Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f đặt trong khoảng giữa vật và màn sao cho AB vuông góc với trục chính của thấu kính, người ta tìm được hai vị trí của TKcho ảnh rõ nét trên màn.. Tính ti[r]
(1)I/ MỞ ĐẦU
Trong phần Quang học chương trình vật lý lớp 11, học sinh học chương “Mắt dụng cụ quang” Chương có học thấu kính sở để học sinh giải dụng cụ quang học Nếu học sinh không giải cách triệt để tốn thấu kính khơng giải tập dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt
Khi học yêu cầu học sinh phải nắm vững kiến thức thấu kính, bao gồm đường tia sáng qua thấu kính, cách dựng hình, cơng thức thấu kính, cách nhận biết loại thấu kính, tính chất vật ảnh cho loại thấu kính để giải tốn cách nhanh chóng Tuy nhiên qua thực tế giảng dạy, nhận thấy học sinh học thường khó khăn, chậm nắm bắt thông tin, lúng túng giải tập, khơng xác định hướng giải tốn Trong thời lượng cho chương trình kể phần giải tập có hai tiết học Do làm để giảng dạy tốt giúp học sinh nắm bắt kiến thức vấn đề khó, địi hỏi người thầy phải có kinh nghiệm tích cực học tập học sinh thời gian nhà giải
Vì để giúp học sinh học tốt thấu kính, làm tập nhà, xếp phân loại kiến thức dạng tập để em hệ thống kiến thức nắm kiến thức cần lĩnh hội Qua thực tế áp dụng lớp dạy, thấy có hiệu rõ rệt
Trong viết năm trước đề cập đến dạng tập phần thấu kính tập định tính: vẽ hình, xác định loại thấu kính, tính chất vật ảnh , để hoàn thiện viết mình, năm học tơi tiếp tục với phần tập định lượng
Trước giải tập định lượng, cần yêu cầu học sinh nắm thật kỹ số thuật ngữ dùng tập quy ước dấu sử dụng:
+ Công thức Descartes: /
1 1
f d d
/ d f
d d f , / / d f d d f , / / d d f d d
+ Công thức tìm số phóng đại ảnh:
/
d k
d
+ Vật thật: vật sáng, đoạn thẳng AB chùm sáng đến quang cụ chùm phân kỳ; d >
+ Ảnh thật chùm sáng ló khỏi thấu kính chùm hội tụ, ảnh nằm khác phía thấu kính so với vật; d / > 0
+ Ảnh ảo chùm sáng ló khỏi thấu kính chùm phân kỳ, ảnh nằm phía thấu kính so với vật; d / < 0
(2)+ Vật ảnh ngược chiều ( vật thật, ảnh thật): k <
Để giải tập định lượng, đòi hỏi học sinh phải nắm tượng vật lý xảy ra; đồng thời cần phải có kỹ giải tốn Do học sinh cần phải rèn luyện thật kỹ kỹ giải tốn giải phương trình, hệ phương trình Một số cơng thức tốn học, phép biến đổi, cách giải cần phải nắm vững
Một vấn đề cốt lõi học sinh phải biết phân tích đề để xác định phương pháp giải tốn Vì cần phải hướng dẫn em cách phân tích đề toán
(3)II/ PHÂN LOẠI BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG THEO DẠNG CỦA TỪNG NHÓM BÀI TẬP THẤU KÍNH:
1 BÀI TỐN THUẬN: Xác định ảnh vật sáng cho bới thấu kính Xác định d / , k, chiều ảnh so với chiều vật
+ Dạng đề toán:
Cho biết tiêu cự f thấu kính khoảng cách từ vật thật đến thấu kính d, xác định vị trí, tính chất ảnh số phóng đại ảnh k
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
- Xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh số phóng đại ảnh xác định d / , k Từ
giá trị d / , k để suy tính chất ảnh chiều ảnh
- Giải hệ hai phương trình: / d f
d
d f
/
d k
d
Bài toán 1.1: Cho thấu kính hội tụ có tiêu cự 10cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính, cách thấu kính 30cm Hãy xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh số phóng đại ảnh Vẽ hình tỷ lệ
Giải:
Giải hệ hai phương trình với d = 30cm, thấu kính hội tụ f > f = 10cm: / d f
d
d f
/
d k
d
ta có: d / = 15cm > : Ảnh thật
k = ─ ½ < 0: Ảnh ngược chiều vật, cao nửa vật
Kết luận: Ảnh thu ảnh thật, ngược chiều vật, cao nửa vật nằm cách thấu kính 15cm
Vẽ hình:
Bài tốn 1.2: Cho thấu kính phân kỳ có tiêu cự 10cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính, cách thấu kính 20cm Hãy xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh số phóng đại ảnh
Giải hệ hai phương trình với d = 20cm, Thấu kính phân kỳ f < f = ─10cm: A
B
F
(4)/ d f
d
d f
/
d k
d
ta có: d / = ─ (20/3) cm < : Ảnh ảo
k = 1/3 > 0: Ảnh chiều vật, cao 1/3 vật
Kết luận: Ảnh thu ảnh ảo, chiều vật, cao phần ba vật nằm cách thấu kính 20/3 cm
Kinh nghiệm:
Khi giải loại tập dạng thông thường học sinh mắc phải sai lầm thay số không ý đến dấu đại lượng đại số nên kết thu thường sai Một sai lầm học sinh thay số trực tiếp vào biểu thức Descartes
/
1 1
f d d làm cho phép tính rắc rối em.
Do vậy, giảng dạy cần phải nhắc nhở em ý đến dấu f ứng với loại thấu kính biểu thức biến đổi để phép tính đơn giản Nếu tập dạng tự luận thiết phải có kết luận cuối giải
2 BÀI TỐN NGƯỢC:
Đối với toán ngược (là toán cho kết d /, k f, k , xác định d,f
hoặc d, d / ) có nhiều dạng Và dạng tốn khó học
sinh Cụ thể:
2.1 Dạng 1: Cho biết tiêu cự f thấu kính số phóng đại ảnh k, xác định khoảng cách từ vật thật đến thấu kính d, xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh.
Bài tốn 2.1.a Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh cao gấp hai lần vật Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải tốn:
Với giả thiết ảnh cao gấp hai lần vật, ta phải lưu ý cho học sinh ảnh thật ảnh ảo vật thật cho thấu kính hội tụ cao vật Do giá trị số phóng đại k trường hợp giá trị tuyệt đối k = k =
+ Giải hệ hai phương trình:
/ d f
d
d f
/
d k
d
(5)Cũng toán có thêm giả thiết ảnh ngược chiều vật xác định ảnh thật : k = ─ 2, ảnh chiều vật ảnh ảo k = +2
Bài tốn 2.1.b Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vuông góc trục thấu kính cho ảnh cao nửa vật Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Với giả thiết ảnh ảnh cao nửa vật thật, thấu kính hội tụ phải ảnh thật, ngược chiều với vật Nghĩa k < k = ─ ½
+ Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
/
d k
d
= ─ ½
Bài tốn 2.1.c Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh cao vật Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Với giả thiết ảnh ảnh cao vật thật, thấu kính hội tụ phải ảnh thật, ngược chiều với vật Nghĩa k < k = ─
+ Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
/
d k
d
= ─
Bài tốn 2.1.d Một thấu kính phân kỳ có tiêu cự 20cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh cao nửa vật Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải tốn:
Đối với thấu kính phân kỳ, vật thật luôn cho ảnh thật chiều nhỏ vật k > k = ½
+ Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
/
d k
d
(6)2.2 Dạng 2: Cho biết tiêu cự f thấu kính khoảng cách vật ảnh l , xác định khoảng cách từ vật thật đến thấu kính d, xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh.
Các trường hợp xảy vật sáng:
a Thấu kính hội tụ, vật sáng cho ảnh thật d > 0, d / > 0:
b Thấu kính hội tụ, vật sáng cho ảnh ảo, d > 0, d / < 0:
c Thấu kính phân kỳ, vật sáng cho ảnh ảo, d > 0, d / > 0:
Tổng quát cho trường hợp, khoảng cách vật ảnh
Tùy trường hợp giả thiết toán để lựa chọn cơng thức phù hợp
Bài tốn 2.2.a Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 6cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh cách vật 25cm Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Đây tốn tổng qt, ảnh vật sáng ảnh thật d / > ảnh
ảo
d / < Do có hai khả xảy ra:
- ảnh thật d / > Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
A B
F
F /A / B / O
d d /
O A
B B
/ A/
d / d
O F/
A
B B/
A/
d /’ d
l = d + d /
l = ─ (d / + d)
l = d / + d
l = d / + d
(7)- ảnh ảo d / < Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
Bài tốn 2.2.b Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 6cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh cách vật 25cm Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Ảnh vật ảnh thật d / > Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
Bài tốn có cách giải tương tự có giả thiết:Vật sáng cho ảnh ngược chiều ảnh nhỏ vật ảnh thật
Bài toán 2.2.c Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 6cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh chiều vật cách vật 25cm Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải tốn:
Ảnh vật sáng chiều với vật, ảnh ảo d / < Giải hệ phương
trình:
/ d f
d
d f
Bài toán 2.2.d Một thấu kính phân kỳ có tiêu cự 30cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc trục thấu kính cho ảnh vật 25cm Xác định vị trí vật ảnh
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Ảnh vật sáng cho thấu kính phân kỳ ln ảnh ảo d / <
Giải hệ phương trình:
/ d f
d
d f
l = ─ (d + d /)
l = d + d /
l = ─(d + d /)
(8)2.3 Dạng 3: Cho khoảng cách vật ảnh L, xác định mối liên hệ giữa L f để có vị trí đặt thấu kính hội tụ cho ảnh rõ nét màn.
Bài toán 2.3: Một ảnh đặt song song với vật sáng AB cách AB đoạn L. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f đặt khoảng vật cho AB vng góc với trục thấu kính.Tìm mối liên hệ L & f để
a có vị trí TK cho ảnh rõ nét b có vị trí TK cho ảnh rõ nét a khơng có vị trí TK cho ảnh rõ nét
+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán:
Vật thật cho ảnh thất nên d & d / có giá trị dương Vì ta có
phương trình thứ nhất: d + d / = L.
Kết hợp với công thức:
/ d f
d
d f
Ta có phương trình bậc hai: d 2 + Ld + Lf = 0
Sau có phương trình cần phải yêu cầu học sinh nhắc lại điều kiện để phương trình bậc hai có nghiệm mà em học lớp Điều chắn có nhiều học sinh quên lên lớp giải phương trình bậc máy tính
+ Lập biệt số: = b ─ 4ac = L ─ 4Lf
a Để có hai vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét phương trình bậc phải có nghiệm phân biệt d1 & d2, đó: > L > 4f
b Để có vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét phương trình bậc phải có nghiệm kép, = L = 4f
c Để khơng vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét phương trình bậc phải vơ nghiệm, < L < 4f
2.4 Dạng 4: Cho khoảng cách vật ảnh L, cho biết khoảng cách giữa hai vị trí đặt thấu kính hội tụ cho ảnh rõ nét l Tìm tiêu cự f.
Đây phương pháp đo tiêu cự thấu kính hội tụ ( phương pháp Bessel) áp dụng cho thực hành Vì giáo viên cần phân tích kỹ tượng vật lý để giúp cho học sinh hình dung cách giải tốn Đơng thời kết hợp với tốn 2.3 để nắm điều kiện có hai ảnh
(9)+ Phân tích đề để xác định phương pháp giải toán: AB f A B/ /
Vị trí 1: d1 = d , d
/ 1= d / Vị trí 2: d2 , d
/
- Vì lý đối xứng nên vật ảnh đổi chổ cho được, nên: d2 = d
/ 1= d / d/2 = d1 = d Do đó, ta có:
d + d / = L
d / = d + l
Giải hệ phương trình ta có: d = ½ ( L – l), d / = ½ ( L + l)
Thay d & d / vào cơng thức tính tiêu cự
/ /
d d f
d d
, ta :
2
4
L f
L
= 10cm
(10)III/ PHẦN KẾT:
Trên đúc kết rút từ thực tiễn giảng dạy cá nhân Khi cho đối tượng học sinh có học lực khác giải ví dụ tất học sinh từ trung bình trở lên vận dụng cách nhanh chóng Bên cạnh cịn khơng học sinh lười học, quen thói nhìn thầy viết vẽ bảng mà chép nguyên xi vào Do vậy, đối tượng cần phải buộc em làm thất nhiều ví dụ, tập mong khắc sâu phương pháp giải tập thấu kính cho học sinh
Mặc dù có thử nghiệm khơng thể tránh khỏi thiếu sót, nên chúng tơi mong đóng góp ý kiến để sửa sai ngày hồn thiện chun môn tay nghề
Người viết