SKKN Khai thác có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong việc giải quyết các bài toán về mắt và các dụng cụ...

SKKN Khai thác có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong việc giải quyết các bài toán về mắt và các dụng cụ quang học trong chương trình Vật lý 11 1 MỤC LỤC Trang 1 Mở đầu 2 1 1 Lý do chọn đề tài 2 1 2 Mục đí[.]

MỤC LỤC

Trang

1 Mở đầu……… 2

1.1 Lý do chọn đề tài……….…….2

1.2 Mục đích nghiên cứu………3

1.3 Đối tượng nghiên cứu……….….….3

1.4 Phương pháp nghiên cứu……….3

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm……….…… ….3

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm………4

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài……… ….4

2.2 Thực trạng của vấn đề ……… … 4

2.3 Giải pháp và tổ chức thực hiện 5

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường……….………… 18

3 Kết luận và kiến nghị . 18

3.1 Kết luận . 18

3.2 Kiến nghị . 18

1 Mở đầu

1.1 Lý do chọn đề tài

Dạy và học môn vật lý ở trung học phổ thông nói chung và vật lý 11 nói riêng theo yêu cầu cải cách giáo dục, không ngoài mục đích giúp cho học sinh lĩnh hội và vận dụng kiến thức ở mức độ cao, vận dụng tốt kiến thức trong bài học vào thực tiễn Phần kiến thức của chương trình vật lý lớp 11 có rất nhiều kiến thức khó nhưng lại có tính ứng dụng thực tiễn rất cao, điển hình như phần quang hình học Khi giảng dạy phần này, tôi nhận thấy học sinh thường gặp khó khăn trong việc xử lý các bài tập ở chương Mắt và các dụng cụ quang học Ở chương này không chỉ yêu cầu học sinh nắm vững những khái niệm định tính

mà cần phải sử dụng các kiến thức toán học để giải các bài tập định lượng tương đối phức tạp Việc giải bài tập này giúp học sinh củng cố được phần kiến thức

đã học và tiếp tục tiếp thu kiến thức mới, vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống Tuy nhiên, học sinh khi giải quyết các phần bài tập của chương này thường gặp khó khăn trong việc phân tích bài toán để tìm hướng giải, vì vậy học sinh thường chọn việc áp dụng một cách máy móc các công thức giải toán chứ không để ý tới việc phân tích bản chất của bài toán, và trong nhiều trường hợp các em thường giải sai do không hiểu được bản chất của vấn đề Một trong những nguyên nhân dẫn đến việc giải sai đó là do các em thường không viết sơ

đồ tạo ảnh cho bài toán, hoặc nếu có viết thì các em cũng không vận dụng tốt sơ

đồ đó vào các bài toán dẫn đến việc suy luận một cách mơ hồ không chính xác

Từ thực tế đó đã thôi thúc tôi tích cực suy nghĩ và tìm ra phương pháp giúp học sinh khắc phục khó khăn trên

Thực tế giảng dạy qua nhiều năm tôi nhận thấy nếu biết cách sử dụng tốt việc viết ‘‘sơ đồ tạo ảnh’’, thì học sinh sẽ có những suy luận chính xác trong quá trình phân tích bài toán và có thể giải các bài toán phần này một cách dễ dàng, nhờ đó giúp các em hiểu sâu hơn các kiến thức trong sách giáo khoa cũng như

có được sự hứng thú trong quá trình học tập Học sinh sẽ không phải ghi nhớ một cách máy móc các hệ thống công thức khô khan, cồng kềnh và rất khó nhớ

Vì vậy để góp phần khắc phục tình trạng trên, giúp cho việc dạy và học phần

‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ có hiệu quả hơn, tôi mạnh dạn đưa ra đề tài sáng kiến kinh nghiệm mang tên:

Khai thác có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong việc giải quyết các bài toán về

mắt và các dụng cụ quang học trong chương trình Vật lý 11

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, khai thác và sử dụng có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong dạy

học phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, nâng cao khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh, qua đó nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các bài toán phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ ở chương trình Vật lý 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học, việc đổi mới phương pháp dạy học bậc THPT hiện nay

Nghiên cứu việc viết “sơ đồ tạo ảnh” khi giải các bài tập phần quang hình 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm

Điều tra thực trạng của việc vận dụng kiến thức để giải quyết các bài tập phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ của học sinh tại đơn vị công tác và ở các trường THPT lân cận

Tiến hành thực nghiệm có đối chứng để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng

đề tài sáng kiến kinh nghiệm trong quá trình dạy học

1.4.3 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý các kết quả thực nghiệm

sư phạm

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm

Hiện nay trong sách giáo khoa vật lý đã đưa ra phương pháp viết “sơ đồ tạo ảnh” trong việc giải quyết các bài toán phần Quang hình nói chung và phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ nói riêng, nhưng trong nội dung đề tài này tôi khai muốn khai thác tốt hơn “sơ đồ tạo ảnh” trong giải toán và giúp học sinh vận dụng có hiệu quả hơn, giảm bớt việc học thụ động và ghi nhớ công thức một cách máy móc

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm này đưa ra hệ thống các bài tập vận dụng đa dạng, phù hợp với nhiều đối tượng học sinh, có thể sử dụng để giảng dạy trên lớp hoặc giúp cho học sinh rèn luyện ở nhà Trong các tài liệu trước đây đã có

đề cập tới vấn đề này nhưng việc vận dụng chưa hiệu quả Việc nghiên cứu đề tài này sẽ góp phần khắc phục những vấn đề trên

2 Nội dụng của sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài

Để giúp học sinh tiếp cận phương pháp giải toán tôi thường yêu cầu các em nắm vững lại phần kiến thức lý thuyết trọng tâm có liên quan tới bài toán Đặc biệt là phần kiến thức về thấu kính mỏng và mắt Khi các em đã nắm vững phần kiến thức lý thuyết thì việc phân tích và hiểu rõ bản chất của bài toán sẽ dễ dàng hơn rất nhiều Các em sẽ có được sự tự tin trong việc giải toán

Theo tôi để giải quyết các bài tập về phần này học sinh nên thực hiện qua các bước sau:

- Xác định các dữ kiện của bài toán

- Viết sơ đồ tạo ảnh cho quá trình tạo ảnh qua dụng cụ quang học và mắt

- Biểu diễn lên sơ đồ tạo ảnh các dữ kiện của bài toán

- Vận dụng các công thức về thấu kính và các mối liên hệ trên sơ đồ tạo ảnh để tìm ra các dữ kiện mà bài toán yêu cầu

2.2 Thực trạng của vấn đề

Khi giảng dạy phần quang hình học ở lớp 11, đặc biệt là phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ Tôi nhận thấy khi học sinh làm các bài tập phần này các

em thường gặp khó khăn trong việc phân tích và suy luận để tìm ra hướng giải quyết cho bài toán Vì vậy các em thường cố gắng ghi nhớ một cách máy móc các công thức để tìm kết quả Dẫn đến hiệu quả của việc dạy học không được cao và học sinh cũng không có được hứng thú khi học tập Một trong những nguyên nhân của thực trạng trên là các em học sinh khi tiếp cận các bài toán thường không quan tâm nhiều đến việc viết “sơ đồ tạo ảnh” và vận dụng nó để giải toán Để làm rõ hơn về thực trạng này tôi xin đưa ra đây một ví dụ về việc suy luận và giải toán trong một bài toán cụ thể :

Bài toán ví dụ : (Trích đề thi đại học năm 2004) Một người khi không đeo

kính có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt 50 cm Xác định độ tụ của kính

mà người đó cần đeo sát mắt để có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt

 cm

- Sai lầm trong giải toán khi không sử dụng “sơ đồ tạo ảnh”

Nếu không sử dụng được sơ đồ tạo ảnh học sinh sẽ khó khăn trong việc suy luận bài toán và rất dễ có sai lầm trong việc giải toán Học sinh sẽ hướng tới

sử dụng công thức thấu kính nhưng các em thường có sai sót như sau:

Quan niệm vật phải đặt cách mắt một đoạn d  25 cm( ), ảnh phải cách mắt một đoạn d'  50 (cm) và khi đó các em xác định độ tụ của kính cần đeo theo

25 , 0

1 5 , 0

1 1 1 1

d d f

D

k

Hoặc các em quan niệm ngược lại, vật phải đặt cách mắt một đoạn

, ảnh phải cách mắt một đoạn và khi đó các em xác )

(

50 cm

định độ tụ của kính cần đeo theo công thức:

5 , 0

1 25 , 0

1 1 1 1

d d f

D

k

- Khi vận dụng tốt “sơ đồ tạo ảnh” bài toán sẽ được giải quyết như sau:

+ Để khi đeo kính sát nhìn được vật gần nhất cách mắt 25 cm thì vật ở cách kính 25 cm qua kính cho một ảnh ảo tại điểm cực cận của mắt

50 0

25

S S

S

OV cm

c OC M d l

' d

k O cm d



 





 











M¾t



 



d d

dd f

m d

50 25

50 25 '

' 50























 dp f

D

k

k  1  2

Để góp phần khắc phục tình trạng trên tôi xin đưa ra một số giải pháp sau:

2.3 Giải pháp và tổ chức thực hiện

Về mặt hình thức có thể chia các bài toán liên quan đến mắt và các dụng cụ quang học thành một số loại bài toán cơ bản sau:

2.3.1 Sự thay đổi giới hạn nhìn rõ khi đeo kính

2.3.1.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

+ Khi chưa đeo kính phạm vi nhìn rõ d M OC C,OC V, sau khi đeo kính có tiêu

cự f k phạm vi nhìn rõ các vật trước kính dd c , d v

+ Sơ đồ tạo ảnh:

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O v , c d



 





 







M¾t



 



+ Khi biết OC , C OC V sẽ tính được d c , d v:













































k

k v

M V

M

k

k c

M C

M

f ' d

f ' d d d d

l ' d OC d

f ' d

f ' d d d d

l ' d OC d

+ Khi biết d c , d v sẽ tính được OC , C OC V:













































' d l d OC f

d

df ' d d d

' d l d OC f

d

df ' d d d

M V k

k v

M C k

k c

2.3.1.2 Bài toán ví dụ

Ví dụ 1: Một người cận thị khi đeo kính sát mắt có độ tụ D  2 dp thì có thể nhìn rõ từ 12 , 5 cm tới vô cùng Hỏi khi không đeo kính, người đó chỉ có thể nhìn thấy vật đặt trong khoảng nào?

Giải:

+ Tiêu cự của kính: f k D k 2 dp 0,5 m 50 cm

1 1















+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính:

1

0

5 12

S S

S

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O ,

cm , d



 





 















M¾t



 



+ Khi cho biết 12,5cm , sẽ tính được OC , C OC V như sau:

 































































cm '

d l d OC cm

f ' d d

Cho

cm '

d l d OC cm

,

, f

d

df ' d ,

d

Cho

M V k

M C k

k cm

50 50

10 10

50 5

12

50 5 12 5

12

+ Vậy, điểm cực cận cách mắt 10 cm và điểm cực viễn cách mắt 50 cm

Ví dụ 2: Một người cận thị khi đeo kính có độ tụ D=-2 dp sẽ nhìn rõ được các

vật đặt cách kính từ 12,5 cm tới 50 cm Kính đeo cách mắt một khoảng 1 cm Hỏi khi không đeo kính, người đó chỉ có thể nhìn thấy vật đặt trong khoảng nào?

Giải:

+ Tiêu cự của kính: f D 2 dp 0,5 m 50 cm

1







+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính:

1

1

50 5 12

S S

S

OV v

OC , c OC M d cm l

' d

k O cm , cm , d



 





 

















M¾t



 











































































cm '

d l d OC cm

f d

df ' d cm d

Cho

cm '

d l d OC cm

,

, f

d

df ' d cm ,

d

Cho

M v

M c

26 25

50 50

50 50 50

11 10

50 5

12

50 5 12 5

12

Vậy điểm cực cận cách mắt 11 cm , điểm cực viễn cách mắt 26 cm

Ví dụ 3: Một người khi đeo kính sát mắt có độ tụ  2 dp có thể nhìn rõ các vật cách mắt từ 25 cm tới vô cùng Nếu đeo kính sát mắt có độ tụ  1 dp có thể nhìn rõ các vật nằm trong khoảng nào trước kính?

Giải

a) Khi đeo kính sát mắt có độ tụ  2 dp có thể nhìn rõ các vật cách mắt từ

 cm

25 tới vô cùng

+ Tiêu cự của kính: f k D k 2 dp 0,5 m 50 cm

1







+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính:

0

25

S S

S

OV OC

, OC d

' d

O ,

l

k cm



 

















M¾t



 



+ Khi cho biết 25cm , sẽ tính được OC , C OC V như sau:

 































































cm '

d l d OC cm

f ' d d

Cho

cm '

d l d OC cm

f

d

df ' d d

Cho

M v k

M c k

k cm

50 50

3

50 3

50 50

25

50 25 25

b) Khi đeo kính sát mắt có độ tụ  1 dp có thể nhìn rõ các vật cách kính nằm trong khoảng d c , d v Tiêu cự của kính: f k D k 1 dp 1 m 100 cm

1







+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính:

0

25

S S

S

OV OC

, OC d

' d

O ,

l

k cm



 

















M¾t



 



+ Khi cho biết OC , C OC V 3    cm 50 , cm 

50 sẽ tính được d c , d v như sau:



















































































cm

f

' d

f ' d d cm d

l ' d cm d

Cho

cm

f

' d

f ' d d cm d

l ' d cm d

Cho

k

k v

M M

k

k c

M M

100 100

50

100 50 50

50

20 100 3

50

100 3

50 3

50 3

50

2.3.2 Xác định kính cần đeo để sửa tật

2.3.2.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

Để nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết, thì vật ở vô cùng qua kính cho một ảnh ảo tại tiêu điểm của kính và cũng chính tại điểm cực viễn của mắt d M OC V Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính đó:

S S1 S2

OV V

OC M d l k f ' d

k O d



 





 











M¾t



 



Sau khi đeo kính có thể nhìn rõ các vật cách kính từ d c đến :

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O , c

d



 





 









M¾t



 



Cho

k

k c

M c

f ' d d d d

l ' d OC

d















Để nhìn rõ các vật gần nhất ở cách mắt 25 cm (tức là cách kính một khoảng 25 l cm ), thì vật ở điểm đó qua kính cho một ảnh ảo tại điểm cực cận của mắt d M OC C Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính đó:

2 1

25

S S

S

OV c

OC M d l k f ' d

k O l cm d



 





 











M¾t



 



Sau khi đeo kính có thể nhìn rõ các vật cách kính từ 25 cm l đến d v:

1

25

S S

S

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O v d , cm

d



 





 











 



M¾t



 



Cho

k

k v

M v

f ' d d d d

l ' d OC d















2.3.2.2 Bài toán ví dụ

Ví dụ 1: Một người khi không đeo kính có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt

 cm

50 Xác định độ tụ của kính mà người đó cần đeo sát mắt để có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt 25 cm

Giải

+ Để khi đeo kính sát nhìn được vật gần nhất cách mắt 25 cm thì vật ở cách kính 25 cm qua kính cho một ảnh ảo tại điểm cực cận của mắt

50 0

25

S S

S

OV cm

c OC M d l

' d

k O cm d



 





 











M¾t



 



' d d

' dd f

m d

'

50 25

50 25























 dp f

D

k

k  1  2

Ví dụ 2: Một người chỉ có thể nhìn rõ những vật cách mắt từ 0 , 5 m đến 1 m 1) Để nhìn rõ những vật ở rất xa mà mắt không phải điều tiết người đó phải đeo kính sát mắt có độ tụ bao nhiêu? Khi đeo kính đó người ấy có thể nhìn rõ vật gần nhất cách kính bao nhiêu?

2) Để nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 0 , 25 m người đó phải đeo kính sát mắt có

độ tụ bao nhiêu? Khi đeo kính đó người ấy có thể nhìn rõ vật xa nhất cách kính bao nhiêu?

Giải

1) Để khi đeo kính nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết, thì vật

ở vô cùng qua kính cho một ảnh ảo tại tiêu điểm của kính và cũng chính tại điểm cực viễn của mắt

+ Sơ đồ tạo ảnh:

2 1

1 0

S S

S

OV m

v OC M d l k f ' d

k O d



 





 















M¾t



 



+ Vậy tiêu cự của kính cần đeo: f k d M   1 m Độ tụ kính:  dp

f

D

k

k  1   1

+ Sau khi đeo kính có thể nhìn rõ các vật cách kính từ d c đến :

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O

,

c

d



 





 









M¾t



 



,

, d

m , d

l ' d m , OC

1 5 0

1 5 0 5

0 5



























2) Để khi đeo kính sát nhìn được vật gần nhất cách mắt 0 , 25 m thì vật ở cách mắt 0 , 25 m qua kính cho một ảnh ảo tại điểm cực cận của mắt

5 0 0

25 0

S S

S

OV m

, c OC M d l

' d

k O m , d



 





 











M¾t



 



, ,

, , ' d d

' dd f

m , d

'

5 0 25 0

5 0 25 0 5























 dp f

D

k

k  1  2

+ Sau khi đeo kính có thể nhìn rõ các vật cách kính từ 25 cm đến d v:

25  1   2

S S

S

OV OC

, OC d

' d

O d

,

l

k v

cm



 













M¾t



 



,

, d

d l ' d m OC

3

1 5 0 1

5 0 1 1























Ví dụ 3: Một người cận thị có thể nhìn rõ được các vật cách mắt từ 11 cm tới

 cm

26 Để nhìn vật ở vô cùng mà mắt không điều tiết thì phải đeo kính có độ tụ bao nhiêu? Khi đó điểm gần nhất mà mắt nhìn rõ khi đeo kính cách mắt bao nhiêu? Kính đeo cách mắt một khoảng l 1  cm

Giải:

+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính để nhìn vật ở vô cùng mà mắt không phải điều tiết:

26 1

S S

S

OV cm

v OC M d cm l

k f ' d

k O d



 





 















M¾t



 



+ Từ đó suy ra: f k  1 d M  1  26 cm   25 cm   0,25 m

+ Do đó, độ tụ của kính đeo:  dp

, f

D

k

25 0

1





+ Sau khi đeo kính có thể nhìn rõ các vật cách kính từ d c đến :

26 11 1

S S

S

OV cm

, cm M

d cm l

' d

k O , c

d



 





 



















M¾t



 



    ,  cm

f ' d

f ' d d d d

l ' d OC

d

k

k c

M c

25 10

25



























được d c Vậy, điểm gần nhất mà mắt nhìn rõ khi đeo kính là 16 , 67 cm

Ví dụ 4: Một người lớn tuổi có thể nhìn được vật ở xa mà mắt không phải điều

tiết Nhưng muốn đọc được dòng chữ gần nhất cách mắt 25 cm thì phải đeo kính sát mắt có độ tụ 1 dp

1) Xác định khoảng cách từ mắt người đó đến điểm cực cận và cực viễn khi không đeo kính

2) Xác định độ biến thiên độ tụ của mắt người đó từ trạng thái không điều tiết đến trạng thái điều tiết tối đa

Giải:

1) Nhìn được vật ở vô cùng mà mắt không phải điều tiết nên OC V  

+ Tiêu cự của kính đeo:  m  cm

D

f  1  1  100