Bài soạn skkn: phuong phap giai cac dang toan quang hinh 9

Phần I: Đặt vấn đề I. Lời nói đầu Sự nghiệp công nghiệp hoá- hiện đại hoá đất nớc mở cửa để hội nhập với cộng đồng thế giới trong nền kinh tế cạnh tranh giáo dục, đòi hỏi công tác giáo dục phải có những đổi mới sâu sắc và toàn diện nhằm đào tạo thế hệ trẻ trở thành những ngời vừa tiếp thu những tinh hoa nhân loại, vừa có khả năng sáng tạo. ở trờng trung học cơ sở những sự đổi mới đó đợc thực hiện chủ yếu thông qua việc dạy các môn học, trong đó có vật lí học. Việc đổi mới cần thực hiện trên cả ba mặt: Nội dung dạy học ( theo chuẩn kiến thức kĩ năng) , phơng pháp dạy học và phơng tiện dạy học. Trong đó công tác đổi mới phơng pháp dạy học đã đợc các nhà giáo dục nghiên cứu nhiều năm và đang đợc quan tâm tích cực của các cấp, các ngành khác. Nghị quyết TW4 khoá VII xác định: "Khuyến khích tự học, áp dụng ph- ơng pháp dạy học hiện đại để giáo dục cho học sinh khả năng t duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề". Nghị quyết TW2 koá VIII tiếp tục khẳng định mục tiêu giáo dục trong giai đoạn mới là " Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dỡng nhân tài" và phải " Đổi mới phơng pháp giáo dục đào tạo khắc phục lối truyền thụ một chiều rèn luyện nếp t duy sáng tạo của ngời học, từng bớc áp dụng phơng pháp hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện tự học tự nghiên cứu của học sinh" Vấn đề đặt ra là phải dạy nh thế nào? Và phải học nh thế nào? để nâng cao chất lợng, đáp ứng với nhu cầu xã hội ngày càng đổi mới. Thực tế trong 3 năm giảng môn vật lí lớp 9, tôi thấy các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt. Hiện nay để thực hiện tốt chơng trình sách giáo khoa mới và dạy học theo phơng pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hớng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phơng pháp và làm tốt các bài tập trong sách giáo khoa đã góp phần không nhỏ trong việc thực hiện thành công công tác dạy học theo phơng pháp đổi mới. Tuy nhiên để bồi dỡng đội tuyển học sinh giỏi thì việc học và nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa là cha đủ. Đặc biệt là những bài tập vật lí phần quang học, mặc dù các em đã đợc làm quen với một số kiến thức quang học ở lớp 7, nhng đó mới chỉ là những kiến thức đơn giản, lên lớp 9 các em lại đợc tìm hiểu sâu hơn những kiến thức về phần quang hình học, nhng sách giáo khoa cha cung cấp đủ kiến thức để các em giải các bài toán phức tạp hơn. Ví dụ: Cho điểm sáng S, ảnh S ' của điểm sáng S, quang tâm O của thấu kính cùng nằm trên trục chính của thấu kính. Xác định loại thấu kính. Nếu chỉ dựa vào đờng truyền của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ và hai tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì thì học sinh không thể giải đợc bài tập này. Vì kiến thức sách giáo khoa mới chỉ dừng lại ở dạng điểm sáng S nằm ngoài trục chính hoặc vật sáng AB vuông góc với trục chính với A nằm trên trục chính. Từ những vấn đề nêu trên, trong quá trình giảng dạy và áp dụng đề tài, tôi thấy cần phải khắc sâu hơn nữa kiến thức phần quang hình học lớp 9 cho học sinh, có nh vậy các em học sinh giỏi mới giải đợc các bài tập khó hơn và có 1 thể phát triển thêm năng khiếu tự học của mình. Vì vậy tôi chọn đề tài: "Ph- ơng pháp giải một số dạng toán quang hình học lớp 9". II. Thực trạng của vấn đề nghiên cứu. 1. Thực trạng ở trờng trung học cơ sở Vĩnh Minh: Trong 3 năm giảng dạy vật lí lớp 9 cũng nh ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi trờng trung học cơ sở Vĩnh Minh, tôi thấy phần quang hình học là phần rất khó đối với học sinh. ở phần này các em không những phải biết học vật lí, mà đồng thời cũng phải biết chút kiến thức về môn toán, vì thế cũng cần phải học tốt môn toán nữa. Mặc dù đã đợc chọn vào ôn bồi dỡng học sinh giỏi nhng các em vẫn còn khá lúng túng và gặp rất nhiều khó khăn khi giải các bài tập ở dạng quang hình. Hầu hết các em mới chỉ làm đợc các bài tập đơn giản trong phạm vi kiến thức đã đợc cung cấp trong giờ dạy trên lớp, chỉ một số ít học sinh làm đợc các bài tập nâng cao. Đặc biệt là các em cha nắm đợc phơng pháp để làm bài tập quang hình học. 2. Kết quả thực trạng. Trớc khi áp dụng đề tài tôi đã tiến hành khảo sát với 20 sinh ở trờng THCS Vĩnh Minh năm học 2009-2010 tôi thu đợc kết quả sau: HS khảo sát Điểm dới 5 Điểm 5,6 Điểm 7,8 Điểm 9,10 SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ 20 12 60% 5 25% 3 15% 0 0% Qua kết quả khảo sát tôi thấy kiến thức phần quang hình học của các em còn nhiều hạn chế. Vì vậy kết quả khảo sát rất thấp. 2 Phần II: các giải pháp thực hiện I. Một Số Kiến Thức cần nhớ 1. Các sơ đồ, kí hiệu - Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kỳ ; - Trục chính( ), tiêu điểm F; F, quang tâm O - Phim ở máy ảnh, màng lới ở mắt - ảnh thật vuông góc với trục chính : hoặc - ảnh ảo vuông góc với trục chính: hoặc 2. Các định luật, quy tắc, quy ớc và hệ quả a. Định luật: - Định luật truyền thẳng của ánh sáng. - Định luật phản xạ ánh sáng. - Định luật khúc xạ ánh sáng. b. Quy ớc: - Đờng thẳng nối tâm mặt cầu gọi là trục chính. - O gọi là quang tâm của thấu kính. - F và F đối xứng nhau qua O gọi là các tiêu điểm của thấu kính c. Tiêu diện, tiêu điểm phụ, trục phụ: + Tiêu diện: Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm gọi là tiêu diện. + Trục phụ: Đờng thẳng bất kì đi qua quang tâm gọi là trục phụ. + Tiêu điểm phụ: Giao điểm của trục phụ với tiêu diện gọi là tiêu điểm phụ. F F' O Phim ( hoặc màng lưới) O 3 F F , O d. Thấu kính hội tụ: d1: Đờng truyền của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ + Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phơng của tia tới. + Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm. + Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính. + Tia tới song song với trục phụ thì tia ló đi qua (hay có đờng nối dài của tia đi qua) tiêu điểm phụ. d2: Tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ Khoảng cách từ vật đến thấu kính (d) Đặc điểm của ảnh Thật hay ảo Cùng chiều hay ngợc chiều so với vật Lớn hơn hay nhỏ hơn vật Vật ở rất xa thấu kính Thật Ngợc chiều Nhỏ hơn vật d > 2f Thật Ngợc chiều Nhỏ hơn vật f < d < 2f Thật Ngợc chiều Lớn hơn vật d = 2f Thật Ngợc chiều Bằng vật d < f ảo Cùng chiều Lớn hơn vật e. Thấu kính phân kì: e1: Đờng truyền của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kỳ: + Tia tới song song với trục chính thì cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm. + Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phơng của tia tới. F O F / 4 F F' S O F ' F + Tia tới có đờng kéo dài đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính. + Tia tới song song với trục phụ thì tia ló có đờng kéo dài qua tiêu điểm phụ. e2: Tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính phân kỳ: + Vật đặt ở mọi vị trí trớc thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo, cùng chiều nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính. + Vật đặt rất xa thấu kính cho ảnh ảo có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự. 3. Mắt và các dụng cụ quang học - Máy ảnh : + Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ. + ảnh trên phim là ảnh thật, nhỏ hơn vật và ngợc chiều với vật. B 5 F F ' O P Q F ' F O A O - Mắt: - Thể thuỷ tinh là một thấu kính hội tụ. - Màng lới nh phim ở máy ảnh. - Điểm cực viễn là điểm xa nhất mà khi đặt vật ở đó mắt không điều tiết mà vẫn có thể nhìn rõ đợc( C V ). Mắt tốt có điểm cực viễn ở vô cực. - Điểm cực cận : là điểm gần mắt nhất mà khi có một vật ở đó mắt có thể nhìn rõ đợc ( C C ). Mắt tốt có điểm cực cận cách mắt khoảng 25cm. - Mắt cận : Là mắt chỉ nhìn rõ những vật ở gần mà không nhìn rõ đợc những vật ở xa. Kính cận là thấu kính phân kì. - Ngời mắt cận phải đeo thấu kính phân kì để nhìn rõ đợc các vật ở xa. - Mắt lão : Là mắt của ngời già, nhìn rõ đợc những vật ở xa mà không nhìn rõ đợc những vật ở gần. Kính lão là thấu kính hội tụ. - Mắt lão phải đeo thấu kính hội tụ để nhìn rõ những vật ở gần. - Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn dùng để quan sát các vật nhỏ. - Số bội giác của kính lúp và tiêu cự của kính ( đo bằng cm ) liên hệ với nhau bằng biểu thức : G = f 25 - Vật cần quan sát phải đặt trong khoảng tiêu cự của kính để cho một ảnh ảo lớn hơn vật 6 C C F A B Kính lóo Mt F, Kinh cn A Mt C V B II. Một số dạng toán quang hình học thờng gặp. Dạng 1 : Xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu điểm. Ph ơng pháp chung để giải - Dựa vào đặc điểm của ảnh ta có thể biết đợc đó là ảnh thật hay ảnh ảo. Biết đợc tính chất của ảnh, từ đó ta có thể biết đợc đó là thấu kính loại gì? - Nắm vững đờng đi của các tia sáng đặc biệt. - Dựa vào đờng truyền của tia sáng đi qua quang tâm để xác định quang tâm của thấu kính. - Dựa vào đờng truyền của tia sáng song song với trục chính ta xác định đợc tiêu điểm của thấu kính. Ví dụ 1: Trên hình vẽ dới đây, AB là vật sáng, A ' B ' là ảnh của AB cho bởi thấu kính, xy là trục chính của thấu kính. Hỏi thấu kính thuộc loại gì? Dùng hình vẽ hãy xác định quang tâm, tiêu điểm của nó. Hớng dẫn: - Dựa vào vị trí của vật AB và ảnh A ' B ' so với trục chính và so sánh độ lớn chủa chúng để nhận định định ảnh A ' B ' là ảnh thật hay ảnh ảo, từ đó kết luận loại thấu kính. - Tia tới đi qua quang tâm truyền thẳng mà ảnh nằm trên tia đó. Do đó vị trí quang tâm O chính là giao điểm của BB ' với xy. - Từ O dựng đờng thẳng vuông góc với trục chính, đó là vị trí của thấu kính. - Dựa vào đờng truyền của các tia sáng đặc biệt còn lại để xác định tiêu điểm của thấu kính. Giải: 7 F ' O F A A ' B ' B A B A ' B ' x y B ' B I F ' A A / F O x y - Vì AB cùng chiều với vật sáng AB, mà A ' B ' > AB nên A ' B ' là ảnh ảo. Vậy thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ. - Giả sử ta dựng đợc thấu kính nh hình vẽ: + Tia sáng từ B tới B kéo dài qua ảnh B ' . + Tia tới BI song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F ' . Từ đó ta có cách xác định thấu kính, quang tâm, tiêu điểm nh sau: + Nối B với B ' cắt trục chính xy tại O thì O là quang tâm của thấu kính. Từ O dựng thấu kính hội tụ vuông góc với trục chính. + Kẻ tia BI// xy, nối IB ' cắt xy tại F ' thì F ' là tiêu điểm của thấu kính. Lấy F đối xứng với F ' ta đợc tiêu điểm còn lại. Bài tập áp dụng Trên các hình vẽ dới đây, AB là vật sáng, A ' B ' là ảnh của AB cho bởi thấu kính, xy là trục chính của thấu kính. Hỏi thấu kính thuộc loại gì? Dùng hình vẽ hãy xác định quang tâm, tiêu điểm của nó. Hình b Trong chơng trình SGK chỉ cung cấp cho học sinh đờng truyền của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ hoặc đờng truyền của 2 tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì, vì vậy có một số trờng hợp đặc biệt học sinh không thể sử dụng đợc những kiến thức đó để vẽ ảnh, xác định tiêu điểm Sau đây là ví dụ: Ví dụ 2: Bằng cách vẽ hãy xác định ( có phân tích) - Loại thấu kính. - Tính chất của ảnh. - Vị trí của các tiêu điểm chính của thấu kính trong hình vẽ trên. Trong đó xy là trục chính, S là nguồn sáng điểm, S ' là ảnh của S qua thấu kính và O là quang tâm của thấu kính. 8 Hình a A B B ' A ' A B B ' A ' S O S ' Nhận xét: ở ví dụ này học sinh phải dựa vào đờng truyền của tia tới song song với trục phụ cho tia ló đi qua tiêu phụ. Hớng dẫn giải: - Dựa vào vị trí của S và S ' so với thấu kính để xác định ảnh là thật hay ảo, từ đó kết luận loại thấu kính. - Dựng tia tới bất kì và tia qua quang tâm và song song với trục phụ sẽ cho tia ló đi qua tiêu điểm phụ và ảnh S ' ( với thấu kính hội tụ) hoặc có đờng kéo dài đi qua tiêu điểm phụ và ảnh S ' ( với thấu kính phân kì), từ tiêu điểm phụ xác định đợc vị trí tiêu điểm chính. Giải: Vì S và S ' nằm khác phía so với thấu kính nên S ' là ảnh thật. Do đó thấu kính này là thấu kính hội tụ. - Ta phân tích cách vẽ nh sau: Tia sáng SI song song với trục phụ OZ cho tia ló đi qua tiêu điểm phụ P và ảnh S ' . - Do đó ta có cách xác định vị trí của các tiêu điểm của thấu kính nh sau: + Kẻ tia sáng SI bất kì, dung trục phụ OZ// SI. + Nối I với S ' cắt OZ tại P thì P là tiêu điểm phụ. + Từ P hạ đờng vuông góc với xy cắt xy tại F ' thì F ' là tiêu điểm chính của thấu kính. + Lấy F ' đối xứng với F qua thấu kính ta đợc tiêu điểm còn lại. Bài tập áp dụng Bằng cách vẽ hãy xác định ( có phân tích) - Loại thấu kính. - Tính chất của ảnh. - Vị trí của các tiêu điểm chính của thấu kính trong hình vẽ trên. Trong đó xy là trục chính, S là nguồn sáng điểm, S ' là ảnh của S qua thấu kính và O là quang tâm của thấu kính. S y P F x O S ' F ' Z I 9 S S ' O x y x y S ' S O Hình a Hinh b Ví dụ 3: Trên các hình vẽ sau: AB là vật sáng, A ' B ' là ảnh của AB qua thấu kính. Bằng phép vẽ hãy xác định loại thấu kính, trục chính và các tiêu điểm của thấu kính. Cho AB// A ' B ' . H ớng dẫn giải: - ảnh và vật có đặc điểm gì? - Nối AA ' với BB ' cắt nhau tại O, O là quang tâm của thấu kính. - Đờng thẳng vuông góc với AB tại O là trục chính. - Vẽ tia song song BI với trục chính cho tia ló IB ' cắt trục chính tại F ' , F' là tiêu điểm của thấu kính. Giải: Ta phân tích hình vẽ nh sau: Giả sử ta đợc thấu kính nh hình vẽ: - Tia tới AO cho tia ló OA ' truyền thẳng. - Tia tới BO cho tia ló BO ' truyền thẳng. Do đó nối AA ' và BB ' chúng cắt nhau tại O thì O là quang tâm của thấu kính. Từ O dựnh đờng thẳng vuông góc với AB thì đờng thẳng này là trục chính của thấu kính. Vì AB nằm khác phía với thấu kính và AB , A ' B ' ngợc chiều nhau nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ. Từ O vẽ thấu kính hội tụ vuông góc với trục chính. - Tia tới BI cho tia ló đi qua tiêu điểm F ' . F ' là tiêu điểm của thấu kính. Từ đó ta có cách vẽ nh sau: - Nối AA ' cắt BB ' tại O, O là quang tâm của thấu kính. 10 A B A ' B ' A B A ' B ' O F ' F [...]... dới 5 Điểm 5,6 SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ Điểm 7,8 SL Tỉ lệ Điểm 9, 10 SL Tỉ lệ 0 0% Điểm 9, 10 SL Tỉ lệ 15 sát 20 4 20% 7 35% 6 30% 3 15% Phơng pháp giải một số dạng toán quang hình học 9 chỉ là một đề tài nhỏ mà tôi đã tổng hợp từ những kinh nghiệm sau 3 năm giảng dạy ở ttrờng trung học cơ sở Vĩnh Minh Tuy kết quả sau khi khảo sát vào cuối năm học 20 092 010 trong trờng còn cha đạt kết quả cao, nhng tôi nhận... =30cm Bài tập áp dụng Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính có B trùng với tiêu điểm F a, Hãy vẽ ảnh của vật b, Nếu dịch chuyển vật ra xa thấu kính thêm 4cm hoặc lại gần thấu kính thêm 4cm thì tính chất và độ lớn của ảnh thay đổi nh thế nào ? Dạng 4 : Mắt và các dụng cụ quang học Phơng pháp chung để giải Đối với các bài tập tính toán: - Để giải các bài. .. kiến thức cần nhớ 03 II Một số dạng toán quang hình học thờng gặp 07 Dạng 1: Xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu điểm 07 Dạng 2: Dùng kiến thức hình học để tính các đại lợng d/, h/, f khi biết d, h .11 Dạng 3: Xác định vị trí của vật và độ cao của vật khi biết sự di chuyển của vật và thấu kính13 Dạng 4: Mắt và các dụng cụ quang học 14 Phần III Kết luận- Bài học kinh nghiệm16 18 ... khoảng cách từ tiêu điểm đến quang tâm của thấu kính là 20cm Dịch chuyển vật đi một đoạn 15cm dọc theo trục chính thì thu đợc ảnh ảo A2B2 cao 2,4cm a, Xác định khoảng cách từ vật đến thấu kính trớc khi dịch chuyển b, Tìm độ cao của vật Hớng dẫn giải : - Yêu cầu tóm tắt bài toán - Vẽ hình trớc khi cha dịch chuyển vật và sau khi dịch chuyển vật - Dùng kiến thức hình học để giải bài toán tiếp theo nh dạng... rất hào hứng khi học phần quang hình, đặc biệt tôi đã chọn đợc đội tuyển học sinh giỏi theo mục tiêu của tôi đề ra Kết quả là cuối năm thi học sinh giỏi cấp huyện đã đạt kết quả, nhng vẫn cha đạt giải cao II Bài học kinh nghiệm Từ thực tế giảng dạy và kết quả đạt đợc qua việc áp dụng đề tài nói trên, bản thân tôi đã rút ra một số kinh nghiệm nh sau: - Để học sinh học tốt phần quang hình học cũng nh học... đã nêu nh các dạng bài toán nêu trên, tuy nhiên khi vẽ hình không cần phải vẽ đúng tỉ lệ - Dựa vào các cặp tam giác đồng dạng để tính các đại lợng cần tìm Ví dụ 6: Một ngời dùng kính lúp có tiêu cự 8cm để quan sát một vật nhỏ đặt cách kính 6cm a, Dựng ảnh của vật qua kính b, ảnh lớn hơn hay nhỏ hơn vật bao nhiêu lần? Hớng dẫn: Bài toán này cách giải hoàn toàn tơng tự với cách giải bài toán ở dạng 2... / OA / = +1 6 8 => OA' = 24cm Thay vào (1) ta đợc: A/ B / OA / 24 = = =4 AB 6 6 A'B' =4 AB Vậy A'B' cao gấp 4 lần vật AB Bài tập áp dụng Dùng kính lúp để quan sát một vật đặt cách kính 8cm, thì thu đợc ảnh ảo cao gấp 12 lần vật Tính tiêu cự của kính nói trên Phần III Kết luận- bài học kinh nghiệm I Kết quả thu đợc: * Trớc khi áp dụng đề tài: HS Điểm dới 5 Điểm 5,6 Điểm 7,8 khảo SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL...- Vẽ đờng thẳng đi qua quang tâm O vuông góc với AB và A'B' là trục chính - Từ O dựng thấu kính hội tụ vuông góc với - Kẻ BI // , Nối I với B' cắt tại F', F' là tiêu điểm của thấu kính Lấy F đối xứng với F' ta đợc tiêu điểm còn lại Bài tập áp dụng: Trên các hình vẽ sau: AB là vật sáng, A'B' là ảnh thật của AB qua thấu kính Bằng... lợng cần tìm - Biện luận và trả lời yêu cầu của đề bài Ví dụ 4: Đặt vật AB cao 12cm vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ( A nằm trên trục chính) và cách thấu kính 24cm thì thu đợc một ảnh thật cao 4cm Tính khoảng cách từ vật đến thấu kính và tiêu cự của thấu kính Hớng dẫn: GV hớng dẫn HS cách phân tích đề nh sau: - Yêu cầu HS tóm tắt đề bài toán : - Muốn tìm OA' ta cần xét hai tam giác... bản thân tôi đã rút ra một số kinh nghiệm nh sau: - Để học sinh học tốt phần quang hình học cũng nh học tốt môn vật lí thì giáo viên phải gây hứng thú cho học sinh ngay từ đầu Đặc biệt với phần quang hình học lớp 9 giáo viên có thể gây hứng thú cho học sinh bằng cách su tầm thêm các hiện tợng vật lí vui để dạy lồng vào các tiết học trên lớp Đồng thời giáo viên cũng phải có sự say mê về nghề nghiệp, có . khoa là cha đủ. Đặc biệt là những bài tập vật lí phần quang học, mặc dù các em đã đợc làm quen với một số kiến thức quang học ở lớp 7, nhng đó mới chỉ. lên lớp 9 các em lại đợc tìm hiểu sâu hơn những kiến thức về phần quang hình học, nhng sách giáo khoa cha cung cấp đủ kiến thức để các em giải các bài toán