Sáng kiến kinh nghiệm Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn 1 SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn Tác giả sáng kiến NGUYỄN THỊ ĐÀO Mã sáng kiến 09 54 02 SangKienKinhNghiem net 2 SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn Tác giả s[.]
Trang 1SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO
=====***=====
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
Tên sáng kiến: Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn Tác giả sáng kiến: NGUYỄN THỊ ĐÀO
Mã sáng kiến: 09.54.02
SangKienKinhNghiem.net
Trang 2SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO
=====***=====
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
Tên sáng kiến: Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn
Tác giả sáng kiến: NGUYỄN THỊ ĐÀO
Mã sáng kiến: 09.54.02
SangKienKinhNghiem.net
Trang 3BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1 Lời giới thiệu:
Phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi được coi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của người giáo viên vật lí, nó là một quá trình hết sức công phu và gian khó, tuy nhiên cũng rất vinh dự Những thành công đạt được trong công tác này là niềm động viên khích lệ to lớn đối với thầy và trò, là thước đo trí tuệ và khẳng định chất lượng của mỗi nhà trường Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, số học sinh của trường THPP A nói riêng tham gia thi học sinh giỏi tỉnh môn vật lí ngày càng hạn chế, thêm vào đó kiến thức phần Thấu kính cũng bắt đầu xuất hiện nhiều trong đề thi THPTQG
và kết quả đạt được của học sinh trong nhà trường còn rất khiêm tốn Do vậy, tôi chọn chuyên đề “Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn”, thuộc nội dung kiến thức trong chương trình vật lí lớp 11 thường có trong các đề thi THPTQG và học sinh giỏi các cấp, để nhằm trao đổi với đồng nghiệp và tạo ra một tài liệu tham khảo giúp ích cho các em học sinh trong quá trình ôn luyện trong thời gian sắp tới
2 Tên sáng kiến: Giải bài tập thấu kính và ứng dụng vào thực tiễn
3 Tác giả sáng kiến:
- Họ và tên: Nguyễn Thị Đào
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: KĐT Hà Tiên - Liên Bảo - Vĩnh Yên - Vĩnh Phúc
- Số điện thoại: 0985.688.490
- E_mail:nguyenthidao.gvtranhungdao@vinhphuc.edu.vn
4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Tác giả Nguyễn Thị Đào
5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Áp dụng cho học sinh ôn thi THPT QG và ôn
thi học sinh giỏi cấp THPT, hình thành vận dụng vào đời sống
6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử
Thời gian áp dụng thử: Ngày 25/3/2019
7 Mô tả bản chất của sáng kiến:
7.1 Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu
Có thể nói, dạy học vật lí sẽ giúp phát triển tư duy cho học sinh từ nhiều hướng, đặc biệt là thông qua bài tập vật lí Vì bài tập vật lí có tác dụng củng cố, khắc sâu và
mở rộng kiến thức đã học, rèn luyện năng lực vận dụng một cách phong phú, sinh động, đồng thời giúp học sinh rèn luyện các kĩ năng cần thiết về vật lí và ứng dụng vào thực tiễn Trong giảng dạy vật lí, nếu người giáo viên biết lựa chọn, xây dựng hệ thống bài tập vật lí và thiết kế được phương án dạy học tích cực, khơi dậy niềm đam mê thì học sinh không những vận dụng tốt kiến thức trong việc học tập, thi cử mà còn có thể vận dụng tốt vào thực tế đời sống
SangKienKinhNghiem.net
Trang 47.2 Thực trạng của nhà trường trong việc dạy học và ôn thi phần thấu kính
và các biện pháp cải tiến
Trong các kì thi chọn học sinh giỏi trong các năm gần đây, học sinh chưa làm tốt các bài tập về thấu kính Thêm vào đó, mặc dù nhà trường đã phổ biến và hết sức tạo điều kiện cho học sinh tham gia vào cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật của tỉnh nhưng số lượng học sinh tham gia còn ít, chất lượng chưa cao Do đó, tôi đã phân dạng chi tiết hơn các dạng bài tập về thấu kính và vận dụng sáng tạo vào dạy học trong việc khơi dậy niềm đam mê tìm hiểu ứng dụng của lĩnh vực vật lí vào thực tiễn đời sống
7.3 Nội dung sáng kiến
A LÝ THUYẾT
1.1 Thấu kính
1.1.1 Định nghĩa
- Thấu kính: là một môi trường trong
suốt, đồng chất được giới hạn bởi hai mặt cầu,
hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng
- Thấu kính mỏng: Là thấu kính có bề
dày d << R1, R2
1.1.2 Phân loại thấu kính
* Thấu kính lồi (thấu kính rìa mỏng)
- Là thấu kính có phần rìa mỏng hơn phần giữa
- Thấu kính rìa mỏng đặt trong không khí được gọi
là thấu kính hội tụ Vì chùm tia tới song song khi đi qua
thấu kính này sẽ cho chùm tia ló hội tụ
* Thấu kính lõm (thấu kính rìa dày)
- Là thấu kính có phần rìa dày hơn phần giữa
- Thấu kính rìa dày đặt trong không khí được gọi
là thấu kính phân kì Vì chùm tia tới song song khi đi qua
thấu kính này sẽ cho chùm tia ló phân kì
1.1.3 Các khái niệm cơ bản
a) Trục chính của thấu kính (L):
Là đường nối tâm của hai mặt cầu giới hạn thấu kính
R 2
R 1
d
C1
SangKienKinhNghiem.net
Trang 5b) Quang tâm:
Để thu được ảnh rõ nét qua thấu kính thì thấu kính phải rất mỏng, coi trục chính chỉ cắt thấu kính tại một điểm O gọi là quang tâm của thấu kính
c) Trục phụ:
Là tất cả các đường thẳng đi qua quang tâm O mà không phải trục chính
d) Tiêu điểm ảnh chính:
- Chiếu một chùm sáng song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló cắt nhau hoặc có đường kéo dài cắt nhau tại một điểm F nằm trên trục chính của thấu kính Điểm F’ được gọi là tiêu điểm ảnh chính của thấu kính
- Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm chính: F (tiêu điểm vật chính) và F’ (tiêu điểm ảnh chính) đối xứng nhau qua quang tâm Sự phân chia 2 loại tiêu điểm chính có tính tương đối tùy thuộc vào chiều tia tới
e) Tiêu diện:
- Tiêu diện vật: Là mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính vật F
- Tiêu diện ảnh: Là mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính ảnh F’
f) Tiêu điểm phụ: Có hai loại:
- Tiêu điểm vật phụ: là giao của trục phụ với tiêu diện vật
- Tiêu điểm ảnh phụ: là giao của trục phụ với tiêu diện ảnh
- Từng cặp tiêu điểm phụ đối xứng nhau qua quang tâm O
g) Tiêu cự (f):
Là khoảng cách từ tiêu điểm chính tới quang tâm
h) Khái niệm về vật - ảnh:
* Điểm vật: là giao của các tia sáng tới Có hai loại:
- Điểm vật thật: là giao của các tia sáng tới có thật
- Điểm vật ảo: là giao của các tia sáng tới do kéo dài gặp nhau
* Điểm ảnh: là giao của các tia ló Có hai loại:
- Điểm ảnh thật : là giao của các tia ló có thật
- Điểm ảnh ảo: là giao của các tia ló do kéo dài gặp nhau
Ảnh thật F’
O F
S
F’
O F S Ảnh ảo
Vật ảo Vật thật
F’
O F
S F’
O F
S
SangKienKinhNghiem.net
Trang 61.1.4 Giải thích vì sao thấu kính hội tụ làm hội tụ chùm sáng ló và thấu kính
phân kì làm phân kì chùm sáng ló ?
- Như chúng ta biết: lăng kính là dụng cụ quang học mà tia sáng khi qua lăng
kính sau hai lần khúc xạ thì bị lệch về phía đáy lăng kính
- Thấu kính hội tụ có thể coi là tập hợp nhiều lăng kính có mặt đáy quay về phía
trục chính
- Thấu kính phân kì có thể coi là tập hợp nhiều lăng kính có cạnh quay về phía
trục chính của thấu kính
1.2 Đường đi của tia sáng qua thấu kính
Phương của tia tới Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì
Qua quang tâm O
Tia sáng truyền thẳng
Có phương // với trục
chính
Tia ló ra khỏi thấu kính (đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh
Qua tiêu điểm vật
Tia ló ra khỏi thấu kính có phương // trục chính
Bất kì
Tia ló ra khỏi thấu kính có phương đi qua tiêu điểm phụ ảnh thuộc trục phụ // với tia tới
O
O
O F /
F1
O F1 F
O
F /
SangKienKinhNghiem.net
Trang 71.3 Ảnh của một vật qua thấu kính
a) Vật thật
* Vật là điểm sáng
nằm ngoài trục
chính: Vẽ hai trong
ba tia đặc biệt
* Vật là điểm sáng
nằm trên trục
chính: Dùng một
tia bất kỳ và tia đi
theo trục chính
* Vật là đoạn thẳng
AB vuông góc trục
chính, A ở trên trục
chính thì vẽ ảnh B/
của B sau đó hạ
đường vuông góc
xuống trục chính ta
có ảnh A/B/
b) Vật ảo
- Với bất kì vị trí nào của vật luôn cho ảnh thật cùng chiều, nhỏ hơn vật - Tùy theo vị trí của vật mà ảnh
- Vật ở vô cực: ảnh thật, tại tiêu diện.
+ d>2f: ảnh thật ngược chiều, nhỏ hơn vật.
+ d=2f: ảnh thật, ngược chiều và bằng vật.
+Vật nằm tại F: cho ảnh
ở vô cực.
+Vật nằm trong OF cho
ảnh ảo cùng chiều, lớn hơn vật
- Với mọi vị trí của vật, luôn cho ảnh ảo, cùng phía, cùng chiều, nhỏ hơn vật và nằm trong khoảng OF.
- Khi vật ở vô cực: ảnh
ảo, rất nhỏ so với vật, nằm tại tiêu diện.
S
O F
S /
F /
S
F1 F
O
F A
B
B /
A /
F’ O
A
B
B /
A /
o
A’
F’
B
A
F’
A
B A’
B’
Fp
S
SangKienKinhNghiem.net
Trang 81.4 Công thức thấu kính
a) Tiêu cự - Độ tụ:
- Tiêu cự là trị số đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểm chính với quy ước:
f > 0 với thấu kính hội tụ
f < 0 với thấu kính phân kì (|f| = OF = OF’)
- Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi
độ tụ D xác định bởi
) 1 1 )(
1 (
1
2
1 R R n
n f
D
mt
tk
(R1, R2 là bán kính cong của mặt cầu giới hạn thấu kính, qui ước: R > 0 : mặt lồi; R < 0 : mặt lõm; R = : mặt phẳng )
b) Hệ thức giữa d, d’, f: 1 1 1
'
d d f
d: khoảng cách từ vật đến thấu kính, d > 0 nếu vật thật , d < 0 nếu vật ảo
d’: khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, d’ > 0 nếu ảnh thật , d' < 0 nếu ảnh ảo
c Độ phóng đại dài: k d'
d
; k A B' '
AB
(k > 0: ảnh, vật cùng chiều; k < 0: ảnh, vật ngược chiều.)
( | k | > 1: ảnh cao hơn vật, | k | < 1: ảnh thấp hơn vật )
có thể là thật (cùng chiều với vật ) hoặc ảo (ngược chiều với vật)
+d >2f: ảnh ảo, ngược chiều vật, nhỏ hơn vật
+ d =2f : ảnh ảo, ngược chiều
và bằng vật
+ d <2f: ảnh ảo, ngược chiều vật, lớn hơn vật
+ Vật tại F: ảnh ở vô cực
+ Vật trong OF: ảnh thật cùng chiều, lớn hơn vật
SangKienKinhNghiem.net
Trang 9B CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Bài toán vẽ đối với thấu kính
Cần nhớ:
Phải nắm vững đường đi của các tia sáng qua thấu kính hội tụ, phân kì, tính chất của vật và ảnh rồi dùng phép vẽ (dựng hình) để xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’; loại thấu kính…
* Mọi tia sáng tới đều có phương đi qua vật
- Tia tới đi qua quang tâm O thì truyền thẳng
* Mọi tia ló đều có phương đi qua ảnh
- Hướng truyền của tia ló gần trục chính hơn hướng truyền của tia tới thì là đường truyền của tia sáng qua thấu kính hội tụ
- Hướng truyền của tia ló xa trục chính hơn hướng truyền của tia tới thì là đường truyền của tia sáng qua thấu kính phân kì
* Quang tâm là giao của thấu kính với trục chính
- Quang tâm là giao của trục chính với đường thẳng nối vật và ảnh
* Tiêu điểm chính F là giao của đường thẳng nối giữa điểm tới của tia sáng song song với trục chính với ảnh và trục chính; tiêu điểm chính thứ hai ta lấy F’ đối
xứng với F qua thấu kính
* Vật thật cho ảnh cùng chiều, cùng phía với vật thì ảnh là ảnh ảo: Nếu ảnh
ảo kích thước lớn hơn vật thì ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ; nếu ảnh ảo kích thước nhỏ hơn vật thì ảnh tạo bởi thấu kính phân kì
- Ảnh và vật nằm khác phía so với trục chính thì có thể là ảnh thật của thấu kính hội tụ (vật thật nằm ngoài OF) hoặc ảnh ảo của vật ảo cho bởi thấu kính phân kì
Ví dụ 1: (29.19 Tr80 – Sách bài tập Vật lí 11)
Trên hình vẽ: xy là trục chính của thấu
kính L, (1) là đường đi của một tia sáng truyền
qua thấu kính
Tia sáng (2) chỉ có phần tia tới Hãy vẽ tia
ló của tia sáng (2)?
Giải:
Phân tích đề bài: Đề bài yêu cầu dựng đường đi của tia (2) là một tia sáng bất
kì đến thấu kính Cần phải biết thấu kính thuộc loại gì và xác định được vị trí tiêu điểm chính ảnh Để giải quyết vấn đề này thì dựa vào đường truyền của tia (1) qua
J
x
L
(2) (1)
SangKienKinhNghiem.net
Trang 10thấu kính Tia (1) cũng là 1 tia bất kì đến thấu kính nên tia ló của nó đi qua tiêu điểm phụ thuộc trục phụ // với tia tới
Cách dựng:
- Vì tia ló của (1) đi về phía trục chính
Thấu kính hội tụ
- Kẻ trục phụ // với tia tới (1) cắt tia ló tại
tiêu điểm phụ Fp1
- Từ Fp1 kẻ đường vuông góc với trục chính
cắt trục chính tại tiêu điểm chính ảnh F’
- Vẽ tia ló của (2): Kẻ trục phụ // (2) cắt tiêu
diện tại Fp2 Nối JFp2 được tia ló của (2)
Ví dụ 2:
Cho A’B’ là ảnh thật của vật thật AB qua thấu kính
Dùng phép vẽ hãy xác định quang tâm,
dựng thấu kính và trục chính, xác định tiêu điểm?
Giải:
Phân tích đề: Đề cho vật và ảnh Dựa vào tính chất, đặc điểm
của vật và ảnh để xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu điểm chính
Cách dựng:
- A’B’ ngược chiều và lớn hơn AB Đây là thấu kính hội tụ
- A’ là ảnh của A, B’ là ảnh của B Giao điểm
của AA’ và BB’ là quang tâm O của thấu kính
- Nếu 1 tia sáng tới có phương AB thì tia
ló có phương A’B’ Giao của AB và A’B’ là
điểm tới I thuộc thấu kính
- Nối OI được phương của thấu kính
- Trục chính của thấu kính qua O và vuông
góc với OI
- Từ B vẽ tia tới // trục chính tia ló đi qua
B’ và F’ xác định được F’ Lấy đối xứng F’ qua O được F
Ví dụ 3: (CS5/133 Tr8 Vật lí &Tuổi trẻ số 136)
Trên hình vẽ biểu diễn đường truyền của hai
tia sáng xuất phát từ một điểm sáng qua một thấu
kính mỏng
Hãy tìm vị trí các tiêu điểm chính của thấu
kính mỏng?
B
A
B’
A’
O I
A
’
B
A
B’
Fp2
F’
Fp1
J
x
L
(2) (1)
SangKienKinhNghiem.net
Trang 11Giải:
Phân tích đề: Đề cho tia tới và tia ló Dựa vào phương của các tia này để xác
định trục thấu kính, vật, ảnh, quang tâm Sau đó dựa vào vị trí vật, ảnh để xác định loại thấu kính
Cách dựng:
- Giao của hai tia tới là vật thật S
- Giao của hai tia ló là ảnh thật S’
- Giao của hai điểm tới A, B là trục
của thấu kính
Vì vật thật S cho ảnh thật S’ nằm
khác bên nên thấu kính là thấu kính hội tụ
- Giao của AB với SS’ là quang tâm O của thấu kính
- Xác định F: Tia tới SA là tia bất kì nên tia ló AS’ sẽ đi qua tiêu điểm phụ Fp nằm trên tiêu diện kẻ trục phụ //SA, cắt tiêu diện tại Fp Từ Fp kẻ vuông góc với trục chính sẽ cắt trục chính tại tiêu điểm ảnh chính F’ Lấy đối xứng F’ qua O được F
BÀI TẬP CỦNG CỐ
Bài 1: Vẽ ảnh của điểm sáng S trong các trường hợp sau:
Bài 2: Trong các hình xy là trục chính O là quang tâm, A là vật, A’là ảnh Xác định: tính chất ảnh, loại thấu kính, vị trí các tiêu điểm chính?
Bài 3: Cho AB là vật sáng, A’B’ là ảnh của AB Bằng phép vẽ đường đi tia sáng, xác định quang tâm và tiêu điểm chính của thấu kính?
Dạng 2: Tính tiêu cự, độ tụ, bán kính, chiết suất của thấu kính bằng công thức độ tụ
B'
A' B
A
F p
B
A O
F
O
F
O
y O
A
y x
A
'
A
y x
A '
A
SangKienKinhNghiem.net
Trang 122
1 R R n
n f
D
mt
tk
- f : mét (m); D: điốp (dp)
- R1, R2 là bán kính cong của mặt cầu giới hạn thấu kính, qui ước: R > 0 : mặt lồi; R < 0 : mặt lõm; R = : mặt phẳng
Ví dụ 1: Thủy tinh làm thấu kính có chiết suất n = 1,5
a) Tìm tiêu cự của các thấu kính khi đặt trong không khí Nếu:
- Hai mặt lồi có bán kính 10 cm, 30 cm
- Mặt lồi có bán kính 10cm, mặt lõm có bán kính 30 cm
b) Tính lại tiêu cự của thấu kính trên khi chúng được dìm vào trong nước có chiết suất n ’ = 4/3?
Giải:
a) Đặt trong không khí n mt = 1
- R1=0,1m, R2=0,3m : )
3 , 0
1 1 , 0
1 ).(
1 5 , 1 ( 1 1
- R1=0,1m, R2=-0,3m : )
3 , 0
1 1 , 0
1 ).(
1 5 , 1 ( 1
2
b) Đặt trong nước n mt =4/3
- R1=0,1m, R2=0,3m : )
3 , 0
1 1 , 0
1 ).(
1 3 / 4
5 , 1 ( 1 1
- R1=0,1m, R2=-0,3m : )
3 , 0
1 1 , 0
1 ).(
1 3 / 4
5 , 1 ( 1 2
Ví dụ 2: Một thấu kính hai mặt lồi Khi đặt trong không khí có độ tụ D1, khi đặt trong chất lỏng có chiết suất n’= 1,68 thấu kính lại có độ tụ D2 = -(D1/5)
a) Tính chiết suất n của thấu kính?
b) Cho D 1 =2,5 dp và biết rằng một mặt có bán kính cong gấp 4 lần bán kính cong của mặt kia Tính bán kính cong của hai mặt này?
Giải:
a Trong không khí nmt=1: ( 1).( 1 1 )
2 1 1
R R n
D (1)
Trong chất lỏng n’mt= 1,68 : 1).( 1 1 )
68 , 1
(
2 1 2
R R
n
SangKienKinhNghiem.net
