Bài giảng Phương pháp giải bài tập Vật lý trung học phổ thông - ĐH Phạm Văn Đồng

Bài giảng Phương pháp giải bài tập Vật lý trung học phổ thông là một trong những học phần bắt buộc trong chương trình đào tạo sinh viên các trường sư phạm. Hiện nay, sách tham khảo cho giáo viên và học sinh phổ thông về bài tập vật lí rất nhiều nhưng sách hướng dẫn giáo viên phân tích các hiện tượng vật lí để giải quyết các bài tập vật lí ở trường phổ thông còn rất thiếu.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG - BÀI GIẢNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NGUYỄN THỊ THU THỦY Quảng Ngãi, 07/2020 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG LÝ LUẬN CHUNG VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1 Vai trò tập vật lí dạy học 1.1.1 Khái niệm tập vật lí 1.1.2 Vai trị tập vật lí 1.2 Phân loại tập vật lí 1.2.1 Căn theo yêu cầu mức độ phát triển tư 1.2.2 Căn vào nội dung tập 1.2.3 Căn vào phương thức cho điều kiện phương thức giải 1.3 Các yêu cầu chung dạy học tập vật lí 1.3.1 Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống tập vật lí 1.3.2 Các yêu cầu dạy học tập vật lí CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 11 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 12 2.1 Tư q trình giải tập vật lí 12 2.1.1 Khái qt hóa cụ thể hóa q trình nhận thức 12 2.1.2 Phân tích tư giải tập vật lí 13 2.2 Phương pháp giải tập vật lí 15 2.2.1 Các bước chung giải tập vật lí 15 2.2.2 Phương pháp giải tập định tính 18 2.2.3 Phương pháp giải tập định lượng 19 2.2.4 Phương pháp giải tập đồ thị 20 2.2.5 Phương pháp giải tập thí nghiệm 20 2.3 Hướng dẫn học sinh giải tập vật lí 21 2.3.1 Cơ sở tâm lí học lí luận dạy học việc hình thành lực giải tập 21 2.3.2 Định hướng hành động giải tập vật lí 22 2.4 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập vật lí 23 CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 25 CHƯƠNG DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ THUỘC MỘT SỐ ĐỀ TÀI TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG 27 3.1 Phương pháp giải tập động học chất điểm 27 3.1.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 27 3.1.2 Hướng dẫn giải số tập phần động học chất điểm 31 3.1.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 43 3.1.4 Các tập luyện tập 45 3.2 Phương pháp giải tập động lực học 47 3.2.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 47 3.2.2 Hướng dẫn giải số tập phần động lực học 53 3.2.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 68 3.2.4 Các tập luyện tập 69 3.3 Phương pháp giải tập định luật bảo toàn 72 3.3.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 72 3.3.2 Hướng dẫn giải số tập phần định luật bảo toàn 76 3.3.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 93 3.3.4 Các tập luyện tập 94 3.4 Phương pháp giải tập nhiệt học 98 3.4.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 98 3.4.2 Hướng dẫn giải số tập phần nhiệt học 103 3.4.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 116 3.4.4 Các tập luyện tập 118 3.5 Phương pháp giải tập điện học 120 3.5.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 120 3.5.2 Hướng dẫn giải số tập phần điện học 135 3.5.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 148 3.5.4 Các tập luyện tập 151 3.6 Phương pháp giải tập quang học 154 3.6.1 Tóm tắt nội dung kiến thức 154 3.6.2 Hướng dẫn giải số tập phần quang học 166 3.6.3 Những điểm cần lưu ý phương pháp 181 3.6.4 Các tập luyện tập 182 LỜI MỞ ĐẦU Bài tập vật lí có ý nghĩa đặc biệt việc dạy học vật lí trường phổ thơng Tuy nhiên, trình rèn luyện phát triển tư giải tập, học sinh gặp nhiều khó khăn Điều tính chất phức tạp tập, cách lựa chọn hệ thống tập, hướng dẫn học sinh giải tập hay nhiều giáo viên chưa phân tích khó khăn, sai lầm q trình nhận thức học sinh để điều chỉnh hoạt động dạy học cho phù hợp, … Dạy học tập vật lí trường phổ thông học phần bắt buộc chương trình đào tạo sinh viên trường sư phạm Hiện nay, sách tham khảo cho giáo viên học sinh phổ thông tập vật lí nhiều sách hướng dẫn giáo viên phân tích tượng vật lí để giải tập vật lí trường phổ thơng cịn thiếu Tài liệu sử dụng cho sinh viên sư phạm vật lí, giáo viên học sinh phổ thơng tham khảo Rất mong nhận góp ý quý bạn đọc Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT CHƯƠNG LÝ LUẬN CHUNG VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1 Vai trị tập vật lí dạy học 1.1.1 Khái niệm tập vật lí Theo X.E Camenetxki V.P Ơrêkhốp “trong thực tế dạy học, tập vật lí hiểu vấn đề đặt mà trường hợp tổng quát đòi hỏi suy luận logic, phép tốn thí nghiệm dựa sở định luật phương pháp vật lí…” Trong tài liệu sách giáo khoa tài liệu phương pháp dạy học môn, người ta thường hiểu tâp vật lí luyện tập lựa chọn cách phù hợp với mục đích chủ yếu nghiên cứu tượng vật lí, hình thành khái niệm, phát triển tư vật lí cho học sinh rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức học sinh vào thực tiễn Với định nghĩa trên, hai ý nghĩa khác tập vật lí vận dụng kiến thức hình thành kiến thức có mặt Do đó, tập vật lí với tư cách phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng việc hồn thành nhiệm vụ dạy học vật lí nhà trường phổ thơng [11] 1.1.2 Vai trị tập vật lí Trong q trình dạy học vật lí tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt Chúng sử dụng theo mục đích khác - Thông qua dạy học tập vật lí, người học nắm vững cách xác, sâu sắc toàn diện qui luật vật lí, tượng vật lí, biết cách phân tích chúng ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng người học [11] Trong nhiều trường hợp, dù giáo viên cố gắng trình bày tài liệu cách mạch lạc, logic, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm yêu cầu cho kết xác điều kiện cần chưa phải điều kiện đủ để học sinh hiểu sâu nắm vững kiến thức Chỉ có thơng qua tập vật lí hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT cơng tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc, hoàn thiện trở thành vốn riêng người học - Bài tập vật lí sử dụng phương tiện độc nghiên cứu tài liệu trang bị kiến thức cho học sinh Trong trình giải tình cụ thể tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức cách sâu sắc [11] Thí dụ nghiên cứu thí nghiệm với hịn bi, định luật bảo tồn động lượng vật lí lớp 10 từ kết thí nghiệm cho thấy “hai góc lệch nhau”, suy vận tốc bi bên trái sau lúc va chạm vận tốc bi bên phải trước lúc va chạm động lượng chúng trước lúc va chạm Giáo viên cho học sinh tham gia giải vấn đề cách tích cực hình thức nêu cho học sinh tập phát biểu sau: từ kết thí nghiệm cho thấy hai góc lệch nhau, so sánh vận tốc bi bên trái sau lúc va chạm với vận tốc bi bên phải trước lúc va chạm, từ so sánh tổng động lượng hai hịn bi trước sau va chạm - Bài tập vật lí phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt phải khám phá chất tượng vật lí trình bày dạng tình có vấn đề [10] Bởi giải tập hình thức làm việc tự lực học sinh Trong giải tập học sinh phải phân tích điều kiện đề Tự xây dựng lập luận, thực việc tính tốn, cần thiết phải tiến hành thí nghiệm, thực phép đo, xác định phụ thuộc hàm số đại lượng, kiểm tra kết luận Trong điều kiện tư lôgic, tư sáng tạo học sinh phát triển, lực làm việc độc lập học sinh nâng cao - Bài tập vật lí cịn có ý nghĩa to lớn việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp Các tập vật lí đề cập đến lĩnh vực khác sống: khoa học kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp Các tập phương Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với đời sống; vận dụng kiến thức học vào thực tế sản xuất sống [10] Thí dụ sau học cơng cơng suất dịng điện cho học sinh tập: “người ta dùng bóng đèn loại 110V để mắc vào mạng điện có hiệu điện 220V cách mắc nối tiếp bóng đèn 110V, phải chọn bóng đèn có cơng suất định mức Hãy giải thích sao?” Cũng phát biểu tập hình thức khác khó sau: “mạng điện có hiệu điện 220V, làm để sử dụng bóng đèn việc thắp sáng?” Khi giải tập làm cho học sinh nắm vững kiến thức học, đồng thời tập cho học sinh quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề đặt đời sống ngày - Bài tập vật lí phương tiện củng cố, ơn tập, hệ thống hóa kiến thức phương tiện để kiểm tra kiến thức kĩ học sinh [10] Khi giải tập vật lí, học sinh cần nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh kiến thức phải tổng hợp kiến thức đề tài, chương phần chương trình Qua kiểm tra thường xuyên giáo viên kịp thời sửa chữa sai lầm học sinh Giải tập vật lí thước đo xác để giáo viên thường xun theo dõi thành tích tinh thần học tập học sinh với hiệu cơng tác giáo dục, giáo dưỡng để từ điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học, giúp trình dạy học đạt hiệu cao - Nhờ dạy học tập vật lí giáo viên giới thiệu cho học sinh biết xuất tư tưởng quan điểm tiên tiến đại, phát minh làm thay đổi giới kích thích hứng thú, đam mê học sinh với môn học, bồi dưỡng khả quan sát [10] - Bài tập vật lí góp phần xây dựng giới quan vật biện chứng cho học sinh [10] Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT 1.2 Phân loại tập vật lí Có nhiều cách phân loại tập vật lí Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, nội dung, phương thức giải, hay mức độ yêu cầu phát triển tư duy, … mà phân loại tập theo nhiều cách khác Nếu dựa vào yêu cầu mức độ phát triển tư tập vật lí chia làm thành tập luyện tập, tập sáng tạo…Nếu dựa vào phương thức giải tập vật lí thành tập định tính, tập định lượng 1.2.1 Căn theo yêu cầu mức độ phát triển tư Theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy, phân tập thành hai loại tập luyện tập tập sáng tạo 1.2.1.1 Bài tập luyện tập Bài tập luyện tập tập mà tượng xảy tuân theo quy tắc, định luật vật lí biết, muốn giải cần thực lập luận đơn giản hay áp dụng công thức biết Loại tập dùng để củng cố kiến thức lý thuyết học, sau học kiến thức lý thuyết vật lí (một khái niệm, định luật hay quy tắc vật lí đó) giúp học sinh hiểu sâu sắc khái niệm, định luật vật lí nghiên cứu, nắm vững cách giải loại tập định dẫn cách thức giải Loại tập không đòi hỏi tư sáng tạo người học tập loại điều kiện cho đề thường rõ hành động cần thực (xác định đại lượng từ cơng thức biết, giải thích ý nghĩa cơng thức…) [10] Ví dụ: Chiếu tia sáng từ nước có chiết suất 𝑛1 = sang mơi trường khơng khí có chiết suất 𝑛2 = với góc tới 𝑖 = 30° Tìm góc khúc xạ r? 1.2.1.2 Bài tập sáng tạo - Bài tập sáng tạo tập xây dựng nhằm mục đích bồi dưỡng lực tư sáng tạo cho học sinh, loại tập mà giả thuyết khơng có thơng tin đầy đủ liên quan đến tượng, trình vật lí, có đại lượng vật lí ẩn dấu; kiện đề khơng dẫn trực tiếp hay gián tiếp algorit giải hay kiến thức vật lí cần sử dụng Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT - Loại tập yêu cầu học sinh phải có kĩ phân tích đề bài, vận dụng tổng hợp kiến thức để giải vấn đề đặt ra, có đầu óc tưởng tượng, biết cách suy diễn lập luận để thiết lập mối quan hệ cần xác lập cách chặt chẽ có logic Bài tập sáng tạo có hai loại:  Bài tập nghiên cứu: loại tập cần giải thích tượng chưa biết sở mơ hình trừu tượng thích hợp rút từ lí thuyết vật lí Học sinh cần trả lời câu hỏi “Tại sao?” Ví dụ: Tại trời mùa hè, lúc trưa nắng đường nhựa khơ ráo, nhìn từ xa mặt đường nhựa có nước?  Bài tập thiết kế: loại tập vận dụng kiến thức lí thuyết biết để đưa mơ hình phù hợp với mơ hình trừu tượng (định luật, công thức, đồ thị…) cho Học sinh cần trả lời câu hỏi “làm nào?” Ví dụ: Làm để xác định lực cản thuyền mặt nước mà không dùng lực kế? 1.2.2 Căn vào nội dung tập Theo cách phân loại này, chia tập thành loại sau: tập có nội dung cụ thể, tập có nội dung trừu tượng, tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp, tập có nội dung lịch sử tập vui 1.2.2.1 Bài tập có nội dung cụ thể Bài tập có nội dung cụ thể tập có liệu số liệu cụ thể, thực tế học sinh đưa lời giải dựa vào vốn kiến thức vật lí có Những tập có nội dung cụ thể có tác dụng tập cho người học phân tíchcác tượng thực tế cụ thể để làm rõ chất vật lí đó, vận dụng kiến thức vật lí để giải Ví dụ: Một người mắt cận đeo sát mắt kính -2 dp nhìn thấy rõ vật vơ cực mà không điều tiết Điểm Cc không đeo kính cách mắt 10 cm Khi đeo kính, mắt nhìn thấy điểm gần cách mắt bao nhiêu? Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT 1.2.2.2 Bài tập có nội dung trừu tượng Bài tập có nội dung trừu tượng tập mà liệu cho dạng chữ Trong tập này, chất nêu bật đề bài, chi tiết không chất lượt bỏ bớt Học sinh nhận cần sử dụng cơng thức, định luật vật lí để giải tập cho Ví dụ: Một lăng kính có tiết diện vng góc tam giác ABC Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI chiếu tới mặt AB mặt phẳng tiết diện vng góc theo phương vng góc với đường cao AH ABC Chùm tia ló khỏi mặt AC theo phương sát với mặt Tính chiết suất lăng kính 1.2.2.3 Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp tập có nội dung kiến thức kĩ thuật, sản xuất, công nông nghiệp, giao thông vận tải, … Ví dụ: Tại diễn viên xiếc ngồi yên ngựa phi nhanh, nhảy lên cao rơi xuống vào yên ngựa? 1.2.2.4 Bài tập có nội dung lịch sử Bài tập có nội dung lịch sử tập chứa đựng kiến thức có liên quan đến lịch sử liệu thí nghiệm vật lí cổ điển, phát minh, sáng chế, câu chuyện có tính chất lịch sử Ví dụ: Nhà bác học Acsimet dùng gương cầu lõm lớn tập trung ánh sáng mặt trời để đốt cháy thuyền giặc Vậy Acsimet dựa vào tính chất gương? 1.2.2.5 Bài tập vui Bài tập vui tập sử dụng kiện tượng kì lạ vui Việc giải thích toán làm cho tiết học thêm sinh động, nâng cao hứng thú học tập học sinh Ví dụ: Tại người chịu nóng nhiệt độ 60oC khơng khí mà lại bị bỏng nước nhiệt độ đó? Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT − Nhầm lẫn góc i1, r1, i2, r2 cơng thức lăng kính o 𝑠𝑖𝑛𝑖1 = 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑟1 , o 𝑠𝑖𝑛𝑖2 = 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑟2 thành sin 𝑟1 = 𝑛𝑠𝑖𝑛 𝑖1 , sin 𝑟2 = 𝑛𝑠𝑖𝑛 𝑖2 − Gặp khó khăn triển khai công thức cộng: sin(60° − 𝑟2 ) tính chiết suất n từ biểu thức 2n = sin60°√1 − n2 − cos60° n Định hướng tư học sinh − Lăng kính tam giác góc chiết quang A có giá trị bao nhiêu? − Hãy nêu công thức lăng kính? − Góc i2 có giá trị tia ló khỏi lăng kính có phương trùng với mặt bên AC? Bài tập Gương cầu lõm sử dụng việc chế tạo loại đèn pha dùng phương tiện giao thông xe ô tô, xe máy, tàu hỏa dụng cụ gia đình chao đèn, đèn pin? Mục đích tốn: Rèn kĩ vận dụng kiến thức gương cầu lõm để giải thích tượng thực tế Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt Gương cầu lõm có tác dụng dụng cụ đèn pha, đèn pin… Bước 2: Xác lập mối quan hệ Đặc điểm dường truyền tia sáng qua gương cầu lõm: + Tia tới qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng + Tia tới qua tiêu điểm vật F (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm vật chính) cho tia ló song song với trục thấu kính + Tia tới song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm ảnh F’ Cấu tạo đèn pha có phận bản: + Bóng đèn 171 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT + Gương cầu lõm Bước 3: Luận giải Một đặc điểm gương cầu lõm có điểm sáng đặt tiêu điểm gương, cho chùm tia phản xạ chùm song song Dựa vào đặc điểm này, muốn tạo chùm sáng song song đèn pha, người ta đặt bóng đèn trục gương cầu lõm dịch chuyển cách dễ dàng dọc theo trục Khi vị trí bóng đèn điều chỉnh tiêu điểm , lúc chùm tia phản xạ tạo chùm tia song song loại đèn pha, bóng đèn đặt trùng với tiêu điểm gương cầu lõm, đèn pin hay chao đèn thường dùng khoảng cách bóng gương cầu thay đổi được, để thu chùm tia ánh sáng phản xạ tạo ý muốn Khó khăn, sai lầm học sinh giải tập − Học sinh không nắm đường truyền tia sáng qua gương cầu lõm − Học sinh hạn chế cách dùng từ ngữ để giải thích cách lơgic − Hiểu biết dụng cụ, tượng thực tiễn học sinh ít, gặp tập nhiều học sinh khơng hình dung dụng cụ cấu tạo dụng cụ Định hướng tư học sinh: − Nêu đặc điểm đường truyền tia sáng đặc biệt qua thấu kính? − Dựa vào xác định đường truyền chùm tia tới để tạo chùm sáng song song dụng cụ trên? − Làm để thay đổi chùm tia phản xạ dụng cụ? Bài tập Cho hệ gồm hai thấu kính O1, O2 có trục chính, có tiêu cự f1 = 20cm; f2 = - 10cm đặt cách khoảng a = 30cm Đặt vật phẳng nhỏ AB vng góc với trục chính, trước O1 cách O1 khoảng 20cm 1) Xác định vị trí tính chất, độ phóng đại ảnh cuối Vẽ hình 2) Tìm vị trí vật AB để ảnh cuối ảnh ảo, lớn gấp hai lần vật 3) Đặt mắt sát, sau O2 để quan sát ảnh ảo nói Tính độ bội giác ảnh Khoảng nhìn rõ ngắn ảnh 25cm 172 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT Giải Mục đích tập: Rèn kĩ giải toán tạo ảnh qua hệ gồm hai thấu kính Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt đề Cho: f1 = 20cm, f2 = - 10cm , a = 30cm, d1 = 20cm Tìm: 1) d’2=?; k=? 2) A2B2=2AB, d’2=?; k=? 3) 𝑂𝐶𝑐 = 25𝑐𝑚, G =? Bước 2: Xác lập mối liên hệ Sơ đồ tạo ảnh: O1 AB A1B1 d1 d’1, d2 O2 A2B2 d’2 Vị trí A1B1 so với quang tâm O1 thấu kính thứ nhất: d1′ = d1 f1 d1 − f1 (1) Vị trí A1B1 so với quang tâm O2 thấu kính thứ hai: d2 = a − d1′ = a − d1 f1 d1 − f1 (2) Vị trí A2B2 so với quang tâm O2 thấu kính thứ hai: d′2 = d2 f d2 − f (3) Độ phóng đại ảnh qua hệ thống thấu kính: k= ̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅ A A2 B2 ̅̅̅̅̅̅ A1 B1 B2 = ∙ = k1 k ̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅ AB A1 B1 ̅̅̅̅ AB 173 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT = −f1 −f2 f1 f2 ∙ = d1 − f1 d2 − f2 (d − f ) (a − d1 f1 − f ) 1 d1 − f1 = f1 f2 (d1 − f1 )(a − f2 ) − d1 f1 = f1 f2 d1 (a − f1 − f2 ) − af1 + f1 f2 (4) Xác định vị trí vật AB để ảnh cuối A2B2 ảnh ảo, lớn gấp hai lần vật Ta có: d′2 < 0; k = ±2 Xét k = thay vào (4)  d1 Thay d1 vào (1), (2), (3)  d1′ , d2 , 𝑑2′ Xét trường hợp k = -2 thay vào (4)  d’1, d2, d’2 3) Gọi 𝛼𝑜 góc trơng vật AB: tanαo = AB OCc (5) Gọi 𝛼 góc trơng ảnh A2B2: tan = A B2 A B2 = OA2 O2 A (mắt đặt sát O2 ) (6) Độ bội giác ảnh: G= tanα A2 B2 OCc A2 B2 OCc = ∙ = ∙ (7) tgan O2 A2 AB AB O2 A2 G = |k| OCc 25 =2 ′ = 2∙ d2 25 Bước 3: Luận giải, tính tốn kết ▪ Sơ đồ giải (1) (2) (3) k (4) 174 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT k=2 𝑑1 , d1′ , d2 , 𝑑2′ (4) k=- (5) G (7) (6) ▪ Giải tóm tắt Sơ đồ tạo ảnh: O1 AB A1B1 d1 d’1, d2 O2 A2B2 d’2 Vị trí A1B1 so với quang tâm O1 thấu kính thứ nhất: d1′ = d1 f1 d1 − f1 (1) Vị trí A1B1 so với quang tâm O2 thấu kính thứ hai: d2 = a − d1′ = a − d1 f1 d1 − f1 (2) Vị trí A2B2 so với quang tâm O2 thấu kính thứ hai: d′2 = d2 f d2 − f (3) Theo đề bài: d1 = 20cm ; f1 = 20cm ; f2 = - 10cm ; a = 30cm Ta có : d1′ = 20.20 20−20 = ∞, d′2 = 30 − ∞; d′2 = f2 = −10 cm ( ảnh ảo) Độ phóng đại ảnh qua hệ thống thấu kính: k= ̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅ A B2 A B2 A1 B1 = ∙ = k1 k ̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅ AB A1 B1 ̅̅̅̅ AB 175 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT −f1 = d1 −f1 = = Thay số : 𝑘 = ∙ −f2 d2 −f2 = f1 f2 d f (d1 −f1 )(a− 1 −f2 ) d1 −f1 f1 f2 (d1 − f1 )(a − f2 ) − d1 f1 f1 f2 (4) d1 (a−f1 −f2 )−af1 +f1 f2 20(−10) 20(30−20+10)−30(20)+20(−10) = −200 −400 = = 0,5 Vậy ảnh cuối A2B2 ảnh ảo chiều với vật cách thấu kính thứ hai 10cm độ phóng đại ảnh qua hệ thống thấu kính 0,5 L2 B A O2 F1 F2 F’1 A2 O1 2) Xác định vị trí vật AB để ảnh cuối A2B2 ảnh ảo, lớn gấp hai lần vật Ta có: d′2 < 0; k = ±2 Xét k = thay vào (4) ta có: 2= 20(−10) −200 = d1 (30 − 20 + 10) − 30.20 + (−10) 20d1 − 800 Suy : d1 = 35cm Thay vào (1): d1′ = 35(20) 35−20 Từ (2) suy ra: d2 = 30 − Từ (3) suy ra: d2 = = 140 140 50 50 − +10 (− )(−10) (cm) 50 = − (cm) = 500 −20 = -25 cm (ảnh ảo) (nhận) 176 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT Xét trường hợp k = -2, thay vào (4) ta có: d’1 = 36cm; d2 = 30 – 36 = - 6cm; d’2 = 15cm (ảnh thật) Vậy phải đặt vật AB cách thấu kính O1 đoạn 35cm 3) Gọi 𝛼𝑜 góc trơng vật AB: tgαo = AB OCc Gọi 𝛼𝑜 góc trơng ảnh A2B2: tgαo = A B2 A B2 = OA2 O2 A (mắt đặt sát O2 ) Độ bội giác ảnh: G= tgα A2 B2 OCc A2 B2 OCc = ∙ = ∙ tgαo O2 A2 AB AB O2 A2 G = |k| OCc 25 = ∙ =2 d′2 25 Vậy đặt mắt sát sau O2 để quan sát ảnh ảo câu độ bội giác ảnh Khó khăn, sai lầm học sinh − Học sinh nhầm lẫn tính chất ảnh TKHT với TKPK − Học sinh không xét hết trường hợp xảy ra: Khi cho ảnh lớn gấp lần vật, học sinh xét trường hợp k=2 mà không xét trường hợp k= -2 − Học sinh khơng nhớ cơng thức xác định góc trơng vật góc trơng ảnh Định hướng tư học sinh − Nêu cơng thức xác định độ phóng đại ảnh hệ thấu kính? Xác định tính chất ảnh A2B2? − Khi ảnh lớn gấp lần vật, ảnh ảnh thật ảnh ảo? − Dựa vào cơng thức độ phóng đại ảnh, xác định d1; d’1; d2? − Nêu công thức xác định góc trơng vật? Góc trơng ảnh? − Nêu cơng thức xác định độ bội giác ảnh? Bài tập Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f Điểm sáng S trục cho ảnh S’ a) Ảnh S’ dịch chuyển S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F 177 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT b) Khảo sát khoảng cách từ vật đến ảnh S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F Mục đích tập: Rèn kĩ xác định ảnh, khảo sát khoảng cách từ vật đến ảnh dịch chuyển vật Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt đề Cho: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f Điểm sáng S trục cho ảnh S’ Tìm: a) Ảnh S’ dịch chuyển S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F b) Khảo sát khoảng cách từ vật đến ảnh S dịch chuyển từ xa vô cực đến tiêu điểm F Bước 2: Xác lập mối liên hệ Bài tập ta dùng phương pháp đồ thị để giải: Ta vẽ hai đồ thị ứng với TKHT, đồ thị mối quan hệ d d’, đồ thị phụ thuộc k vào d d'= k= − f df d− f d− f Bước 3: Luận giải, tính tốn kết Bài tập ta dùng phương pháp đồ thị để giải: Ta vẽ hai đồ thị ứng với TKHT, đồ thị mối quan hệ d d’, đồ thị phụ thuộc k vào d d'= k= − f df d− f d− f 178 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT a) Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi điểm sáng S dịch chuyển trục từ xa vơ cực đến tiêu điểm F ảnh dịch chuyển từ tiêu điểm ảnh đến vơ cực b) Gọi L khoảng cách từ vật đến ảnh ( L = d + d’), thay việc tính đạo hàm để khảo sát , ta nhìn vào đồ thị thấy ngay: − Khi S dịch từ  đến 2f ảnh dịch chuyển từ f đến 2f − Khi S vị trí 2f ảnh vị trí 2f nên L = 4f − Khi S dịch chuyển từ 2f đến f d’ tăng từ 2f đến  , nên L tăng từ 4f đến  Khó khăn, sai lầm: − Học sinh gặp khó khăn áp dụng phương pháp giải tập đồ thị tập dịch chuyển vật - ảnh thấu kính − Học sinh khơng nắm vững cách phân tích kiện, số liệu đồ thị Định hướng tư học sinh − Giáo viên tổ chức hướng dẫn cho học sinh cách giải tập theo phương pháp đồ thị: + Giáo viên đưa kiến thức phương pháp giải tập theo đồ thị: Ta vẽ hai đồ thị ứng với loại thấu kính, đồ thị mối quan hệ d d’, đồ thị phụ thuộc k vào d • Với thấu kính hội tụ: ( f > 0) 179 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT d'= k= − f df d− f d− f k d’ 2f O f 2f f O f 2f d -1 Nhận xét đồ thị: 0< d < f cho d’ < k > suy tính chất ảnh ảo,cùng chiều, lớn vật d = f cho ảnh vô cực f < d < 2f cho d’> 2f; k < -1 suy tính chất ảnh thật, ngược chiều, lớn vật d = 2f cho d’ = 2f, k = -1 suy ảnh thật cao vật, ngược chiều vật d > 2f cho f < d’ < 2f ; -1 < k < suy ảnh thật, ngược chiều nhỏ vật • Với thấu kính phân kì: ( f < 0) d'= k= − f df d− f d− f 180 Bài giảng Phương pháp giải tập vật lý THPT d’ k -2f -f -2f d -f d -1 -f -2f Nhận xét đồ thị: Với d  cho –f 0 + vật ảo, ảnh ảo: d