Mắt lão - Đặc điểm: Khi đến độ tuổi trung niên điểm cực cận C C dời ra xa mắt - Cách khắc phục đơn giản nhất: Đeo cho mắt lão thấu kính hội tụ thích hợp.. - Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chín
Trang 11 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của quá trình dạy học là nhằm chuyển những quan niệm sai lệch của học sinh thành những quan niệm khoa học Chính vì vậy hiểu rõ những quan niệm sai lệch của học sinh và tìm ra phương pháp phù hợp để khắc phục những quan niệm đó là việc cần làm của người giáo viên
Để khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh, người thầy phải lựa chọn phương pháp sao cho phù hợp với bộ môn, vừa phải phù hợp với quĩ thời gian của tiết học Việc sử dụng các bài tập sẽ tạo hứng thú học tập cho học sinh, giúp các em tiếp nhận kiến thức một cách dễ dàng và sẵn sàng gạt bỏ những sai lầm trước đó, đồng thời các em có ấn tượng và ghi nhớ lâu hơn các kiến thức vừa học, đặc biệt đối với các lớp mà đa số là học sinh trung bình
Xuất phát từ những cơ sở nói trên, tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài:
“ Sử dụng bài tập vật lý nhằm phát hiện và khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh qua dạy học chương “Mắt Các dụng cụ quang” Vật lý 11- THPT”
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song đề tài nghiên cứu không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tác giả kính mong nhận được sự đóng góp những ý kiến quý báu của quý thầy cô, các bạn đồng nghiệp và bạn đọc
Xin chân thành cảm ơn!
1.2 Mục đích nghiên cứu
Góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Mắt Các dụng cụ quang” thông qua việc sử dụng bài tập để phát hiện và khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Nội dung, phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông
- Hoạt động dạy và học Vật lý ở trường THPT Tĩnh gia 2
- Hệ thống kiến thức lý thuyết và hệ thống bài tập thuộc chương “Mắt Các dụng
cụ quang” Vật lý 11 - THPT
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu từ sách,
báo, mạng internet và bài tập thuộc chương “Mắt Các dụng cụ quang” Vật lý 11
- THPT
- Phương pháp điều tra: Quan sát, điều tra, thăm dò, trao đổi trực tiếp với đồng
nghiệp và học sinh, để tìm hiểu thực trạng dạy – học chương “Mắt Các dụng cụ quang” Vật lý 11-THPT
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu
quả sử dụng đề tài nghiên cứu trong việc dạy – học chương “ Mắt Các dụng cụ quang” năm học 2017 – 2018 của trường THPT Tĩnh Gia II
Trang 22 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Cơ sở lý luận
2.1.1 Lăng kính
2.1.1.1 Định nghĩa: Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất (thủy tính,
nhựa, nước, ) thường có dạng hình lăng trụ tam giác (Hình 1)
Hình 1
ABC là tiết diện thẳng của lăng kính
Cạnh
C B
A
Hình 2
D
r2
r1
i2
i1
R S
J I
C B
A
2.1.1.2 Đường đi của tia sáng qua lăng kính (Hình 2)
2.1.1.3 Công thức lăng kính
{sin i1 =nsinr1
sin i2=nsinr2
A=r1+r2
D=i1+i2−A
2.1.2 Thấu kính mỏng
2.1.2.1 Định nghĩa: Thấu kính là một khối chất trong suất (thủy tinh hay nhựa, ) giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng
2.1.2.2 Công thức tổng quát tính độ tụ của thấu kính:
D=1
f=(n ' n −1) (R11+
1
R2) , trong đó:
+ R1;R2: là bán kính của hai mặt cầu Mặt cầu lồi thì bán kính lấy dấu dương; mặt cầu lõm thì bán kính lấy dấu âm Bán kính của mặt phẳng bằng vô cùng + n ;n ': là chiết suất của chất làm thấu kính và chiết suất của môi trường đặt thấu kính (như các hình: Hình 3; Hình 4; Hình 5; Hình 6; Hình 7; Hình 8)
(R1> 0; R2 > 0) Hình 3
n '
n
R2
R1
C2
C1
C1
n ' n
R1
Hình 4 (R1 > 0; R2 = ∞)
Trang 3n '
n C2 C1
Hình 5 (R1< 0; R2 > 0)
R2
R1
C2
C1
(R1 < 0; R2 < 0) Hình 6
n' n
R2
R1
Hình 7 (R1 < 0; R2 = ∞)
R1
n' n
C1
Hình 8
R2
C2
C1 n
n '
R1
(R1 < 0; R2 > 0)
( Trong các hình trên thấu kính là phần được tô màu)
- Nếu thấu kính đặt trong môi trường là không khí, thì: n ' ≈ 1
¿ >D=1
f=(n−1)(R11+
1
R2)
2.1.2.3 Công thức thấu kính
- Công thức liên hệ giữa độ tụ và tiêu cự: D=1
f
Trong công thức này tiêu cự f đo bằng đơn vị mét (m); độ tụ D đo bằng đơn vị điốp (dp)
- Công thức xác định vị trí ảnh: 1f= 1
d+
1
d '
+ Ảnh thật: d '
> 0; Ảnh ảo: d '<0
- Công thức xác định số phóng đại của ảnh: k = AB´
´
A ' B '=
−d
d '
+ k >0: ảnh và vật cùng chiều; k <0: ảnh và vật ngược chiều
2.1.3 MẮT
- Mắt hoạt động như một máy ảnh
- Mắt có hai bộ phận chính:
+ Thấu kính mắt đóng vai trò như vật kính
của máy ảnh
+ Màng lưới có vai trò như phim
- Mắt không có tật: khi không điều tiết có
tiêu điểm nằm trên màng lưới (Hình 9) Hình 9
∞
2.1.3.1 Mắt cận thị
Trang 4- Các đặc điểm:
+ Điểm cực viễn C V cách mắt khoảng không lớn (cỡ 2 m trở lại)
+ Điểm cực cận C C gần mắt hơn mắt không có tật (mắt bình thường)
+ Khi không điều tiết tiêu điểm ảnh F’ nằm trước màng lưới V(Hình 10):
f max<OV
- Cách khắc phục đơn giản nhất: Đeo cho mắt cận thị một thấu kính phân kì (coi như đặt sát mắt) sao cho ảnh của vật ở vô cực qua thấu kính hiện lên ở điểm C V
của mắt (Hình 11)
Hình 10
V O
∞
V O
∞
Hình 11
2.1.3.2 Mắt viễn thị
- Các đặc điểm:
+ Nhìn vật ở xa vô cùng phải điểu tiết
+ Điểm C C ở xa hơn mắt bình thường
+ Khi không điều tiết F’ nằm sau màng
lưới V (Hình 12): f max>OV
V O
∞
Hình 12
- Cách khắc phục đơn giản nhất: Đeo cho
mắt viễn một thấu kính hội tụ sao cho mắt
viễn có thể nhìn thấy rõ các vật ở gần như
mắt bình thường (Hình 13)
Hình 13
∞
2.1.3.3 Mắt lão
- Đặc điểm: Khi đến độ tuổi trung niên điểm cực cận C C dời ra xa mắt
- Cách khắc phục đơn giản nhất: Đeo cho mắt lão thấu kính hội tụ thích hợp (Người cận thị lớn tuổi thường đeo kính hai tròng: phần trên phân kì, phần dưới hội tụ)
2.1.4 Các dụng cụ quang
2.1.4.1 Kính lúp
- Công dụng: Kính lúp là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật nhỏ (các linh kiện đồng hồ, ) Nó có tác dụng làm tăng góc trông bằng cách tạo ra một ảnh ảo lớn hơn vật và nằm trong giới hạn nhìn rõ của mắt
- Cấu tạo: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ (vài cm)
- Công thức tổng quát tính số bội giác của kính lúp: G=|k| Đ
l+|d '|
(l :khoảng cách từ mắt đến kính)
+ Khi ngắm chừng ở vô cực: G ∞=Đ
f
Trang 5+ Khi ngắm chừng ở cực cận: G c=|k c|
2.1.4.2 Kính hiển vi
- Công dụng: Kính hiển vi là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt làm tăng góc trông ảnh của những vật rất nhỏ, với số bội giác lớn hơn rất nhiều so với số bội giác của kính lúp
- Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chính
+ Vật kính là một thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự rất nhỏ (cỡ milimet)
+ Thị kính là một thấu kính hội tụ L2 có vai trò như một kính lúp
(khoảng cách giữa vật kính và thị kính không đổi)
- Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực: G ∞=|k1|G2 =δ Đ
f1f2
2.1.4.3 Kính thiên văn
- Công dụng: Kính thiên văn là dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt trong việc quan sát các vật ở rất xa (các thiên thể, )
- Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chính
+ Vật kính là một thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự rất rất lớn (có thể hàng chục mét)
+ Thị kính là thấu kính hội tụ L2 có tiêu cự ngắn (vài centimet)
(khoảng cách giữa vật kính và thị kính thay đổi được)
- Số bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực: G ∞=f1
f2
2.2 Nguyên nhân chung dẫn tới những khó khăn, sai lầm học sinh gặp phải khi học một số kiến thức chương “Mắt Các dụng quang”
2.2.1 Về nội dung kiến thức
- Trong phần này có nhiều công thức cần ghi nhớ, và một đại lượng có nhiều công thức tính, do đó học sinh (HS) dễ nhầm lẫn
- HS không được thực hiện lắp ráp các mô hình của các quang cụ (trả lời cho câu hỏi “Như thế nào”) do vậy sẽ không tạo được niềm tin tuyệt đối của HS vào kiến thức thu được
2.2.2 Về phía giáo viên giáo viên
- Giáo viên (GV) chưa tích cực vận dụng các phương pháp mới vào thực tế giảng dạy Một mặt do tâm lý ngại thay đổi, sợ mất thời gian, không có đủ phương tiện, dụng cụ thí nghiệm; mặt khác do nhiều GV chưa biết cách khai thác kiến thức và tổ chức giờ học tích cực tạo được sự lôi cuốn, gây hứng thú học tập cho HS
Trang 62.2.3.Về phía học sinh
- HS quên nhiều kiến thức vật lý: Cách vẽ đường đi của tia sáng qua các linh kiện quang học, cách dựng ảnh và tính chất của ảnh tạo bởi, thấu kính
- HS chưa có kỹ năng dựng ảnh qua hệ quang học
- HS chưa có nhiều kỹ năng làm việc theo nhóm, kỹ năng thực hành nên GV mất nhiều thời gian trong việc tổ chức cho HS thảo luận, làm thí nghiệm
2.3 Đề xuất biện pháp khắc phục khó khăn, hạn chế thực trạng trên
Dưới đây tác giả đề xuất một số quan niệm (QN) sai lầm mà học sinh hay gặp phải và các biện pháp giúp học sinh khắc phục những QN sai lầm đó
2.3.1 QN1: Mắt cận phải đeo thấu kính phân kì (TKPK), mắt viễn phải đeo thấu kính hội tụ (TKHT)
Bài tập 1: Hãy cho biết mắt cận phải đeo kính gị? Mắt viễn phải đeo kính gì?
Giải thích?
Cách giải thích sai học sinh hay mắc phải: Mắt cận thị có độ tụ nhỏ hơn mắt
bình thường nên đeo TKHT, nghĩa là để tăng độ tụ Và ngược lại mắt viễn thị có
độ tụ lớn hơn mắt bình thường nên phải đeo TKPK để giảm bớt độ tụ
Nguyên nhân: Do HS chưa hiểu tác dụng của kính khi đeo ứng với từng loại
mắt tật, chưa nắm rõ đặc điểm khắc phục: đó là, khi đeo kính để chữa các tật của mắt thì kính có tác dụng tạo ra ảnh của vật sao cho mắt nhìn rõ ảnh đó (ảnh cuối cùng hiện trên màng lưới)
Khi đeo kính thì mắt và kính tạo thành một hệ thấu kính đồng trục Ở đây HS đã suy nghĩ nhầm về nghĩa của các từ “hội tụ” : làm tăng độ tụ, “phân kì” : làm giảm độ tụ
Câu hỏi gợi ý:
- Chùm tia sáng song song truyền đến mắt cận sẽ cho chùm tia ló hội tụ trước hay sau màng lưới?
- Chùm tia sáng song song truyền đến mắt viễn sẽ cho chùm tia ló hội tụ trước hay sau màng lưới?
- Vật ở vô cực sẽ cho ảnh ở vị trí nào của thấu kính? Đối với mắt cận ta đeo kính
để có tác dụng nhìn vật ở đâu mà không phải điều tiết? Khi đó ảnh của vật phải hiện lên ở vị trí nào của mắt? Vậy, phải sử dụng thấu kính loại nào?
Trang 7- Đối với mắt viễn ta đeo kính để có tác dụng nhìn vật ở đâu mà không phải điều tiết? Khi đó ảnh của vật phải hiện lên ở vị trí nào của mắt? Vậy, ta phải sử dụng thấu kính loại nào?
Lời giải đúng: Mắt cận đeo TKPK, mắt viễn đeo TKHT.
Có thể sử dụng thêm hai bài tập sau để kiểm tra và khắc sâu kiến thức cho HS:
Bài tập 2: Tại sao đeo kính cận lại có thể giúp kính mắt cận nhìn xa rõ như mắt
bình thường? Hãy sờ vào chiếc kính cận để xem đó là kính gì? Tại sao đeo kính viễn thị lại có thể giúp cho mắt viễn nhìn rõ như mắt bình thường? Hãy sờ vào chiếc kính viễn xem đó là chiếc kính loại gì?
Bài tập 3: Điều nào sau đây là sai khi nói về mắt bị tật cận thị?
A Khi không điều tiết, mắt cận thị có tiêu điểm nằm trước màng lưới
B Điểm cực viễn và điểm cực cận của mắt cận thị đều gần hơn so với mắt bình thường
C Để sửa tật cận thị phải đeo kính phân kì có độ tụ thích hợp
D Để sửa tận cận thị phải đeo kính hội tụ có độ tụ thích hợp
Vì chưa nắm rõ đặc điểm của mắt cận thị, nên nhiều HS chọn đáp án B Đáp án đúng là: D
Bài tập 4: Một mắt có tật trong không khí nhưng khi lặn xuống nước và nhìn
trong nước thì trở thành mắt bình thường, không tật Trong không khí mắt này bị tật gì?
C mắt bình thường bị lảo thị D không có đá án đúng
Lời giải của HS: chọn đáp án D.
Nguyên nhân: HS cho rằng mắt có tật thì khi lặn trong nước cũng là mắt có tật
không thể trở thành mắt bình thường, không tật được Không hiểu độ tụ của thấu kính phụ thuộc vào chiết suất môi trường
Lời giải đúng: Áp dụng công thức tính độ tụ của thấu kính (hay của mắt nói
riêng) theo chiết suất môi trường: D=1
f=(n ' n −1) (R11+
1
R2)
+ Trong không khí: n ' ≈ 1; trong nước: n '>1
Như vậy khi đi từ không khí vào nước độ tụ của mắt giảm, nên mắt cận trở thành mắt bình thường, nghĩa là tật của mắt khi ở trong không khí là tật cận thị
Trang 82.3.2 QN2: Mắt cận thị khi về già kết hợp với tật lão thị mắt sẽ được trung hòa và không bị tật nữa.
Khắc phục: Mắt người bị cận thị khi về già bị thêm tật lão thị, nên phải đeo kính hai tròng, nửa trên nhìn xa, nửa dưới nhìn gần (chỉ có thể giảm cận thị, do
cơ mắt hoạt động yếu, thủy tinh thể ít căng phồng)
Bài tập 5: Một mắt cận về già có điểm cực cận cách mắt 0,4 m và điểm cực viễn
cách mắt 1 m
a) Phải đeo kính L1 loại gì, có độ tụ bao nhiêu để có thể nhìn thấy vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiết? Kính đeo cách mắt 1 cm
b) Để có thể đọc sách cách mắt 20 cm khi mắt điều tiết tối đa, người ta phải gắn thêm vào phần phía dưới của L1 một thấu kính hội tụ sao cho mắt nhìn qua cả L1
và L2 Tính độ tụ của kính L2
Lời giải sai mà HS hay mắc phải:
a) Để mắt nhìn xa vô cực mà không phải điều tiết thì phải đeo cho mắt một kính sao cho ảnh của vật cần quan sát hiện lên ở điểm cực viễ của mắt
Như vậy: d=∞; d '=O C V=1 m
Tiêu cự của kính phải đeo là: D=1
f=
1
d+
1
d '=
1
∞+
1
1=1(dp)
Vậy, kính phải đeo là TKHT có độ tụ: D=1 dp
Nguyên nhân dẫn đến sai của HS: HS không nhận ra ảnh ở trước thấu kính thì
d '
< 0; và quyên tính đến khoảng cách từ mắt đến thấu kính
b) Để có thể nhìn rõ chữ trên trang sách cách mắt 20 cm thì phải đeo kính L2 thì phải đeo kính sao cho hàng chữ (vật A) cách mắt 20 cm (tức cách kính 20 – 1 =
19 cm) sẽ cho ảnh A’ tại điểm cực cận của mắt trước mắt 0,4m = 40 cm (tức là trước kính 39 cm)
Tiêu cự của L2 là: f2=d2 d2'
d2+d2'=
19.(−39)
741
20 =37,05 cm
Nguyên nhân sai : HS chưa nắm được khi đeo thêm kính L2 thị hệ hai kính L1 và
L2 là hệ ghép sát tương đương như một thấu kính L, tức là tiêu cự : f2 là của thấu kính L chứ không phải của L2
Trang 9Câu hỏi gợi ý :
a) Khi đeo kính L1 vật ở vô cùng sẽ cho ảnh ở vị trí nào của kính ?
- Để mắt nhìn xa vô cực không phải điều tiết thì ảnh của vật qua kính L1 phải hiện lên ở điểm nào trước mắt ?
- Vậy, tiêu điểm ảnh của L1 và điểm cực viễn của mắt có vị trí như thế nào ?
- Ảnh của kính đeo là ảnh thật hay ảnh ảo ? (d ' có giátrị âmhay dương¿?
- Kính đeo cách mắt 1 cm vậy ảnh tạo ra cách kính như thế nào ?
b) Khi ghép thêm vào phần phía dưới của L1 một thấu kính L2 thì phần phía dưới tương đương như một thấu kính có tiêu cự được tính như thế nào ?
Lời giải đúng :
a) Kính L1 phải đeo sao cho khi nhìn vật A ở xa vô cùng thì ảnh A’ phải hiện lên
ở điểm cực viễn của mắt Vậy, điểm F1' của kính trùng với điểm cực viễn của mắt (F1' trước kính¿, tức là cách kính : 100 cm – 1 cm = 99 cm Vì tiêu điểm ảnh trước kính nên kính L1 là kính phân kì, có tiêu cự : f1=−99 cm
¿ >D1= 1
f1=
1
−100
99 (dp) b) Để có thể nhìn rõ dòng chữ (vật A) cách mắt 20 cm (cách kính : 20 cm – 1 cm
= 19 cm), thì phải đeo một thấu kính L sao cho ảnh của dòng chữ là A’ hiện lên tại điểm cực cận của mắt (trước kính : 40 cm – 1 cm = 39 cm)
Tiêu cự của L là : f = d d
'
d +d '= 19.(−39)
741
20 =37,05 cm
Coi L là hệ hai kính ghép sát từ L1 và L2, áp dụng công thức của hệ ghép sát ta
có : 1f= 1
f1+
1
f2=¿f2 = f1 f
f1−f=
−99.37,05
−99−37,05≈ 26,96 cm
¿ >D2= 1
f2=
1 0,2696≈ 3,71(dp)
Bài tập 6 : Một người phải dùng hai cái kính Muốn đọc sách cách mắt gần nhất
là 25 cm, người đó phải đeo kính có độ tụ D1=+1,25 d p Muốn nhìn rất xa mà không phải điều tiết, người đó phải đeo kính có độ tụ D2=−1,25 dp (coi là kính đặt sát mắt)
Trang 10a) Khi không đeo kính, người đó nhìn được những vật đặt trong khoảng nào trước mắt ?
b) Làm thế nào để chỉ cần dùng một chiếc kính cho đỡ bất tiện ?
2.3.3.QN3 : Mắt lão thị khi nhìn vật ở vô cực không phải điều tiết.
Bài tập 7 : Một mắt lão thị Có thể kết luận như thế nào khi mắt này nhìn một
vật ở vô cực ?
A mắt này nhìn thấy vật ở vô cực mà không phải điều tiết
B mắt này phải điều tiết thì mới nhìn thấy vật ở vô cực
C mắt này không thể nhìn thấy vật ở vô cực dù có điều tiết
D A, B, C đều có thể đúng
Lời giải HS: Chọn đáp án A
Nguyên nhân sai: HS chưa xét hết các trường hợp của mắt bị lão thị đó là: mắt
bình thường khi về già; mắt cận về già; mắt viễn về già
Câu hỏi gợi ý:
- Mắt lão thị có thể có những trường hợp nào?
- Với các trường hợp mắt lão thị, khi nhìn vật ở vô cực có phải điều tiết không?
Lời giải đúng:
A đúng nếu đây là mắt bình thường về già
B đúng nếu đây là mắt viễn về già
C đúng nếu đây là mắt cận về già
Như vậy, đáp án đúng là D
Bài tập 8: Loại mắt nào kể dưới đây chỉ nhìn thấy vật ở vô cực nếu điều tiết?
C mắt bình thường về già D mắt cận về già
Đáp án: B
Bài tập 9: Loại mắt nào dưới đây không thể nhìn thấy vật ở vô cực dù có điều
tiết hay không điều tiết?