SKKN THPT: Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn

SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: Giải tập thấu kính ứng dụng vào thực tiễn Tác giả sáng kiến: NGUYỄN THỊ ĐÀO Mã sáng kiến: 09.54.02 SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: Giải tập thấu kính ứng dụng vào thực tiễn Tác giả sáng kiến: NGUYỄN THỊ ĐÀO Mã sáng kiến: 09.54.02 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu: Phát bồi dưỡng học sinh giỏi coi nhiệm vụ trọng tâm người giáo viên vật lí, q trình cơng phu gian khó, nhiên vinh dự Những thành công đạt công tác niềm động viên khích lệ to lớn thầy trị, thước đo trí tuệ khẳng định chất lượng nhà trường Tuy nhiên, thời gian gần đây, số học sinh trường THPP A nói riêng tham gia thi học sinh giỏi tỉnh mơn vật lí ngày hạn chế, thêm vào kiến thức phần Thấu kính bắt đầu xuất nhiều đề thi THPTQG kết đạt học sinh nhà trường cịn khiêm tốn Do vậy, tơi chọn chuyên đề “Giải tập thấu kính ứng dụng vào thực tiễn”, thuộc nội dung kiến thức chương trình vật lí lớp 11 thường có đề thi THPTQG học sinh giỏi cấp, để nhằm trao đổi với đồng nghiệp tạo tài liệu tham khảo giúp ích cho em học sinh q trình ơn luyện thời gian tới Tên sáng kiến: Giải tập thấu kính ứng dụng vào thực tiễn Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Nguyễn Thị Đào - Địa tác giả sáng kiến: KĐT Hà Tiên - Liên Bảo - Vĩnh Yên - Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0985.688.490 - E_mail:nguyenthidao.gvtranhungdao@vinhphuc.edu.vn Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Tác giả Nguyễn Thị Đào Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Áp dụng cho học sinh ôn thi THPT QG ôn thi học sinh giỏi cấp THPT, hình thành vận dụng vào đời sống Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử Thời gian áp dụng thử: Ngày 25/3/2019 Mô tả chất sáng kiến: 7.1 Cơ sở lí luận vấn đề nghiên cứu Có thể nói, dạy học vật lí giúp phát triển tư cho học sinh từ nhiều hướng, đặc biệt thông qua tập vật lí Vì tập vật lí có tác dụng củng cố, khắc sâu mở rộng kiến thức học, rèn luyện lực vận dụng cách phong phú, sinh động, đồng thời giúp học sinh rèn luyện kĩ cần thiết vật lí ứng dụng vào thực tiễn Trong giảng dạy vật lí, người giáo viên biết lựa chọn, xây dựng hệ thống tập vật lí thiết kế phương án dạy học tích cực, khơi dậy niềm đam mê học sinh khơng vận dụng tốt kiến thức việc học tập, thi cử mà cịn vận dụng tốt vào thực tế đời sống 7.2 Thực trạng nhà trường việc dạy học ơn thi phần thấu kính biện pháp cải tiến Trong kì thi chọn học sinh giỏi năm gần đây, học sinh chưa làm tốt tập thấu kính Thêm vào đó, nhà trường phổ biến tạo điều kiện cho học sinh tham gia vào thi sáng tạo khoa học kĩ thuật tỉnh số lượng học sinh tham gia cịn ít, chất lượng chưa cao Do đó, tơi phân dạng chi tiết dạng tập thấu kính vận dụng sáng tạo vào dạy học việc khơi dậy niềm đam mê tìm hiểu ứng dụng lĩnh vực vật lí vào thực tiễn đời sống 7.3 Nội dung sáng kiến A LÝ THUYẾT 1.1 Thấu kính 1.1.1 Định nghĩa - Thấu kính: mơi trường suốt, đồng chất giới hạn hai mặt cầu, mặt cầu mặt phẳng - Thấu kính mỏng: Là thấu kính có bề dày d 2f: ảnh thật ngược chiều, nhỏ vật + d=2f: ảnh thật, ngược chiều vật +Vật nằm F: cho ảnh vô cực +Vật nằm OF cho ảnh - Với vị trí vật, ln cho ảnh ảo, phía, chiều, nhỏ vật nằm khoảng OF - Khi vật vô cực: ảnh ảo, nhỏ so với vật, nằm tiêu diện ảo chiều, lớn vật b) Vật ảo B F B’ B o A’ F’ A A’ F’ o - Với vị trí vật F A B’ ln cho ảnh thật chiều, nhỏ vật - Tùy theo vị trí vật mà ảnh thật (cùng chiều với vật ) ảo (ngược chiều với vật) + d >2f: ảnh ảo, ngược chiều vật, nhỏ vật + d =2f : ảnh ảo, ngược chiều vật + d với thấu kính hội tụ f < với thấu kính phân kì (|f| = OF = OF’) - Khả hội tụ hay phân kì chùm tia sáng thấu kính đặc trưng độ tụ D xác định D= n 1 = ( tk − 1)( + ) f n mt R1 R2 (f : mét (m); D: điốp (dp)) (R1, R2 bán kính cong mặt cầu giới hạn thấu kính, qui ước: R > : mặt lồi; R < : mặt lõm; R = ∞: mặt phẳng ) 1 + = d d' f b) Hệ thức d, d’, f: d: khoảng cách từ vật đến thấu kính, d > vật thật , d < vật ảo d’: khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, d’ > ảnh thật , d' < ảnh ảo c Độ phóng đại dài: k =− d' ; d k = A' B ' AB (k > 0: ảnh, vật chiều; k < 0: ảnh, vật ngược chiều.) ( | k | > 1: ảnh cao vật, | k | < 1: ảnh thấp vật ) B CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Bài toán vẽ thấu kính Cần nhớ: Phải nắm vững đường tia sáng qua thấu kính hội tụ, phân kì, tính chất vật ảnh dùng phép vẽ (dựng hình) để xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’; loại thấu kính… * Mọi tia sáng tới có phương qua vật - Tia tới qua quang tâm O truyền thẳng * Mọi tia ló có phương qua ảnh - Hướng truyền tia ló gần trục hướng truyền tia tới đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ - Hướng truyền tia ló xa trục hướng truyền tia tới đường truyền tia sáng qua thấu kính phân kì * Quang tâm giao thấu kính với trục - Quang tâm giao trục với đường thẳng nối vật ảnh * Tiêu điểm F giao đường thẳng nối điểm tới tia sáng song song với trục với ảnh trục chính; tiêu điểm thứ hai ta lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính * Vật thật cho ảnh chiều, phía với vật ảnh ảnh ảo: Nếu ảnh ảo kích thước lớn vật ảnh tạo thấu kính hội tụ; ảnh ảo kích thước nhỏ vật ảnh tạo thấu kính phân kì - Ảnh vật nằm khác phía so với trục ảnh thật thấu kính hội tụ (vật thật nằm OF) ảnh ảo vật ảo cho thấu kính phân kì L Ví dụ 1: (29.19 Tr80 – Sách tập Vật lí 11) Trên hình vẽ: xy trục thấu kính L, (1) đường tia sáng truyền (1) x qua thấu kính Tia sáng (2) có phần tia tới Hãy vẽ tia ló tia sáng (2)? y O J (2) Giải: Phân tích đề bài: Đề yêu cầu dựng đường tia (2) tia sáng đến thấu kính  Cần phải biết thấu kính thuộc loại xác định vị trí tiêu điểm ảnh Để giải vấn đề dựa vào đường truyền tia (1) qua thấu kính Tia (1) tia đến thấu kính nên tia ló qua tiêu điểm phụ thuộc trục phụ // với tia tới L Cách dựng: - Vì tia ló (1) phía trục  Thấu kính hội tụ Fp2 (1) x Fp1 y O - Kẻ trục phụ // với tia tới (1) cắt tia ló F’ J tiêu điểm phụ Fp1 - Từ Fp1 kẻ đường vng góc với trục (2)  cắt trục tiêu điểm ảnh F’ - Vẽ tia ló (2): Kẻ trục phụ // (2) cắt tiêu diện Fp2  Nối JFp2 tia ló (2) A Ví dụ 2: B’ Cho A’B’ ảnh thật vật thật AB qua thấu kính Dùng phép vẽ xác định quang tâm, B dựng thấu kính trục chính, xác định tiêu điểm? Giải: A’ Phân tích đề: Đề cho vật ảnh  Dựa vào tính chất, đặc điểm vật ảnh để xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu điểm Cách dựng: - A’B’ ngược chiều lớn AB  Đây thấu kính hội tụ - A’ ảnh A, B’ ảnh B  Giao điểm I AA’ BB’ quang tâm O thấu kính A - Nếu tia sáng tới có phương AB tia ló có phương A’B’ Giao AB A’B’ điểm tới I thuộc thấu kính - Nối OI phương thấu kính B’ O B - Trục thấu kính qua O vng góc với OI A’ - Từ B vẽ tia tới // trục  tia ló qua B’ F’  xác định F’ Lấy đối xứng F’ qua O F Ví dụ 3: (CS5/133 Tr8 Vật lí &Tuổi trẻ số 136) Trên hình vẽ biểu diễn đường truyền hai tia sáng xuất phát từ điểm sáng qua thấu kính mỏng Hãy tìm vị trí tiêu điểm thấu kính mỏng? 10 b) Đặt thấu kính phẳng lõm nằm ngang đổ chất lỏng vào mặt lõm Một điểm sáng S trục cách thấu kính 75 cm qua thấu kính cho ảnh thật cách thấu kính 1,5 m Tìm chiết suất n’ chất lỏng? Giải: - Sơ đồ tạo ảnh: AB L d1 A1B1 d’1 A2B2 L2 d2 d’2 a) - Gọi f1 tiêu cự thấu kính phẳng lõm + f2 tiêu cự thấu kính hội tụ: f2= = 0,125m = 12,5cm - Vật sáng AB cách hệ 40 cm qua hệ cho ảnh cách hệ 66,67 cm  d=40 cm; d’=66,67 cm  Tiêu cự hệ thấu kính ghép sát là: f= - Áp dụng cơng thức tính tiêu cự hệ: Từ cơng thức: 1 = (n − 1) f1 R d d ' = 25cm d + d' 1 f f2 = + = −25cm  f1= f f1 f f2 − f  R=-12,5 cm b) Gọi f’ tiêu cự hệ thấu kính phẳng lõm đổi chất lỏng, f” tiêu cự thấu kính chất lỏng - Khi d=75 cm; d’=1,5m=150cm  f’= - Ta có: Từ: d d ' = 50cm d + d' 1 f ' f1 = + = 16,67cm  f”= f ' f1 f ' ' f1 − f ' 1 = (n'−1) f" R' với R’=-R=12,5cm  n’=1,75 Ví dụ 3: ( Trích Đề thi HSG TP Hà Nội - 2016) Một thấu kính mỏng phẳng - lồi tiêu cự f = 15cm, chiết suất n = 1,5 đặt cho trục thẳng đứng cốc thủy tinh có S đáy phẳng mỏng Điểm sáng S trục thấu kính (hình vẽ) Khi di chuyển S trục thấu kính, người ta thấy có hai vị trí S S1 S2 cho ảnh cách thấu kính khoảng Biết S1S2 = 20cm b Đổ chất lỏng suốt chiết suất n’ vào cốc cho vừa đủ ngập thấu kính Khi S hai vị trí S1, S2 cho ảnh thật cách thấu kính 150cm Tính chiết suất n’ chất lỏng Giải: (Dựa vào kết ý (a) ví dụ – dạng 5) 27 - Đổ chất lỏng vừa đủ ngập thấu kính, ta có hệ hai thấu kính mỏng ghép sát gồm TK phẳng-lồi tiêu cự f ban đầu TK chất lỏng phẳng-lõm tiêu cự f ’ Hệ tương đương thấu kính có tiêu cự fh + 1 1 = (n − 1) ⇔ = (1,5 − 1) f1 R 15 R  R=7,5 (cm) - Theo kết câu (a): Khi S vị trí S 1, S2 cho ảnh thật cách + d1 = 30 cm; d’1 = 150 cm thấu kính 150cm Tiêu cự hệ là: Mặt khác fh = d1d1′ 30.150 = = 25cm d1 + d1′ 30 + 150 1 1 R = + ' = (n − 1) − ( n′ − 1) → f h = → n ' = 1, fh f f R R n − n′ + d2 = 10 cm; d’2 = 150 cm d d ' 10.150 R 2 Tiêu cự hệ là: fh= d + d ' = 10 + 150 = 9,375cm =  n’=0,7