Phú năm học 2012-2013
Trình độ đội tuyển HSG Vật lý trường THCS Đồng Khởi được lấy từ nguồn HSG Toán, HSG trong lớp và có điểm trung bình bộ môn Vật lý trên 8,0 và các bài kiểm tra môn Vật lý trên lớp phải từ 9,0 trở lên yêu thích và có niềm đam mê đối với Vật lý.
Các em được tham gia học lớp bồi dưỡng HSG từ sau khi HK1 sau đó các em tham gia học bồi dưỡng HSG với các phần Cơ, nhiệt, điện, quang. Sau đó các em làm một bài kiểm tra vào tháng 3 nếu đạt điểm trên 5/10 với các kiến thức đã học thì các em HS sẽ phải tiếp tục học bồi dưỡng đến tháng 5 các em tiếp tục được làm thêm một bài kiểm tra nữa nhằm kiểm tra năng lực của các em để loại những em nào yếu và tiếp tục bồi dưỡng các em đến tháng 8 để dự thi kỳ thi HSG cấp Quận.
Trong quá trình bồi dưỡng tại trường với thời gian 6 tiết/ tuần, tôi được phân công trực tiếp phụ trách công tác này. Với số lượng ban đầu là 40 em tham gia đến tháng 3/2013 sau khi làm bài kiểm tra lần 1 thì số lượng hiện tại còn 38 em tham gia
Ảnh về một buổi học bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý tại trường THCS Đồng Khởi 2.5 Xây dựng hệ thống bài tập phần Quang học Vật lý bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý trường THCS Đồng Khởi năm học 2012-2013
Hệ thống bài tập phần Quang học chia làm ba phần chính sau: - Bài tập về sự phản xạ ánh sáng- gương phẳng.
- Bài tập về sự khúc xạ ánh sáng.
- Bài tập về thấu kính hội tụ - thấu kính phân kỳ.
Chúng tôi xây dựng hệ thống bài tập này để giáo viên tham khảo sử dụng sau khi đã dạy HS đầy đủ kiến thức cơ bản, HS đã có vốn kiến thức đáng kể. Đây là hệ thống bài tập dùng để phát hiện HSG và bồi dưỡng HSG, nó giúp các em có thêm tư liệu tham khảo để học tập.
2.5.1. Sự phản xạ ánh sáng- Gương phẳng
Phần bài tập này, ta chia làm ba dạng bài tập: - Dạng 1: Về tia phản xạ ánh sáng.
-Dạng 3: Số ảnh cho bởi hai gương hợp nhau một góc α -Dạng 4: Thị trường gương phẳng – Định lý gương quay.
Ta sẽ đi vào lựa chọn và xây dựng hệ thống bài tập phù hợp với từng dạng bài tập”Quang học” để sử dụng như một tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy:
- Dạng 1: Về tia phản xạ ánh sáng
Bài 1: Một vũng nước nhỏ ở trên mặt đất cách chân cột đèn 8m, một học sinh đứng trên đường thẳng nối liền từ chân cột đèn đến vũng nước và cách chân cột đèn 10m, nhìn thấy ảnh của ngọn cột đèn ở trong vũng nước. Hãy vẽ hình biểu diễn đường đi của tia sáng từ đỉnh cột đèn đến vũng nước rồi phản xạ đến mắt. Từ đó tính độ cao của cột đèn. Biết mắt học sinh cách mặt đất 1,5m.
Bài 2: Các gương phẳng AB, CD, BC sắp xếp như hình trên. ABCD là một hình chữ nhật có AB=a, BC=b. S là một điểm sáng nằm trên AD và biết SA= b1
a. Trình bày cách vẽ đường đi của một tia sáng từ nguồn S đến phản xạ lần lượt trên gương phẳng AB, BC, CD rồi trở lại S.
b. Tính khoảng cách a1 từ A đến điểm tới trên gương AB.
- Dạng 2: Sự truyền thẳng ánh sáng.
Bài 3: Một điểm sáng S được đặt cách một màn ảnh phẳng một đoạn D= 4,5m. Đặt một quả cầu chắn sáng tâm O, bán kính r= 0,3m giữa S và màn sao cho cho OS vuông góc với màn và OS=d.
Bài 4: Một đĩa tròn tâm O, bán kính R1=20cm, phát sáng được đặt song song với một màn ảnh và cách màn một khoảng D=136cm. Một đĩa tròn khác, tâm O2, bán kính R2=12cm chắn sáng cũng đặt song song với màn và đường nối O1O2vuông góc với màn. Tìm vị trí đặt O2 để bóng đen trên màn có đường kính R=3cm. Khi đó bán kính R’ của đường giới hạn ngoài cùng của nửa miền tối là bao nhiêu ?
- Dạng 3: Xác định số ảnh cho bởi hai gương hợp nhau 1 góc α
Bài 5: Một điểm sáng S đặt trên tia phân giác của góc hợp bởi hai gương phẳng là α . Xác định số ảnh S tạo bởi hai gương khi α=900.
- Dạng 4: Thị trường gương phẳng- Định lý gương quay 1. Thị trường gương phẳng.
Bài 6: Một người đứng trước một gương phẳng MN treo một trên một bức tường thẳng đứng để quan sát ảnh của một vật ảnh AB treo trên một bức tường thứ hai sau lưng mình. Xác định khoảng không gian cần có để quan sát để có toàn bộ ảnh.
2. Định lý gương quay
Bài 7: Chiếu một tia sáng tới một gương phẳng.
a. Nếu quay tia tới quanh điểm tới một góc α thì tia phản xạ sẽ quay một góc bằng bao nhiêu?
b. Nếu đặt thêm một gương phẳng nữa hợp với gương trước một góc nhọn β thì khi tia tới trên quay, thì tia phản xạ thứ hai sẽ quay một góc bao nhiêu?
Bài 8: Một người quan sát thấy ảnh của mình trong gương phẳng AB được treo trên tường thẳng đứng. Mắt người cách chân 1,5m và gương có chiều dài 0,5m.
a. Hỏi chiều cao lớn nhất trên thân mình mà người này quan sát được là bao nhiêu ?
b. Nếu người này đứng xa hơn thì có thề quan sát được một khoảng lớn hơn không? Vì sao ?
c. Hỏi phải đặt gương cách mặt đất bao nhiêu để người này có thể nhìn thấy chân mình trong gương phẳng , biết mắt người cách mặt đất là 1,4m?
2.5.2 Hiện tượng khúc xạ ánh sáng- Mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ
Bài 9:
a. Một nguồn sáng điểm đặt trong không khí, chiếu ánh sáng bề mặt một chậu nước. Dùng hình vẽ chứng minh rằng chùm tia khúc xạ là chùm sáng phân kỳ. b. Tại sao nhìn đồng hồ xu ở đáy chậu nước ta lại thấy hình như vị trí của đồng xu
lại cao hơn vị trí thật của nó.
2.5.3 Thấu kính hội tụ- Thấu kính phân kỳ
Đối với bài tập thấu kính, ta chia thành những dạng sau: - Dạng 1: Xác định loại thấu kính – vẽ ảnh.
- Dạng 2: Xác định vị trí , độ cao của vật, ảnh. - Dạng 3: Vật dời -ảnh dời.
- Dạng 4: Ghép gương.
- Dạng 1 : Xác định loại thấu kính- vẽ ảnh
Bài 10: Trên hình vẽ dưới đây, AB là vật sáng, A’B’ là ảnh của AB cho bởi thấu kính. Hỏi thấu kính thuộc loại thấu kính loại gì? Dùng hình vẽ để xác định vị trí đặt thấu kính và tiêu điểm của nó, xx’ là trục chính.
- Dạng 2 : Xác định vị trí, độ cao của ảnh qua thấu kính
Bài 11: Một vật sáng AB đặt trước thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo cao 0,8 cm. Giữ nguyên vị trí vật thay thấu kính phân kỳ bằng thấu kính hội tụ có cùng tiêu cự và cũng đặt vị trí cũ thì thu được ảnh thật cao 4cm, khi đó khoảng cách giữa hai ảnh là 72cm. Tính tiêu cự của thấu kính và chiều cao của vật.
Bài 12: Một vật thật AB có dạng đoạn thẳng chiều cao h luôn đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ. Nếu đặt vật AB ở vị trí 1 cho ảnh thật cao gấp đôi vật. Nếu đặt ở vị trí 2 cho ảnh ảo cao gấp 3 lần vật. Nếu vật đặt ở giữa hai vị trí trên thì sẽ ảnh thật hay ảnh ảo chiều cao bao nhiêu?
- Dạng 3 : Vật dời - ảnh dời
Bài 13: Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ, điểm A nằm trên trục chính. Ảnh ảo A’B’ cách vật 20cm. Di chuyển vật 100cm thì thu được ảnh thật A’B’ bằng vật. Tìm tiêu cự của thấu kính.
Bài 14: Một vật sáng AB đặt trước màn một khoảng L=90cm. Trong khoảng giữa thấu kính và màn đặt thấu kính hội tụ tiêu cự f sao cho trục chính của thấu kính vuông góc với AB và màn. Di chuyển thấu kính dọc trục chính người ta thấy có hai vị trí của thấu kính có ảnh rõ nét trên màn. Khoảng cách giữa hai vị trí này là 30cm. Tính tiêu cự của thấu kính hội tụ .
- Dạng 4 : Ghép thấu kính.
và O2 lần lượt là f1=20cm và f2=40cm ( tiêu cự là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm). Vật sáng AB có dạng một đoạn thẳng được đặt vuông góc với trục chính và trong khoảng giữa hai thấu kính. Điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm của thấu kính O1 một khoảng bằng x
a. Cho x=30cm. Hãy xác định vị trí các ảnh và vẽ ảnh. b. Tìm x để hai ảnh cùng chiều và cao bằng vật.
2.6 Dạy học với hệ thống bài tập đã xây dựng cho đội tuyển HSG Vật lý trường THCS Đồng Khởi quận Tân Phú năm học 2012-2013 THCS Đồng Khởi quận Tân Phú năm học 2012-2013
2.6.1 Dạy học với hệ thống bài tập đã xây dựng
Trong phần dạy học với hệ thống bài xây dựng, tôi xin đưa ra hệ thống câu hỏi gợi ý và dự kiến các câu trả lời của học sinh, nhằm giúp cho HS phân tích đề bài và đưa các bài tập này về các dạng bài tập thân quen với khối lượng kiến thức mà HS đã học, để các em không bở ngỡ và quen dần với các bài tập nâng cao. Thông qua hệ thống bài tập này nhằm giúp cho học sinh linh hoạt trong tư duy, lập luận lô gic và chặt chẽ. Các em hệ thống lại kiến thức đã học và làm quen với kiến thức mở rộng và nâng cao.
2.6.1.1 Bài tập gương phẳng- phản xạ ánh sáng
- Dạng 1: Về tia phản xạ ánh sáng. * Phương pháp giải:
- Nếu tia tới xuất phát từ A tia phản xạ nối dài qua A’ đối xứng với A qua gương phẳng.
- Nếu tia tới hướng về A tia phản xạ qua sẽ qua A’ đối xứng với A qua gương phẳng.
Bài 1: Một vũng nước nhỏ ở trên mặt đất cách chân cột đèn 8m, một học sinh đứng trên đường thẳng nối liền từ chân cột đèn đến vũng nước và cách chân cột đèn 10m, nhìn thấy ảnh của ngọn cột đèn ở trong vũng nước. Hãy vẽ hình biểu diễn đường đi của tia sáng từ đỉnh cột đèn đến vũng nước rồi phản xạ đến mắt. Từ đó tính độ cao của cột đèn. Biết mắt học sinh cách mặt đất 1,5m.
* Hệ thống câu hỏi gợi ý:
- GV: Ta xem vũng nước như chiếc gương phẳng M. Vậy đây là dạng bài tập gì? - HS: Đây là bài tập gương phẳng – sự phản xạ ánh sáng.
- GV: Quan sát hình vẽ, vậy khi mắt O có nhìn thấy ảnh B’ của ngọn đèn B không?
- HS: Mắt O có nhìn thấy ảnh B’ của ngọn đèn B.
- GV: Muốn tính chiều cao cột đèn, ta chỉ cần tính chiều cao ảnh AB’. Vậy làm thế nào tính chiều cao ảnh?
- HS: Xét hai tam giác AB’M đồng dạng tam giác COM, từ đó tính ra AB’ và suy ra AB.
Giải
AB là chiều cao cột điện.
CM: từ mặt đất đến mắt người đó.
Ta có góc BAM= góc OCM => ∆AB’M đồng dạng ∆COM m CM AM CO AB CM AM CO AB 6 8 10 8 . 5 , 1 . ' ' = − = = => =
Vậy cột điện cao 6m.
Bài 2: Các gương phẳng AB, CD, BC sắp xếp như hình trên. ABCD là một hình chữ nhật có AB=a, BC=b. S là một điểm sáng nằm trên AD và biết SA= b1
a. Trình bày cách vẽ đường đi của một tia sáng từ nguồn S đến phản xạ lần lượt trên gương phẳng AB, BC, CD rồi trở lại S.
b. Tính khoảng cách a1 từ A đến điểm tới trên gương AB.
Hệ thống câu hỏi gợi ý:
- GV: Đây thuộc dạng bài tập nào?
- HS: Đây là bài tập sự phản xạ- gương phẳng.
- GV: Một vật đặt trước gương phẳng thì cho ta ảnh như thế nào? - HS: Ảnh đối xứng với vật qua gương.
- GV: Muốn tính từ A đến điểm tới trên gương AB thì ta phải làm như thế nào? - HS: ta phải sử dụng tam giác đồng dạng.
a. Ta lần lượt dựng S1 đối xứng với S qua AB. S2 đối xứng với S1 qua BC, S3 đối xứng với S2 qua CD.
- SS3 cắt CD tại I3, S2I3 cắt BC tại I2, S1I2 cắt AB tại I1
- Tia phải dựng là tia SI1I2I3S.
b. SI1//I3I2, I1I2//SI3. Suy ra SI1I2I3 là hình bình hành. Do đó SI1=I2I - Ta chứng minh: ∆AI1S =∆CI2I3, Ta có CI2= b1, CI3=a1 ∆ CI3I2 đồng dạng ∆I3HS2: 1 1 1 1 2 2 3 3H I b b b a a a C I H S C I + = + => = => a1= b b a. 1 - Dạng 2 : Sự truyền thẳng ánh sáng.
Phương pháp: Đối với dạng bài tập này khi ta giải ta phải sử dụng đến các phép toán: tam giác vuông, tam giác đồng dạng
Bài 3: Một điểm sáng S được đặt cách một màn ảnh phẳng một đoạn D= 4,5m. Đặt một quả cầu chắn sáng tâm O, bán kính r= 0,3m giữa S và màn sao cho cho OS vuông góc với màn và OS=d.
* Hệ thống câu hỏi gợi ý
- GV: Đây là bài tập thuộc loại bài tập nào?
- HS: Đây là bài tập thuộc dạng bài tập sự truyền thẳng ánh sáng. - GV: Hãy cho biết muốn tìm bán kính R ta phải làm gì?
- HS: ta phải sử dụng tam giác đồng dạng.
Giải
a. Tìm bán kính R của bóng đen của quả cầu.
∆SAH∞∆SIO: SI IO SA AH = => 2 2 r d r D R − = (1) Vậy R= 2. 2 r d r D
− ta thay số vào ta được R=0,34m.
Nếu d >> r thì R= d r D. b. Tính d Từ (1) suy ra d= r 1 ( )2 R D
+ thay số vào ta được d =0,95m.
Bài 4: Một đĩa tròn tâm O, bán kính R1=20cm, phát sáng được đặt song song với một màn ảnh và cách màn một khoảng D=136cm. Một đĩa tròn khác, tâm O2, bán kính R2=12cm chắn sáng cũng đặt song song với màn và đường nối
O1O2vuông góc với màn. Tìm vị trí đặt O2 để bóng đen trên màn có đường kính R=3cm. Khi đó bán kính R’ của đường giới hạn ngoài cùng của nửa miền tối là bao nhiêu ?
- GV: Hãy cho biết đây là bài tập thuộc dạng bài tập nào mà các em đã biết? - Hãy vẽ đường đi của các tia sáng.
- HS: Đây là dạng bài tập về sự truyền thẳng ánh sáng.
- GV: Muốn tìm R’ chính là đoạn ON thì ta phải làm như thế nào? - HS: Ta phải xét hai tam giác đồng dạng ∆HA1O1∞∆HNO
- GV: Ta có đủ dữ kiện để tìm ON không? - HS: Ta chưa đủ dữ kiện, thiếu HO1
- GV: Muốn tìm HO1 ta phải tính như thế nào? - HS: Ta phải tìm ra O1O2
- GV: Vậy làm thế nào tính O1O2
- HS: Ta phải tính tam giác ∆A2O2I∞∆A1O1I, ∆AOI∞∆A1O1I, ta tìm IO1 và IO2
Giải
Ta đặt OA= R: bán kính của bóng đen.
I O A AOI∞∆ 1 1 ∆ nên 1 1 1 1 R R D IO IO O A AO IO IO = + => =
Thay số vào ta được IO=24cm . IO1=IO+OO1=160cm. I O A I O A2 2 ∞∆ 1 1 ∆ => 1 1 2 2 1 2 O A