Sáng kiến kinh nghiệm hướng dẫn giải toán quang hình học vật lí 9

HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ TÓM TẮT SÁNG KIẾN Hi vọng viết bổ trợ tốt việc dạy học phần quang hình vật lí Nội dung sáng kiến: - Khó khăn học sinh lớp học phần quang hình học: Lí thuyết dài, hướng dẫn tốn định lượng sách giáo viên khơng thống nhất… - Giải pháp khắc phục khó khăn: Lập bảng kiến thức ơn tập lí thuyết, rèn luyện nhiều việc vẽ ảnh tia sáng đặc biệt, dùng kĩ thuật vng giải tốn định lượng - Các ví dụ mẫu tập vận dụng Mục đích sáng kiến: - Bồi dưỡng cho học sinh lớp khả nghi nhớ lí thuyết quang hình, kĩ vẽ hình, kĩ làm tập định lượng - Hình thành phương pháp dạy học hiệu cho giáo viên Ý nghĩa sáng kiến: - Giúp học sinh lớp có phương pháp học tập tốt phần quang hình - Phát triển kĩ giải tập định lượng - Các thầy giáo sử dụng sáng kiến này, đối chiếu với hướng dẫn sách giáo viên để tìm phương pháp dạy học hiệu quả, phù hợp với đối tượng học sinh Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên HƯỚNG DẪN GIẢI TOÁN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ MƠ TẢ SÁNG KIẾN 1- MỞ ĐẦU 1.1- Đặt vấn đề  Chương trình vật lí THCS có nhiều đổi nội dung lẫn hình thức so với chương trình vật lí cũ Đặc biệt phần quang học lớp có hai nội dung hồn tồn khúc xạ ánh sáng (quang hình học) tán sắc ánh sáng (quang lí) Hai nội dung trước đề cập đến chương trình vật lí THPT, đưa vào cấp THCS để học sinh mở rộng, tiếp cận dần với vấn đề vật lí Từ nhiều năm trước đó, nội dung quang hình học cấp THCS (khơng chun) dừng lại tượng phản xạ ánh sáng Học sinh cần phải biết thêm ánh sáng để hiểu tượng thực tế Tuy nhiên, đưa thêm nội dung gì? Thể nội dung cho phù hợp với học sinh THCS? Việc đưa vào chương trình phần quang học lớp nói định mang tính đột phá khó khăn tác giả viết sách giáo khoa  Trong phần quang học lớp 9, nội dung quang lí chiếm tỉ lệ nhỏ vấn đề đưa đơn giản, dừng mức độ " nhận thức cảm tính" thơng qua tượng gần gũi với học sinh Vấn đề muốn đề cập nội dung phần quang hình học Phần có lượng kiến thức lớn, hầu hết học hàm chứa kiến thức khó học sinh cấp Bản thân nội dung quang hình học vấn đề khó học sinh phổ thông, với học sinh THCS lại trở nên khó khăn Quang hình học lớp có mức độ yêu cầu định lượng, em khơng sử dụng cơng thức quang hình học mà sử dụng hiểu biết thô sơ hình học phẳng Với hầu hết học sinh cấp việc sử dụng kiến thức tam giác đồng dạng thường có nhiều khó khăn sử dụng kiến thức khác tam giác nhau, hay đường tròn Sử dụng tam giác đồng dạng để giải tốn vật lí mối liên hệ " giả thiết" "kết luận" hình học mờ mịt so với tốn hình học túy!  Để giúp em học sinh lớp khắc phục khó khăn việc học tập nội dung quang hình học, xin viết số kinh nghiệm sáng kiến tích lũy q trình dạy học Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xun HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ 1.2 -Thực trạng trước áp dụng kinh nghiệm 1.2.1 -Thuận lợi:  Học sinh lớp trang bị tốt kiến thức tự nhiên, phương pháp học tập nên đa số phát vấn đề cần xử lí  Bộ thí nghiệm quang hình học tương đối đầy đủ cho học  Nội dung phần quang hình học đảm bảo tính phù hợp với tư học sinh, đảm bảo học sinh cần sử dụng kiến thức THCS giải vấn đề 1.2.2- Khó khăn:  Ánh sáng đối tượng khó quan sát nên thí nghiệm quang hình học thường nhiều thời gian, kiến thức học nhiều quỹ thời gian tiết học có hạn  Kiến thức quang hình học dài khó ghi nhớ đa số em học sinh Học sinh thường nhớ lẫn lộn kiến thức hai loại thấu kính nên giải sai yêu cầu _ Các tốn thấu kính đa dạng, học sinh sử dụng kiến thức tam giác đồng dạng chưa thật linh hoạt Mặt khác, sách giáo viên hướng dẫn không thống phương pháp: xét tam giác vuông, xét tam giác thường, điều gây khó khăn cho hoạt động dạy - học giáo viên học sinh 1.2.3 - Biện pháp giải quyết: - Vì kiến thức quang hình học dài và dễ bị nhầm lẫn hai loại thấu kính nên học sinh cần có nhìn tổng qt đối tượng kiến thức, biết đối chiếu so sánh phân tích đối tượng Cách ghi nhớ tốt lập bảng đơn vị kiến thức để dễ nhớ, dễ phân biệt, so sánh - Để giúp học sinh làm tốt tốn định lượng, tơi đưa " kỹ thuật vuông" nhằm giúp học sinh xử lí tốt tam giác đồng dạng, biến đổi tỉ lệ để đến kết Cả biện pháp trình bày cụ thể phần nội dung viết - NỘI DUNG SÁNG KIẾN 2.1 - Hướng dẫn học sinh học tốt phần lí thuyết 2.1.1-Nhận xét, hướng dẫnchung Để học tốt phần quang hình học yêu cầu học sinh phải ghi nhớ lí thuyết quang hình Lí thuyết phần nhiều, địi hỏi học sinh phải có đầu tư thời gian ý chí cao để ghi nhớ, tránh bị chồng chéo lẫn lộn Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ đối tượng với nhau; phải phân biệt rõ ràng truyền ánh sáng, đặc điểm ảnh thấu kính hội tụ thấu kính phân kì Kinh nghiệm cho thấy, học sinh nên ôn tập lại phần lí thuyết cách lập bảng để đối chiếu, so sánh tổng hợp kiến thức cách hồn chỉnh Tơi thường cho học sinh hồn thành nhóm kiến thức theo bảng, cách làm giúp học sinh nắm bắt rõ hơn, ghi nhớ nhanh nội dung 2.1.2- Ví dụ mẫu Bài 1.1: Nêu đường truyền tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ thấu kính phân kì Giải Đường truyền tia sáng đặc biệt qua loại thấu kính: Tia tới Tia ló Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì Qua quang tâm Truyền thẳng theo Truyền thẳng theo phương tia tới phương tia tới Song song với trục Qua tiêu điểm Phương kéo dài qua tiêu điểm Qua tiêu điểm Song song với trục Chú ý: - TKHT có tia đặc biệt, TKPK có tia đặc biệt - Các toán dựng ảnh thường dùng tia sáng tia số số Bài 2: Nêu đặc điểm ảnh tạo thấu kính hội tụ thấu kính phân kì? Giải Các đặc điểm ảnh: Vị trí vật Đặc điểm ảnh Tạo TKHT Tạo TKPK d > 2f - Ảnh thật, ngược chiều nhỏ vật - Ảnh ảo, chiều d = 2f - Ảnh thật, ngược chiều nỏ vật lớn vật f < d < 2f - Ảnh thật, ngược chiều - Ảnh nằm lớn hớn vật khoảng tiêu cự nằm d d1 = 1,5f Tương tự, áp dụng quy tắc vuông với tam giác chứa A2B2 ta tính được: A2 O = d2 = 0,5f Theo đầu d1- d2 = 10 cm => 1,5f -0,5f =10 => f = 10cm Bài 3.12: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 16cm, A nằm trục Cần đặt vật khoảng để thu ảnh ảo nằm khoảng tiêu cự thấu kính? Hướng dẫn Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo vật nằm khoảng tiêu cự thấu kính Ta có sơ đồ tạo ảnh ảo TKHT: A ' B ' O ~ ABO � A ' B ' A 'O  (1) AB AO Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên 25 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ A' B ' F ~ OIF � A' B ' A' F A ' B ' OA ' f  �  (2) OI OF AB f A'O Từ (1) (2) ta có : AO  A 'O  f f AO � A'O  f f  AO f AO f Ảnh A'B' nằm khoảng tiêu cự A'O < f � f  AO  f � AO  Thay số tính AO < 8cm thu ảnh ảo nằm khoảng tiêu cự Nhận xét: - Trong tốn thay f = 16cm để tính AO < 8cm Bài tốn tính tổng qt để có tổng quát vị trí ảnh - Ảnh ảo tạo thấu kính phân kì ln nằm khoảng tiêu cự Ảnh ảo tạo thấu kính hội tụ nằm ngồi tiêu cự Các tốn chương trình học ln xảy trường hợp ảnh ảo thấu kính hội tụ nằm ngồi tiêu cự, điều dễ gây hiểu nhầm cho học sinh vị trí ảnh Vì vậy, giáo viên cần ý tránh gây hiểu nhầm tính chất ảnh ảo TKHT Bài 3.13: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính, A nằm trục chính, ta thu ảnh thật cao gấp vật Dịch chuyển thấu kính dọc theo trục xa vật thêm đoạn 15 cm ảnh dịch 15 cm so với ảnh ban đầu Tính tiêu cự f thấu kính (Thi HSG Ninh Bình 2012) Hướng dẫn Gọi d1 khoảng cách từ A đến thấu kính trường hợp tạo ảnh A ' B ' O ~ ABO � A' B ' A'O A 'O  �2 (1) AB AO d1 A ' B ' F ' ~ OIF' � A' B ' A' F ' A 'O  f  �2  A ' O  f (2) OI OF' f (1) (2) => d1 = 1,5f Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên 26 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ A'O Theo ta có d  A 'O  f f Khi thấu kính dịch chuyển 15cm ta có tương tự: A ' O  15 ( A ' O  15)  f f  15 (3 f  15)  f  �  � f  30cm d1  15 f 1,5 f  15 f Chú ý: Khi vật dịch chuyển xa thấu kính hội tụ ảnh thật dịch lại gần thấu kính Bài 3.14: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính, A nằm trục cách quang tâm O đoạn OA = 3OF, với F tiêu điểm thấu kính Tính tỉ số chiều cao ảnh vật (Thi HSG Quảng Ninh 2007) Hướng dẫn Gọi f tiêu cự thấu kính A ' B ' O ~ ABO � A' B ' A 'O A ' B ' A 'O  �  (1) AB AO AB 3f A ' B ' F ' ~ OIF' � A' B ' A' F ' A ' B ' A 'O  f  �  (2) OI OF' AB f (1) (2) => A 'O A 'O  f  � A ' O  1,5 f (3) 3f f Thay A'O = 1,5f vào (1) => A' B '  AB Bài 3.15: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính hội tụ, A nằm trục cách quang tâm khoảng OA = a Dịch chuyển vật xa hay lại gần thấu kính thêm đoạn b = 5cm thu ảnh có độ cao vật, có ảnh chiều ảnh ngược chiều với vật Tính a tiêu cự f thấu kính (Thi HSG Hà Nam 2010) Hướng dẫn Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên 27 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ Gọi d1 d2 khoảng cách từ A đến thấu kính hai trường hợp tạo ảnh đầu A1B1O ~ ABO � A1 B1 F ~ OIF � (1) (2) => d1 = A1 B1 A1O AO  �  (1) AB AO d1 A1 B1 A1 F AO  f  � 3  A1O  f (2) OI OF f f Tương tự, áp dụng quy tắc vuông với tam giác chứa A2B2 ta có: A2 B2O ~ ABO � A2 B2 F ~ OIF � A2 B2 A2O AO  �  (3) AB AO d2 A2 B2 A2 F AO f  �3  A2O  f (4) OI OF f Từ (3) (4) ta có d2 = Theo đầu bài, d1- d2 = 2b => f f  f  2.5  f  15cm 3 Dễ thấy d2 = 10cm a = d2 + b = 10 + = 15cm Dạng toán dịch chuyển vị trí vật thấu khính phổ biến thi học sinh giỏi Trong trường hợp ta việc áp dụng nhiều lần kỹ thuật vng để có liên hệ hình học cần thiết Các quang hình học nội dung phong phú, nhiều điều kiện khác nhìn chung đa số giải cách sử dụng kỹ thuật vng trình bày 2.4 - Bài tập vận dụng Bài 4.1: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính phân kì, A nằm trục cách thấu kính khoảng OA = 24cm Vẽ sơ đồ tạo ảnh tính tỉ số độ cao vật ảnh biết tiêu cự thấu kính f = 12cm ( ĐS: AB  3) A' B ' Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên 28 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ Bài 4.2: Đặt vật sáng AB vng góc với trục của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12cm, A nằm trục thấu kính Xác định vị trí vật trước thấu kính để có ảnh A'B' cao gấp lần AB ( ĐS: OA = 8cm OA = 16cm) Bài 4.3: Vật sáng AB đặt trục thấu kính cho ảnh A'B' hình vẽ a) Vẽ hình xác định quang tâm tiêu điểm thấu kính b) Tính tiêu cự thấu kính biết ảnh A'B' cao gấp lần AB khoảng cách AA' = 45cm ( ĐS : f = 10cm) Bài 4.4: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính phân kì, A trục cách thấu kính đoạn OA = 12cm Ảnh A'B' thu cách AB đoạn 8cm Tính tiêu cự thấu kính ( ĐS: f = 6cm) Bài 4.5: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính phân kì tiêu cự f = 15cm ta thu ảnh A'B' cách AB khoảng 20cm Tính khoảng cách từ vật tới thấu kính ( ĐS: OA = 30cm ) Bài 4.6: Vật sáng AB đặt trước thấu kính cho ảnh cao AB Dịch vật xa thấu kính thêm đoạn 10cm ảnh thu ảnh AB Tính tiêu cự thấu kính ( ĐS: f = 10cm ) Bài 4.7: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính, A nằm trục ta thu ảnh A'B' ngược chiều cao gấp đơi AB Dịch vật xa thấu kính thêm đoạn cm độ cao ảnh giảm nửa Xác định tiêu cự thấu kính ( ĐS : f = 10cm) Bài 4.8: Đặt vật sáng AB vng góc với trục thấu kính, A nằm trục cách thấu kính đoạn 15cm Ảnh A'B' thu ngược chiều với AB Dịch vật xa thấu kính thêm đoạn cm độ cao ảnh giảm nửa Xác định tiêu cự thấu kính ( ĐS : f = 10cm) Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xun 29 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ 3-KẾT LUẬN CHUNG 3.1- Kết luận - Tôi viết kinh nghiệm sau thời gian giảng dạy rút kinh nghiệm, với góp ý đồng nghiệp tham khảo thơng tin mạng internet Bài viết nhằm cung cấp cho học sinh kĩ bản, quan trọng học phần quang hình học; giúp em có khả ghi nhớ tốt lí thuyết quang hình, xử lí tốt việc vẽ hình khai thác hình vẽ Tôi xin nhấn mạnh lại rằng, học sinh cần biết lập bảng thống kê nội dung lí thuyết nhớ tốt được; toán định lượng cần nắm bắt kỹ thuật vuông để trình bày cho ngắn gọn Hy vọng viết đem lại điều mẻ, bổ ích cho việc dạy - học đông đảo quý thầy cô em học sinh - Nội dung viết đề cập đầy đủ vấn đề quang hình học, viết thích hợp với đối tượng học sinh đại trà Ngoài việc cung cấp kĩ để học sinh bước đầu học tập quang hình, tài liệu có số mở rộng để học sinh giỏi tìm hiểu rèn luyện thêm 3.2 - Kiến nghị - Quang hình mơn học khó, học sinh cần có nỗ lực cao việc học tập; học kĩ lí thuyết làm đầy đủ tập chương trình Bài tập sách tập phong phú, mức độ nên nguồn luyện tập tốt học sinh - Đối với giáo viên, việc tham khảo hướng dẫn sách giáo viên cần thiết Đây kênh thông tin quan trọng để cung cấp thêm cho giáo viên kiến thức môn, phương pháp giảng dạy, cách thức giảng dạy đơn vị kiến thức Tuy nhiên, người giáo viên cần tích cực chủ động kiến thức, có độc lập suy nghĩ vấn đề để tìm hướng giải phù hợp với đối tượng học sinh Trong viết có nhiều đối chiếu với hướng dẫn sách giáo viên thấy rằng, cách giải tốn định lượng quang hình học có nhiều trình bày khác nhau; giáo viên cần xem xét kĩ để lựa chọn trình bày hiệu - Nhà trường cần đầu tư, tạo điều kiện học tập thuận lợi cho mơn vật lí đặc thù môn phụ thuộc nhiều vào sở vật chất phục vụ học tập - Vật lí mơn hấp dẫn khó với học sinh nói chung Tơi nhận thấy chương trình cịn thời lượng luyện tập khiến học sinh khơng có điều kiện rèn luyện kĩ làm tập Tôi mong có thêm hướng dẫn sách tập Lí (như mơn Tốn mơn Hóa làm) có điều chỉnh chương trình để học sinh có thêm thời lượng luyện giải tập Bài viết xin dừng Mặc dù có đầu tư thời gian có cân nhắc kinh nghiệm thân có hạn chế nên viết khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong q đồng nghiệp góp ý kiến cho nội dung tài liệu hồn thiện Tơi xin kính chúc thầy, có nhiều sức khỏe, niềm vui đạt kết cao công việc giảng dạy Xin trân trọng cảm ơn! Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xun 30 HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ Gv Vũ Đình Hà – Trường THCS Long Xuyên 31 ... - NỘI DUNG SÁNG KIẾN 2.1 - Hướng dẫn học sinh học tốt phần lí thuyết 2.1.1-Nhận xét, hướng dẫnchung Để học tốt phần quang hình học yêu cầu học sinh phải ghi nhớ lí thuyết quang hình Lí thuyết... chiếu hướng dẫn SGV với hướng dẫn để thấy hiệu sáng kiến 2.3- Hướng dẫn học sinh làm tập định lượng 2.3.1- Nhận xét, hướng dẫn chung - Công cụ học sinh để xử lí tập định lượng quang hình chủ yếu kiến. ..HƯỚNG DẪN GIẢI TỐN QUANG HÌNH HỌC – VẬT LÍ MÔ TẢ SÁNG KIẾN 1- MỞ ĐẦU 1.1- Đặt vấn đề  Chương trình vật lí THCS có nhiều đổi nội dung lẫn hình thức so với chương trình vật lí cũ Đặc