(Sáng kiến kinh nghiệm) phân loại các dạng bài tập vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 9 phần quang hình

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Thầy giáo Chu Văn An nói: "Hiền tài ngun khí quốc gia" Thật vậy, đất nước, dân tộc muốn phát triển nhanh, đời sống nhân dân ấm no hạnh phúc khơng thể thiếu người hiền tài Bác Hồ kính u sinh thời quan tâm đến việc đào tạo, bồi dưỡng nhân tài Người coi việc diệt giặc đói, giặc dốt quan trọng khơng việc diệt giặc ngoại xâm Tinh thần nghị Đại hội VI Đảng rõ: Coi đầu tư cho giáo dục đầu tư cho phát triển Trong trọng đến chất lượng mũi nhọn, muốn phải đầu tư cho việc dạy, bồi dưỡng sử dụng nhân tài tất môn Bộ giáo dục đào tạo có nhiều chủ trương cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Đó trọng tiếp tục xây dựng hệ thống trường chun cách hồn thiện hơn; khuyến khích tơn vinh học sinh có thành tích cao học tập; học sinh có khiếu học với chương trình nâng cao phù hợp với lực nguyện vọng em Chính mà nói cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi công tác mũi nhọn trọng tâm ngành giáo dục Nó có tác dụng tích cực, thiết thực mạnh mẽ việc nâng cao chất lượng cho đội ngũ giáo viên kích thích tinh thần say mê học tập học sinh, nâng cao chất lượng khẳng định uy tín, thương hiệu nhà trường, góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung Riêng mơn Vật lí THCS có đặc thù nội dung kiến thức gồm phần chính: Cơ học, Nhiệt học, Điện học Quang học Mỗi phần có nét đặc trưng riêng, áp dụng phương pháp giải tương đối khác Với phần quang hình học, muốn học tốt kiến thức nâng cao ngồi nắm vững kiến thức Vật lí, học sinh cịn phải có kiến thức tương đối vững hình học Hiện thị trường có tài liệu tham khảo tốt việc phân loại tập quang hình học Phương pháp giải chưa xây dựng thành hệ thống gây khó khăn cho học sinh giáo viên giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi Tốn quang hình vật lý nâng cao loại tốn hay, giúp học sinh đào sâu suy nghĩ, rèn luyện tư duy, rèn luyện tính kiên trì cẩn thận Nó xem loại toán phong phú chủ đề nội dung, quan điểm phương pháp giải tốn Vì tốn quang hình xem phần trọng điểm chương trình Vật lí nâng cao học sinh thi học sinh giỏi thi vào 10 chuyên Song việc giải tốn quang hình thường phải sử dụng nhiều kĩ mơn hình học như: Vẽ hình, chứng minh, tính kích thước, tính số đo góc đặc biệt tốn cực trị hình học Cũng lẽ mà với học sinh ơn tập thi học sinh giỏi thi vào 10 chuyên phần quang hình học phần khó Thực tế để bồi dưỡng cho học sinh dự thi học sinh giỏi cấp, cần trang bị cho học sinh tảng kiến thức đầy đủ, sâu rộng có phương pháp cho học sinh dễ học, dễ nhớ áp dụng tốt luyện tập Vì vậy, người giáo viên cần có kinh nghiệm thiết thực để trao đổi kinh nghiệm, xây dựng phương pháp dạy học để đạt kết cao Vì vậy, việc phân loại nghiên cứu cách hướng dẫn giải tập quang hình học vấn đề có ý nghĩa quan trọng Nó góp phần giúp giáo viên có sở để dạy tốt tập thuộc phần Qua chất lượng học sinh giỏi tốt hơn, học sinh có kiến thức vững vàng thi vào trường chun Chính lí trên, tơi viết lại số kinh nghiệm trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi thành “Phân loại dạng tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp phần quang hình” Với mong muốn trao đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp, chia sẻ, học tập lẫn để tiến bộ; góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy giáo viên hiệu học tập học sinh nói chung Đó nội dung, mục đích hướng tới sáng kiến kinh nghiệm Tên sáng kiến: “Phân loại dạng tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp phần quang hình” Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Dương Thị Hải Vân - Địa tác giả sáng kiến: THCS Tích Sơn- Vĩnh Yên- Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0987 712 689 - E_mail: duongthihaivan.c2tichson@vinhphuc.edu.vn Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Dương Thị Hải Vân Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: - Học sinh khối cấp THCS - Bồi dưỡng HSG cấp THCS Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu: tháng năm 2017 Mô tả chất sáng kiến: Đưa dạng tập bản, điển hình phần quang hình lớp bồi dưỡng HSG, có nêu phương pháp giải số tập áp dụng phương pháp - Phân loại dạng tập nâng cao phần quang hình học - Phân loại hướng dẫn giải tập quang hình học lớp nâng cao - Sắp xếp dạng tập có hệ thống - Đưa phương pháp làm cho dạng 7.1 Nội dung sáng kiến: 7.1.1 Kiến thức nâng cao Định nghĩa: Là khối chất suốt giới hạn mặt cong (hoặc mặt cong mặt phẳng) Phân loại thấu kính + Thấu kính rìa mỏng (thấu kính hội tụ): Phần rìa mỏng phần + Thấu kính mép dày (thấu kính phân kỳ): Phần mỏng phần rìa + Kí hiệu thấu kính: Thấu kính mép mỏng (thấu kính hội tụ) Thấu kính mép dày (thấu kính phân kì) Các đặc điểm thấu kính a Quang tâm: Là điểm nằm thấu kính Mọi tia sáng qua quang tâm truyền thẳng b Trục chính: Đường thẳng qua quang tâm O vng góc với thấu kính gọi trục Các đường thẳng khác qua O gọi trục phụ (có vơ số trục phụ) c Tiêu điểm chính: Là điểm đặc biệt nằm trục chính, nơi hội tụ (hoặc điểm đồng quy) chùm tia ló (hoặc tia tới) Một thấu kính có tiêu điểm (1 tiêu điểm vật F tiêu điểm ảnh F’) + Tính chất: Nếu tia tới qua tiêu điểm vật tia ló song song với trục Nếu tia tới song song với trục tia ló qua tiêu điểm ảnh Chiều truyền ánh sáng F O F’ Thấu kính hội tụ (TKHT) Chiều truyền ánh sáng F’ O F Thấu kính phân kì (TKPK) + Tiêu điểm vật TKHT nằm trước TK, TKPK nằm sau TK (phía trước thấu kính phía ánh sáng tới, phía sau thấu kính phía ánh sáng ló khỏi thấu kính) + Tiêu cự (kí hiệu f): khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm Vậy: |f| = OF = OF’ Đường tia sáng đặc biệt * Các tia đặc biệt - Tia qua quang tâm O truyền thẳng F O F’ F’ O F - Tia qua tiêu điểm (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm F) cho tia ló song song trục F O F’ F’ O F - Tia tới song song trục cho tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm F’ F O F’ F’ O F Kiến thức quang trục phụ, tiêu điểm phụ: - Mặt phẳng qua tiêu điểm ảnh vng góc với trục gọi mặt phẳng tiêu diện - Ngồi quang trục chính, đường thẳng khác qua quang tâm gọi quang trục phụ - Các quang trục phụ cắt mặt phẳng tiêu diện tiêu điểm phụ - Tia sáng song song quang trục phụ tia ló qua tiêu điểm phụ tương ứng * Tia tới - Vẽ tia tới SI đến gặp thấu kính - Kẻ tiêu diện vng góc trục tiêu điểm ảnh F’ - Kẻ trục phụ song song với SI, cất tiêu diện ảnh tiêu điểm ảnh phụ Fp' - Tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm ảnh phụ Fp' F O F’F’ F’ O Sự tạo ảnh qua thấu kính a Ảnh vật tạo thấu kính hội tụ + Vật đặt ngồi khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật + Vật đặt khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, chiều với vật + Vật xa thấu kính cho ảnh thật điểm nằm tiêu điểm b Ảnh vật tạo thấu kính phân kì + Vật đặt vị trí trước thấu kính phân kì cho ảnh ảo, chiều, nhỏ vật nằm khoảng tiêu cự + Khi vật đặt xa thấu kính, ảnh ảo vật điểm nằm tiêu điểm * Cách dựng ảnh vật qua thấu kính: + Để vẽ ảnh điểm sáng S qua TK ta vẽ hai tia sáng (đặc biệt) xuất phát từ S đến TK vẽ hai tia ló, hai tia ló cắt đâu ảnh thật, đường kéo dài chúng cắt đâu ảnh ảo + Để vẽ ảnh vật sáng, ta vẽ ảnh điểm vật, nối điểm ảnh lại với ảnh vật * Lưu ý: + Khi vật vuông góc với trục ảnh vng góc với trục + Tia sáng có phương qua S tia ló (hoặc tia khúc xạ, phản xạ) có phương qua ảnh S Công thức thấu kính 1 Cơng thức thấu kính: f = d + d '  = d d ' f d+d'   ⇒ Hệ  d = d ' f   d '− f d.f  d −f d ' = + Trong đó: d vị trí vật so với thấu kính d’ vị trí ảnh so với thấu kính f tiêu cự thấu kính + Quy ước: Vật thật: d > 0; vật ảo d < Ảnh thật: d’ > 0; ảnh ảo d’ < Thấu kính hội tụ f > 0; thấu kính phân kì f < Nguyên lí truyền ngược ánh sáng: Cho quang hệ bất kì, tia sáng chiếu tới quang hệ theo hướng xy, cho tia ló theo hướng zt chiếu tia sáng tới quang hệ theo hướng tz cho tia ló theo hướng yx Hệ quả: Nếu đặt điểm sáng điểm A trước TKHT cho ảnh thật B đặt điểm sáng B cho ảnh thật A 7.1.2 Các dạng tập Dạng 1: Tốn vẽ thấu kính Dạng 2: Xác định vị trí vật, ảnh, kích thước ảnh Dạng 3: Bài tốn dịch chuyển vật, ảnh thấu kính Dạng 4: Bài toán hệ quang học Dạng 5: Bài toán cực trị Hướng dẫn giải dạng tập theo dạng: * Dạng Toán vẽ thấu kính Phương pháp: Sử dụng tia đặc biệt để vẽ Cụ thể: + Tia tới qua quang tâm O thẳng + Tia tới song song với trục cho tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm F’ + Tia tới (hoặc đường kéo dài tia tới) qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục Chú ý: + tia sáng có phương qua S tia ló (hoặc tia khúc xạ, phản xạ) có phương qua ảnh S + Tia tới song song với trụ phụ tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm ảnh phụ Fp' + Tia tới dọc theo vật, tia ló dọc theo ảnh + Điểm vật, điểm ảnh, quang tâm thẳng hàng + Giao tia tới tia ló điểm thấu kính + Khi điểm sáng nằm trục chính, lúc tia đặc biệt trùng nên phải sử dụng thêm tia * Cách vẽ đường tia tới bất kì: + + + + + Vẽ tia tới đến gặp thấu kính I Kẻ trục phụ song song với SI Kẻ tiêu diện ảnh Giao trục phụ với tiêu diện ảnh tiêu điểm ảnh phụ Fp' Tia ló tia qua IFp' * Vật thật, ảnh thật ngược chiều (khác bên thấu kính) Vật thật, ảnh ảo chiều (cùng bên thấu kính) * 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 Loại Cho điểm sáng Ví dụ 1: Cho điểm sáng S hình Hãy trình bày cách vẽ vẽ hình xác định vị trí ảnh S’ điểm sáng S S S F O F’ F’ a) F O F b) S F O S O F’ F’ c) d) Hướng dẫn giải S a) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló qua tiêu điểm ảnh F’ + Qua S kẻ tia tới qua quang tâm O tia sáng truyền thẳng F’ F O S’ + Giao hai tia ló ảnh S’ cần xác định b) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh F’ + Qua S kẻ tia tới qua quang tâm O tia sáng truyền thẳng + Đường kéo dài hai tia ló giao S’ ảnh S cần xác định S S’ F’ O c) Vì S nằm trục nên ảnh S’ nằm trục + Kẻ tia tới SI đến gặp thấu kính I I + Kẻ trục phụ song song với tia SI + Kẻ tiêu diện ảnh qua F’, giao trục phụ tiêu diện ảnh tiêu điểm ảnh phụ F' p + Tia tới song song với trục phụ tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ, nên tia ló tia tới SI qua F’ Giao tia ló IF' với trục S’ F S O F'p F’ p ảnh S’ S cần xác định d) Vì S nằm trục nên ảnh S’ nằm trục + Kẻ tia tới SI đến gặp thấu kính I + Kẻ trục phụ song song với tia SI + Kẻ tiêu diện ảnh qua F’, giao trục phụ tiêu diện ảnh tiêu điểm ảnh phụ Fp' + Tia tới song song với trục phụ tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh phụ, nên tia ló tia tới SI qua Fp’ Đường kéo dài tia ló IFp' giao với trục S’ ảnh S cần xác định S F’ F'p O F Loại Dựng với vật sáng dạng đoạn thẳng + Nếu vật dạng đoạn thẳng AB vng góc với trục tiến hành dựng xác định điểm ảnh A’ B’ phần điểm sáng Nếu A nằm trục cần xác định B’ hạ vng góc ⇒ vị trí A’ + Nếu vật dạng đoạn thẳng tạo với trục góc α ta sử dụng thêm tính chất : Tia tới dọc theo vật tia ló dọc theo ảnh để xác định Ví dụ 2: Cho vật sáng AB có dạng đoạn thẳng tạo với trục góc  hình Hãy dựng ảnh vật AB qua thấu kính, nói rõ cách dựng Hướng dẫn giải + Kẻ trục phụ ∆ song song với AB, qua F’ kẻ đường vuông góc với trục chính, kẻ trục phụ Fp’ + Kẻ tia ABI trùng vào AB, tia khúc xạ I qua tiêu điểm phụ Fp’ trùng vào A’B’ Vì A thuộc trục nên A’ thuộc trục chính, B F'p A’ A F O F’ B’ tia khúc xạ I Fp’ cắt trục A’ + Kẻ tia xuất phát từ B qua quang tâm O truyền thẳng cắt tia khúc xạ I Fp’ B’ → A’B’ ảnh cần dựng Loại Xác định loại thấu kính vẽ hình + Căn vào tính chất kích thước ảnh so với vật để xác định loại thấu kính - Nếu vật ảnh bên thấu kính chiều trái chất (vật thật, ảnh ảo) - Nếu vật ảnh khác bên thấu kính ngược chiêu chất (vật thật, ảnh thật) - Tương quan ảnh vật qua thấu kính Loại thấu kính Thấu kính hội tụ (TKHT) Vật 0 A2 B2 = A' B' = 40(cm) ∆SA1B1 ~ ∆SA2B2 => SI1 = A1 B1 = AB => SI1 = SI' A2B2 A2 B2 AB SI'= 20 200 = 100(cm) = 1(m) A B 2 (AB = AB) 1 40 Cần phải di chuyển đĩa đoạn I I1 = SI1- SI = 100- 50 I I1 = 50 (cm) BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính hội tụ, A nằm trục chính, ta thu ảnh A 1B1 rõ nét cách thấu kính 15cm Sau giữ ngun vị trí thấu kính, dịch chuyển vật dọc theo trục lại gần thấu kính đoạn a, thấy phải dời ảnh đoạn b = 5cm thu ảnh rõ nét A2B2 Biết A2B2 = 2A1B1 Bằng kiến thức hình học tính khoảng cách a tiêu cự thấu kính 20 Bài 2: Thấu kính hội tụ tiêu cự f, điểm sáng S nằm cách thấu kính khoảng d qua thấu kính cho ảnh thật S’ cách thấu kính khoảng d’ Giữa d, d’ f có 1 công thức liên hệ f = d + d ' 1) Chứng minh công thức 2) Đặt điểm sáng S trục ∆ thấu kính hội tụ, chắn vng góc với A; điểm sáng S M cố định cách khoảng L = 45cm Thấu kính có tiêu cự f = 20cm có bán kính đường rìa r = OP = OQ = 4cm (O quang tâm, P, Q điểm mép thấu kính), thấu kính di chuyển khoảng từ S đến M (hình vẽ) a) Ban đầu thấu kính cách S khoảng d = 20cm, M quan sát vệt sáng trịn chùm ló tạo Tính bán kính vệt sáng b) Dịch chuyển thấu kính lại gần P M M cho ∆ trục S r thấu kính kích thước vệt sáng trịn thay đổi, người ta tìm vị O E trí thấu kính cho kích thước vệt sáng Q nhỏ Hãy xác định vị trí thấu kính bán kính vệt sáng nhỏ tương ứng Bài 3: Vật sáng phẳng AB M đặt song song cách đoạn L Đặt thấu kính hội tụ vào vật cho trục thấu kính qua A vng góc với AB Xê dịch vị trí thấu kính để thu ảnh rõ nét Gọi d khoảng cách từ vật đến thấu kính, d’ khoảng cách từ đến thấu kính; f tiêu cự thấu kính a) Vẽ hình và chứng minh cơng thức: b) Tìm mối liên hệ L f để: - Có vị trí TK cho ảnh rõ nét - Có vị trí TK cho ảnh rõ nét - Khơng có vị trí TK cho ảnh rõ nét Bài 4: Vật sáng phẳng AB M đặt song song cách đoạn L Đặt thấu kính hội tụ vào vật cho trục thấu kính qua A vng góc với AB Xê dịch vị trí thấu kính để thu ảnh rõ nét Gọi d khoảng cách từ vật đến thấu kính, d' khoảng cách từ đến thấu kính; f tiêu cự thấu kính 1 a) Vẽ hình và chứng minh cơng thức: f = d + d ' từ tìm mối quan hệ L f để thu ảnh rõ nét 21 b) Khi L = 150cm, xê dịch thấu kính thấy có hai vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét màn, hai vị trí cách đoạn l = 30cm Tính tiêu cự thấu kính c) Xác định khoảng cách nhỏ vật để thu ảnh rõ nét Dạng 4: Bài toán hệ quang học Ví dụ 1: Vật sáng AB đặt vng góc với trục TKHT (L) có tiêu cự f, điểm A trục AO = d, cho ảnh A1B1 ngược chiều với vật AB, biết A1O = d’, ảnh cao gấp lần vật ảnh cách vật khoảng AA1 = 75cm a) Vẽ hình Xác định tính chất ảnh Tính d, d’, f b) Đặt thêm gương phẳng (G) vng góc với trục thấu kính mặt phản xạ quay phía thấu kính (như hình), khoảng cách từ gương tới thấu kính b = 54cm, xác định vị trí, tính chất ảnh cuối AB qua hệ vẽ hình b B A O (L) G c) Tìm giá trị b để ảnh cuối AB qua hệ có chiều cao khơng thay đổi ta cho vật sáng AB tịnh tiến theo phương song song với trục thấu kính vẽ hình d) Tìm giá trị b để ảnh cuối AB qua hệ vị trí vật vẽ hình Hướng dẫn giải B A1 O A (L) B1 1 Dùng tam giác đồng dạng chứng minh công thức: f = d + d / Ta có hệ phương trình d + d / = 75  A B  1  AB = d/ = d từ = + ⇒f = f d / d d = 15cm ⇒ /=  60cm d d d / = 15.60 = 12cm d + d / 15+60 Khi đặt thêm gương phẳng trình tạo ảnh sơ đồ 22 L G AB →A1B1 →A2B2 d1=15 d1/ = 60 d2 d = 15 ⇒ d / = 60 ⇒ d d 2/ d3 = −6 ⇒ d / = d3/ ⇒ d = 48 ⇒ d / = 16c m L →A3B3 Ảnh A3B3 ảnh thật nằm bên trái cách thấu kính 16cm b=54cm B3 (L) B O A2 A1 B2 B1 A3 A (G) b =f= 12cm B B3 O F A A3 (L) Tìm b = f = 12cm (G) (G) b=d1’ = 60cm (L) B3 B A3A O A1 A2 B1 B2 Tìm b = d1/ = 60cm 23 Ví dụ 2: Cho gương phẳng vật AB vng góc với trục thấu kính hội tụ, điểm A vật nằm trục chính, mặt phản xạ gương hướng thấu kính Biết OF = f = 30cm; OA = 1,5f; AB = 1cm a) Vẽ ảnh AB qua hệ thấu kính gương (có giải thích) b) Xác định độ cao vị trí ảnh Hướng dẫn giải a Vẽ ảnh qua hệ thấu kính gương: - Vẽ tia tới song song trục Tia ló qua TK, phản xạ gương tiêu điểm Tia phản xạ tới TK cho tia ló song song với trục cách trục khoảng 1cm - Vẽ tia tới qua quang tâm cho tia ló phản xạ gương gặp TK Ta vẽ tia ló dựa vào trục phụ tiêu điểm phụ Hai tia gặp B’ Từ B’ hạ vng góc xuống trục ta A’ A’B’ ảnh AB qua hệ thấu kính gương B A’ A F O J B’ I F’ P b Xác định vị trí độ cao ảnh: - Theo cách vẽ ta có A’B’ = 1cm - Xét cặp tam giác đồng dạng ∆ ABO ∆ F’PO ta có F’P =2/3 - Theo cách vẽ OPIK hình thoi dể dàng suy IJ = 1/3 - Xét cặp tam giác đồng dạng ∆ JIB’ ∆ F’PO suy OA’ = 15cm BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Cho hệ quang học hình vẽ ( L) thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm đặt cố định gương phẳng (G) Gương đặt sau thấu kính, cách thấu kính 50cm Một vật sáng AB đặt trước thấu kính vng góc với trục thấu kính có điểm A nằm trục thấu kính cách thấu kính x = 70cm a) Xác định vị trí, tính chất ảnh A’B’ Vẽ ảnh b) Tìm vị trí điểm đặt gương độ lớn ảnh A’B’ không đổi với x B A (L) (G) O x Bài 2: Trên chắn sáng (P) cố định có lỗ trịn nhỏ, người ta gắn vừa vặn vào lỗ trịn thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự 20 cm Chiếu chùm sáng 24 song song tới thấu kính, phía sau chắn có hứng ảnh (E) song song với chắn (P) a) Khi di chuyển (E) (E song song với P) người ta nhận thấy có hai vị trí (E) cho vệt sáng trịn có đường kính nửa đường kính thấu kính Xác định khoảng cách hai vị trí b) Đặt xen L1 (E) thấu kính phân kì L đồng trục, kích thước với L1, cách L1 khoảng cm Khi người ta thu (E) vệt sáng tròn có diện tích tiết diện L2 khơng phụ thuộc vào vị trí E Xác định tiêu cự thấu kính L2 Bài 3: Cho hệ gương phẳng- thấu kính hình vẽ Gương đặt cách thấu kính 20cm, điểm A thuộc trục ( thuộc khoảng OF) cách thấu kính 10cm a) Vẽ ảnh vật AB tạo thấu kính tạo hệ gương phẳng- thấu kính Nêu B tính chất ảnh trường hợp trên? G b) Biết ảnh vật AB tạo thấu kính O A F gấp lần ảnh vật AB tạo hệ gương phẳng - thấu kính Bằng kiến thức hình học tìm tiêu cự thấu kính? Bài 4: Cho vật AB đặt trước thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự f1 = f cách thấu kính L1 khoảng cách 2f hình vẽ Sau L1 ta đặt thấu kính phân kỳ L2 có tiêu cự f2 = f/2 cách L1 khoảng O1O2 = f/2, cho trục hai thấu kính trùng A B O1 O a) Hãy vẽ ảnh AB qua hệ hai thấu kính b) Hãy vẽ tia sáng phát từ A sau qua hai thấu kính tia ló có phương qua B Giải thích cách vẽ Dạng 5: Bài tốn cực trị quang hình Ví dụ 1: a) Một vật sáng dạng đoạn thẳng nhỏ AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 40 cm, A trục Dịch chuyển AB dọc theo trục cho AB ln vng góc với trục Khi khoảng cách AB ảnh thật A’B’ qua thấu kính nhỏ vật cách thấu kính khoảng bao nhiêu? Ảnh lúc cao gấp lần vật? b) Cho hai thấu kính L1, L2 có trục trùng nhau, cách 40 cm Vật AB đặt vng góc với trục chính, A nằm trục chính, trước L (theo thứ tự AB → L1 → L2 ) Khi AB dịch chuyển dọc theo trục cho AB ln vng góc với trục ảnh A’B’ tạo hệ hai thấu kính có độ cao khơng đổi gấp lần độ cao vật AB Tìm tiêu cự hai thấu kính Hướng dẫn giải a) Tacó: ∆OAB ~ ∆OA’B’ ⇒ A'B' =OA' AB OA A'F' ∆F’OI ~ ∆F’A’B’ ⇒ A'B' B (1) F’A’ A'B' (2) OI = OF ' = AB ' ' ' OA.OF' Từ (1) (2) → OA A F OA −OF →OA' = OA −OF' OA = OF' = OF' ' Đặt AA’ = L, suy L = OA + OA' = OA OA.OF ' I ' + (5) ⇔ OA2 − L.OA + L.OF' = A F O (3) B ’ (4) OA −OF' Để có vị trí đặt vật, tức phương trình (5) phải có nghiệm, suy ra:  ≥ 0⇔ L2 − 4L.OF' ≥ 0⇔ L≥ 4.OF' Vậy khoảng cách nhỏ vật ảnh thật nó: Lmin = 4.OF’ = 4f Khi Lmin phương trình (5) có nghiệm kép: L OA = = 2.OF ' = 80 cm OA' = Lmin − OA = 80cm Thay OA OA’ vào (1) ta có: A' B ' AB OA' = OA = Vậy ảnh cao vật b) Khi tịnh tiến vật trước L1 tia tới từ B song song với trục khơng thay đổi nên tia ló khỏi hệ tia không đổi, ảnh B ’ B nằm tia ló Để ảnh A’B’ có chiều cao khơng đổi với vị trí vật AB tia ló khỏi hệ tia phải tia song song với trục Điều xảy hai tiêu điểm hai thấu kính trùng nhau( F1' ≡ F2 ) Vì ảnh lớn gấp lần vật nên hai kính phải kính hội tụ Ta có hai trường hợp: * TH 1: thấu kính hội tụ B I A’ F ’1 A O 1F O2 J Khi đó: O1F1’ + O2F2= O1O2 = 40 cm B’ (1) 26 OF = A' B' = OJ = 3→O F = 3.OF' OF' AB Mặt khác: 1 O1I (2) Từ (1) (2) suy ra: f1 = O1F1’ = 10 cm, f2 = O2F2 = 30 cm * TH 2: thấu kính hội tụ, thấu kính phân kỳ 2 B I 1 J F ’1 B’ A’ O2 O1 A F2 Khi đó: O2F2- O1F1’ = O1O2 = 40 cm Mặt khác: O2 F2 = O2J = A' B' = 3→O F ' OF 1 OI AB (3) = 3.O F' 2 (4) 1 Từ (3) (4) suy ra: f1 = O1F1’ = 20 cm, f2 = O2F2 = 60 cm Ví dụ 2: Cho vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự f, A nằm trục Cho khoảng cách từ vật đến thấu kính AO = d, với d > f Hãy xác định d (theo f) để khoảng cách vật ảnh nhỏ Tìm giá trị nhỏ Hướng dẫn giải - Gọi khoảng cách từ vật đến thấu kính d, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính d’ Khi khoảng cách từ vật đền ảnh là: B I F' A F A' O L = d + d' ⇒ d = L - d' ∆ AOB ~ ∆ A'OB' ⇒ A'B' = OA ' = d ' AB OA d ∆ OIF’ ~ ∆ A'B'F’ ⇒ A'B' = A'F' = A'B' hay d '− f = d ' ⇒ d '− f = OIOF' AB f d f d' L −d '  d '2 − Ld '+ Lf = Để phương trình có nghiệm thì: ∆ = L2 – 4Lf ≥ Do L ≥ nên bất phương trình có nghiệm L ≥ 4f Vậy Lmin = 4f Điều xảy d = 2f BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Cho hình vẽ Biết: PQ trục thấu kính, S nguồn sáng điểm, S’ ảnh S tạo thấu kính 27 a) Xác định loại thấu kính, quang tâm O tiêu điểm thấu kính cách vẽ đường truyền tia sáng S/ h/ P H S / l h H Q b) Biết S, S’ cách trục PQ khoảng tương ứng h = SH = 1cm; h’ = S’H’ = 3cm HH’ = l = 32cm Tính tiêu cự f thấu kính khoảng cách từ điểm sáng S tới thấu kính c) Đặt bìa cứng vng góc với trục phía trước che kín nửa thấu kính Hỏi bìa phải đặt cách thấu kính khoảng nhỏ để không quan sát thấy ảnh S’? Biết đường kính đường rìa thấu kính D = 3cm Bài 2: Một chùm sáng song song hình trụ trịn có đường kính D chiếu tới thấu kính hội tụ Trục chùm sáng trùng với trục thấu kính a) Vẽ đường chùm sáng qua thấu kính b) Đặt chắn sáng vng góc với trục sau thấu kính Trên chắn thu vệt sáng tròn Di chuyển chắn dọc theo trục ta thấy có hai vị trí để có hai vệt sáng có đường kính D/3 Hai vị trí cách khoảng l = 8cm Tính tiêu cự thấu kính Bài 3: Một vật sáng phẳng, mỏng có dạng tam giác vuông ABC (AB = cm; BC = cm) đặt trước thấu kính hội tụ L có tiêu cự f = 12 cm cho BC nằm trục thấu kính đầu C cách thấu kính khoảng 16 cm (Hình 1) a) Hãy dựng ảnh vật sáng ABC qua thấu kính b) Xác định diện tích ảnh vật sáng ABC Bài 4: a) Một vật sáng dạng đoạn thẳng nhỏ AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 40 cm, A trục Dịch chuyển AB dọc theo trục cho AB ln vng góc với trục Khi khoảng cách AB ảnh thật A’B’ qua thấu kính nhỏ vật cách thấu kính khoảng bao nhiêu? Ảnh lúc cao gấp lần vật? b) Cho hai thấu kính L1, L2 có trục trùng nhau, cách 40 cm Vật AB đặt vng góc với trục chính, A nằm trục chính, trước L (theo thứ tự AB → L1 → L2 ) Khi AB dịch chuyển dọc theo trục cho AB ln vng góc với trục ảnh A’B’ tạo hệ hai thấu kính có độ cao không đổi gấp lần độ cao vật AB Tìm tiêu cự hai thấu kính 28 Bài 5: S Một điểm sáng S nằm trục phía trước thấu kính hội tụ, cách trục 2cm, cách thấu kính 30cm hình Tiêu cự thấu kính 10cm a) Vẽ ảnh S’ S cho thấu kính Dùng kiến thức hình học để tính khoảng cách từ S’ đến trục thấu kính F’ F O Hình b) Điểm sáng S di chuyển từ vị trí ban đầu theo phương song song với trục có vận tốc khơng đổi v = 2cm/s đến vị trí S1 cách thấu kính 12,5cm Tính vận tốc trung bình ảnh S’ thời gian chuyển động 7.2 Về khả áp dụng sáng kiến: Bằng việc xây dựng phân chia kiến thức phần quang hình thành dạng tập cụ thể Đồng thời, có cung cấp nội dung kiến thức phương pháp giải cụ thể dạng Tôi nhận thấy: năm gần đây, giảng dạy phần này, tiếp thu khả giải tập học sinh có tiến rõ rệt: + Các em nắm tượng vật lí nội dung tập cụ thể từ chủ động phân tích nội dung tập Đồng thời đưa cách giải hợp lí hướng + Khả giải tập thời gian ngắn so với khóa học trước + Đối với giáo viên chủ động, tự tin trình bồi dưỡng học sinh giỏi, chỗ dựa vững cho em học tập Đồng thời, tạo dựng thói quen cho thân người thầy củng cố khắc sâu kiến thức, có khả ứng phó - phản xạ kịp thời với cách giải học sinh, dễ phát giải sai (thường nhầm chất tượng vật lí, ngộ nhận vấn đề, thiếu suy xét kĩ lưỡng) Vì SKKN áp dụng để bồi dưỡng HSG khối cấp THCS ôn luyện cho HS dự thi vào lớp 10 THPT chuyên mơn Vật lí Những thơng tin cần bảo mật: không Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Tiết dạy bồi dưỡng học sinh giỏi địi hỏi giáo viên phải có chuẩn bị đầu tư nhiều tiết dạy bình thường lớp, chí phải có q trình tích lũy kinh nghiệm qua thời gian đạt hiệu thuyết phục học sinh, làm cho em thực hứng thú tin tưởng Đó yêu cầu ban giám hiệu, 29 lãnh đạo nhà trường mục tiêu người bồi dưỡng Giáo viên tham gia bồi dưỡng phải có học tập trau dồi khơng ngừng nghỉ, với lịng nhiệt huyết, tâm cao đáp ứng yêu cầu cơng việc Bản thân giáo viên phải tích cực chịu khó trao đổi với đồng nghiệp trường để học hỏi rút kinh nghiệm cần thiết áp dụng vào trình bồi dưỡng Ban giám hiệu, lãnh đạo nhà trường cần có quan tâm, động viên mức đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi; đồng nghiệp nhiệt tình, hỗ trợ đắc lực giảng dạy 10 Đánh giá lợi ích thu được: 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: - Về phía học sinh: Ngày nhiều học sinh chủ động, tích cực, hăng hái sơi tham gia đăng kí vào đội tuyển Trong q trình học đội tuyển, em thể hứng thú rõ rệt, tin tưởng, lạc quan vào kết thi Đặc biệt em có tinh thần chiến đấu mạnh mẽ thi cử, làm Ngồi kiến thức bản, học sinh say sưa sưu tầm kiến thức làm cho vốn kiến thức ngày phong phú  Kết thu sau áp dụng sáng kiến sau : Điểm Điểm - Điểm - Điểm - 10 SL % SL % SL % SL % 0 40 30 20 - Kết kì thi học sinh giỏi: + Năm học 2017 – 2018: giải nhất, giải nhì, giải ba kì thi HSG lớp cấp Tỉnh + Năm học 2018 – 2019: giải nhì kì thi HSG lớp cấp Tỉnh giải ba, giải khuyến khích kì thi HSG KHTN cấp Tỉnh giải khuyến khích kì thi HSG KHTN cấp Thành phố giải ba, giải khuyến khích kì thi HSG vật lí lớp - Về phía giáo viên: Bản thân tơi ngày có chủ động, mạnh dạn kiến thức, gặp khó khăn lúng túng vướng mắc trước Kinh nghiệm dạy học ngày dầy lên, kiến thức củng cố mở rộng 30 Tơi nhận thấy tình cảm trị ngày gắn kết, gần gũi Tơi thường xuyên trao đổi với đồng nghiệp cách làm đồng nghiệp yêu mến, Ban giám hiệu tin tưởng Tất giáo viên nhà trường trí sáng kiến kinh nghiệm có tính thiết thực, tính hiệu cao 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: Sau số đồng nghiệp áp dụng sáng kiến kinh nghiệm vào thực tiễn bồi dưỡng học sinh giỏi kết thay đổi rõ rệt Học sinh chủ động lạc quan tham gia vào đội tuyển, học tập sơi có hứng thú tin tưởng vào kết làm Số lượng chất lượng giải tăng lên Học sinh nắm cách giải dạng tập vật lí, từ có khả giải vấn đề cách nhanh nhạy, hướng Chủ động việc tiếp thu cách giải, từ có khả giải tập nhiều cách giải khác 11 Danh sách cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu: Số Tên cá nhân Địa Phạm vi/Lĩnh vực TT áp dụng sáng kiến Đội tuyển HSG lớp Tống Anh Tuấn Tích Sơn, ngày Trường THCS Phân loại dạng tập Vật Tích Sơn lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp phần quang hình GV trường THCS Phân loại dạng tập Vật Tích Sơn lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp phần quang hình tháng năm 2019 Vĩnh Yên, ngày 26 tháng năm 2019 Xác nhận Lãnh đạo nhà trường Người nộp đơn Dương Thị Hải Vân 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nâng cao phát triển vật lí – Nhà xuất giáo dục Việt Nam Chuyên đề bồi dưỡng Vật lí – Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 121 tập Vật lí nâng cao lớp – Nhà xuất Đà Nẵng 500 tập Vật lí THCS – Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Vật lí nâng cao 10 – Nhà xuất giáo dục Bài tập Vật lí nâng cao 10 – Nhà xuất giáo dục Tuyển chọn đề thi vào lớp 10 chun mơn Vật lí –Nhà xuất Hà Nội Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí – Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 32 ... trị hình học Cũng lẽ mà với học sinh ôn tập thi học sinh giỏi thi vào 10 chuyên phần quang hình học phần khó Thực tế để bồi dưỡng cho học sinh dự thi học sinh giỏi cấp, cần trang bị cho học sinh. .. lượng học sinh giỏi tốt hơn, học sinh có kiến thức vững vàng thi vào trường chun Chính lí trên, viết lại số kinh nghiệm trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi thành ? ?Phân loại dạng tập Vật lí bồi. .. học tập học sinh nói chung Đó nội dung, mục đích hướng tới sáng kiến kinh nghiệm Tên sáng kiến: ? ?Phân loại dạng tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi lớp phần quang hình? ?? Tác giả sáng kiến: - Họ