + ⇔a= f k1 (b + k1 f )  b + k k1   f  ⇔ ak1b + ak12 f = bf ⇔ k1ab = f (b − ak12 ) k ab f = b − ak1 Vận dụng: Một vật sáng AB qua thấu kính hội tụ cho ảnh thật A 1B1 vật Dịch chuyển AB xa thấu kính 10 cm ảnh dịch đoạn cm Tìm tiêu cự thấu kính k ab Giải: Ta có: k1=-1; a=10 cm, b=5 cm Áp dụng công thức: f = b − ak = 10 cm 3.Biết a,b, k2/k1 Tìm f Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh A’B’, dịch vật lại gần thấu kính đoạn a ảnh dịch đoạn b, biết ảnh cao gấp k lần ảnh trước hai ảnh tính chất Tính tiêu cự thấu kính Giải: Ta có: 1 ) d − a = f (1 − ) k1 k2 d ' = f (1 k1 ) (đối với ta xem a,b >0) d '+ b = f (1 − k2 ) Trong đó: k2 = k k1 (k > 0) ta có : d = f (1 −   f 1     d − a = f 1 −  a = k  k − 1     kk1  ⇒   d '+ b = − kk  b = fk [ − k ] [  1]  k ab 1 − k  ⇒ ab = f  (1 − k ) f = (đối với ta xem a,b >0) 1− k  k  NÕu k > 1: − k = k − NÕu k < 1: − k = − k Vận dụng: Vật thật qua thấu kính cho ảnh thật, vật dịch chuyển thấu kính thêm 20cm, ảnh dịch chuyển 30 cm, biết ảnh thật lúc sau 1,5 lần ảnh thật lúc đầu a Xác định loại thấu kính, chiều dịch chuyển ảnh b.Tính tiêu cự thấu kính Giải: Thấu kính hội tụ, ảnh xa thấu kính Ta có: k = 1,5; a = 20 cm; b = 30 cm Thay vào công thức ta được: f = 1,5.20.30 = 60 cm − 1,5 4.Biết ai, ki Tìm f Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh A’B’, có độ phóng đại k, dịch vật xa vật đoạn a1 cho ảnh có độ phóng đại k Dịch vật xa thêm đoạn a ảnh có độ phóng đại Tính tiêu cự thấu kính theo a1, a2 k Giải: Do dịch chuyển mà ảnh không đổi độ lớn suy ảnh phải thay đổi tính chất nên ta có: d = f (1 − ) k d + a1 = f (1 − ) k d + a1 + a = f (1 + k ) ⇒ a1 = 2f k a = f (k − ) k 2f a  2a a a2 a ⇒ a = f  −  ⇒ f = + ⇒ f = 4  a1 f  2a +1 a1 Vận dụng: Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh A’B’ cao gấp lần vật, dịch vật xa vật đoạn 10 cm cho ảnh cao gấp lần vật Dịch vật xa thêm đoạn 15 cm ảnh cao nửa vật Tính tiêu cự thấu kính Giải: Ta có: k=-2; a1= 10 cm; a2 =15 cm ⇒ f = a1 2a + = 10 cm a1 D1.1.2: Vật chuyển động với vận tốc v Phương pháp: - Tìm độ dịch chuyển vật thời gian t: a = d − d1 - Tìm quãng đường vật được: S1 S = vt Liên hệ a S1 S ' ' - Tìm độ dịch chuyển ảnh thời gian t: b = d − d1 - Tìm quãng đường ảnh được: S '1 S ' = v' t Liên hệ b S '1 S ' v S1 S - Lập tỉ số: v' = S ' S ' để triệt tiêu t - Tính tốn Vận dụng: Một điểm sáng S cách trục khoảng h= cm , chuyển động theo phương trục từ khoảng cách 2f đến 1,5f thấu kính với vận tốc v= cm/s, người ta thấy vận tốc trung bình ảnh S’ v’= cm/s Tính tiêu cự thấu kính Suy ra: d1' = f ; d 2' = f Giải: - Ta có: d1= 2f; d2 =1,5 f - Quãng đường S dịch chuyển thời gian t: S1S2 = vt= d − d1 = 0,5 f - Độ dời ảnh: b = d 2' − d1' = f - Quãng đường ảnh được: S1’S2’= - Suy ra: h b = v'.t , : tan α = f cos α v h = 0,5 cos α → cos α = → α = 30 → f = = 3cm v' tan 30 D1.2: Vật dịch chuyển theo phương vuông góc với trục Phương pháp: Thấu kính giữ cố định - Khoảng cách từ vật đến thấu kính(d) khơng đổi, tiêu cự f không đổi nên khoảng cách từ ảnh đến thấu kính(d’) khơng đổi: 1 + = d d' f - Vật dịch chuyển theo phương vng góc với trục chính: độ dịch chuyển ∆y - Do ảnh dịch chuyển theo phương vng góc với trục chính: độ dịch chuyển ∆y ' ∆y ' d' - Ta có: ∆y = − d = k k>0: ảnh, vật dịch chuyển chiều( ảnh ảo) k