(Skkn 2023) chuyên đề hướng dẫn học sinh giải bài tập về thấu kính, nâng cao chất lượng môn vật lí lớp 9

Mô tả bản chất của giải pháp - Điểm mới của giải pháp: Giải pháp đã hệ thống được một số phương pháp thường dùng, kiến thức cơ bản để giải bài tập về thấu kính dành cho học sinh lớp 9 nó

PHÒNG GD&ĐT VĨNH YÊN

TRƯỜNG THCS ĐỒNG TÂM

CHUYÊN ĐỀ

“HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ LỚP 9”

Tác giả chuyên đề: Nguyễn Thị Hảo

Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Đồng Tâm

Điện thoại: 0337671779

email: haospvl@gmail.com

Năm học: 2022 – 2023

CHUYÊN ĐỀ

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH,

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ LỚP 9

PHẦN I MỞ ĐẦU

1 Lời giới thiệu

Là một giáo viên giảng dạy môn vật lí trên địa bàn thành phố Vĩnh Yên cụ thể

là trường THCS Đồng Tâm, trong suốt quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy rằng bên cạnh những học sinh khá, giỏi thì vẫn còn nhiều em có học lực trung bình và học lực yếu và kém các em vẫn chưa tự mình giải được một bài tập vật lí đơn giản hoặc có những em nắm được lý thuyết nhưng kỹ năng vận dụng lý thuyết vào giải bài tập lại còn chậm và yếu Nhiều học sinh chỉ cần kết quả đối chiếu hay dựa vào bài tập mẫu của thầy và giải một cách dập khuôn, thậm chí vẫn còn có những học sinh vẫn chưa biết tóm tắt đầu bài bằng các ký hiệu vật lí, cách đổi ra đơn vị cơ bản, đặc biệt là chưa giải thích được các hiện tượng Vật lí trong đời sống và kỹ thuật do đó học sinh gặp không ít khó khăn khi giải và chữa các bài tập vật lí Bởi vì, học sinh chỉ giải một cách

mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức một cách máy móc, không theo một trình tự nhất định Vì vậy, đôi khi không giải được bài tập vật lí cơ bản và nhất là khi gặp những bài tập có tính suy luận cao hầu như học sinh không giải được

Kinh nghiệm cho thấy, giải bài tập vật lí không chỉ đơn giản là tính toán mà phải biết các hiện tượng vật lí, nắm vững các quy luật, định luật vật lí Từ đó, mới vận dụng kiến thức đã học để phân tích, suy luận, tổng hợp và bắt tay vào việc giải bài tập vật lí Một số học sinh khi làm bài tập không biết phải bắt tay từ đâu? Phải làm bài như thế nào? Lựa chọn công thức nào cho phù hợp? Cuối cùng là không thể giải được bài tập

Việc giải được bài tập vật lí sẽ giúp học sinh khắc sâu hơn kiến thức đã học và đặc biệt là biết vận dụng kiến thức vật lí để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và giải thích được những hiện tượng vật lí có liên quan đến cuộc sống Khi giải bài tập vật lí học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá Để xác định bản chất vật lí của từng bài tập, từ đó mới chọn lựa các công thức sao cho phù hợp với từng bài tập

Vì thế, rèn luyện kỹ năng giải bài tập vật lí cho học sinh là việc rất cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả dạy học Xuất phát từ quan điểm trên nên tôi đã chọn chuyên

đề là: “Hướng dẫn học sinh giải bài tập về thấu kính, nâng cao chất lượng môn vật lí lớp 9”

2 Tên giải pháp

“Hướng dẫn học sinh giải bài tập về thấu kính, nâng cao chất lượng môn vật lí lớp 9”

3 Lĩnh vực áp dụng giải pháp

Giải pháp này chủ yếu áp dụng cho bồi dưỡng học sinh đại trà lớp 9, chú trọng việc ôn luyện cho học sinh ôn thi vào lớp 10 Vấn đề mà giải pháp giải quyết: Rèn luyện kỹ năng vẽ hình và tính toán các bài tập về thấu kính cho học sinh thông qua việc hướng dẫn học sinh phương pháp

4 Ngày giải pháp được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử

Ngày 15/2/2023 áp dụng cho học sinh lớp 9A, 9B, 9C

5 Mô tả bản chất của giải pháp

- Điểm mới của giải pháp:

Giải pháp đã hệ thống được một số phương pháp thường dùng, kiến thức cơ bản để giải bài tập về thấu kính dành cho học sinh lớp 9 nói chung Hệ thống ví dụ, bài tập được xây dựng từ cơ bản đến mở rộng, nâng cao, giúp học sinh có nền tảng kiến thức vững chắc, từ đó rèn luyện tốt kỹ năng rút gọn cho các em, khắc phục những hạn chế và sai sót của các em khi làm bài Góp phần giúp các em tự tin, phát huy được năng lực của bản thân, chủ động lĩnh hội kiến thức và tạo niềm say mê hứng thú với môn học, phát hiện thêm nhiều cách giải hay cho mỗi bài toán

5.1 Về nội dung giải pháp

5.1.1 Một số kiến thức lí thuyết cần vận dụng

Để hướng dẫn học sinh nắm chắc được cách giải bài tập về thấu kính vật lí 9 tôi phải làm tốt các việc sau :

5.1.1.1 Ôn lại một số kiến từ lớp 7

a Nhận biết ánh sáng

- Ta nhận biết được ánh sáng khi có ánh sáng truyền vào mắt ta

b Khi nào ta nhìn thấy một vật?

- Ta nhìn thấy một vật khi có ánh sáng truyền từ vật vào mắt ta

c Nguồn sáng và vật sáng

- Nguồn sáng là vật tự nó phát ra ánh sáng Vật sáng gồm nguồn sáng và những vật hắt lại ánh sáng chiếu vào nó

Chú ý: Vật đen là vật không tự phát ra ánh sáng và cũng không hắt lại ánh sáng chiếu

vào nó

d Sự truyền ánh sáng

- Định luật truyền thẳng của ánh sáng:

Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền đi theo đường thẳng.

e Biểu diễn đường truyền của ánh sáng

- Đường truyền của ánh sáng được biểu diễn bằng một đường thẳng có mũi tên chỉ hướng gọi là tia sáng

- Chùm sáng bao gồm nhiều tia sáng gộp lại Có 3 loại chùm sáng:

+ Chùm sáng giao nhau ⇒ chùm sáng hội tụ

+ Chùm sáng không giao nhau ⇒ chùm sáng song song

+ Chùm sáng loe rộng ra ⇒ chùm sáng phân kì

5.1.1.2 Thấu kính hội tụ - Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

a) Đặc điểm của thấu kính hội tụ

Thấu kính hội tụ được làm bằng vật liệu trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu (một trong hai mặt có thể là mặt phẳng) Phần rìa ngoài mỏng hơn phần chính giữa

Mỗi thấu kính đều có trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự

Trên hình vẽ ta quy ước gọi:

(Δ) là trục chính

O là quang tâm

F và F’ lần lượt là tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh

Khoảng cách OF = OF’ = f gọi là tiêu cự của thấu kính

b) Đường truyền của một số tia sáng qua thấu kính hội tụ

(1): Tia tới đi qua quang tâm thì tia ló tiếp tục đi thẳng (không bị khúc xạ) theo phương của tia tới

(2): Tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm

(3): Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính

c) Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

- Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật ngược chiều với vật Khi vật đặt rất xa thấu kính thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự

- Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo lớn hơn vật và cùng chiều với vật

d) Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ

* Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ

- Từ S ta dựng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính

- Nếu hai tia ló cắt nhau thực sự thì giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh thật S’ của S, nếu hai tia ló không cắt nhau thực sự mà có đường kéo dài của chúng cắt nhau, thì giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh ảo S’ của S qua thấu kính

* Dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ

Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với thấu kính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó

từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A’ của A

5.1.1.3 Thấu kính phân kì - Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

a) Đặc điểm của thấu kính phân kì

- Thấu kính phân kì được làm bằng vật liệu trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu (một trong hai mặt có thể là mặt phẳng) Phần rìa ngoài dày hơn phần chính giữa

- Mỗi thấu kính đều có trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự.

Trên hình vẽ ta quy ước gọi:

(Δ) là trục chính

O là quang tâm

F và F’ lần lượt là tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh

Khoảng cách OF = OF’ = f gọi là tiêu cự của thấu kính

b) Đường truyền của một số tia sáng qua thấu kính phân kì

- Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kì cho chùm tia ló có đường kéo dài cắt nhau tại tiêu điểm của thấu kính

- Đường truyền của một số tia sáng đặc biệt:

+ Tia tới qua quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng

+ Tia tới song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh F’

+ Tia tới hướng tới tiêu điểm vật F cho tia ló song song với trục chính

c) Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

- Vật sáng đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính

- Vật đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự

d) Ảnh của vật qua thấu kính phân kì

* Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính phân kì

Từ S ta dựng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính Hai tia ló không cắt nhau thực sự mà có đường kéo dài của chúng cắt nhau, giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh ảo S’ của S

* Cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì

Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với thấu kính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó

từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính

5.1.1.2 Các dạng bài về thấu kính

Dạng 1 Toán vẽ đối với thấu kính

Loại 1 Vẽ ảnh của điểm sáng

Loại 2 Vẽ ảnh của vật sáng

Dạng 2 Các bài toán liên quan đến thấu kính

Loại 1 Xác định vị trí vật, ảnh, kích thước ảnh

Loại 2 Khoảng cách vật ảnh

5.1.1.3 Đưa ra các ví dụ cụ thể với từng dạng toán và nêu phương pháp trả lời hoặc giải với mỗi dạng toán đó

Sau khi học sinh nắm vững các kiến thức cơ bản, tôi đưa ra một số ví dụ cụ thể

có hướng dẫn làm mẫu và một số bài tập tương tự theo chuẩn kiến thức, kỹ năng để học sinh tự làm nhằm nắm vững kiến thức

I Dạng 1 Toán vẽ đối với thấu kính

1 Loại 1: Vẽ ảnh của điểm sáng

Phương pháp chung:

- Từ S ta dựng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính

- Nếu hai tia ló cắt nhau thực sự thì giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh thật S’ của S

- Nếu hai tia ló không cắt nhau thực sự mà có đường kéo dài của chúng cắt nhau, thì giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh ảo S’ của S qua thấu kính

Ví dụ 1: Đặt một điểm sáng S nằm trước thấu kính hội tụ như hình.

a Dựng ảnh S’ của S tạo bởi thấu kính đã cho

b S’ là ảnh thật hay ảo? Vì sao?

Hướng dẫn giải

Tia SI đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua F’

Tia tới SO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng

Hai tia ló trên có đường kéo dài giao nhau tại S’, ta thu được ảnh ảo S’ của S qua thấu kính

Nhận xét:

- Tia tới đi qua điểm vật, tia ló đi qua điểm ảnh

- Điểm vật, điểm ảnh và quang tâm nằm trên 1 đường thẳng

- Giao của tia tới và tia ló nằm trên thấu kính

Ví dụ 2: Hình dưới cho biết Δ là trục chính của một thấu kính, S là điểm sáng, S’ là

ảnh của S tạo bởi thấu kính đó

a) S’ là ảnh thật hay ảnh ảo

b) Vì sao em biết thấu kính đó là hội tụ? Bằng cách vẽ hãy xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F, F’ của thấu kính đã cho

Hướng dẫn giải

a) Vì S và S’ nằm về 2 phía đối với trục chính Δ nên S’ là ảnh thật

b) Vì điểm sáng S qua thấu kính cho ảnh thật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ + Xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F và F’ bằng cách:

- Nối S với S’ cắt trục chính Δ của thấu kính tại O

- Dựng đường thẳng vuông góc với trục chính tại O Đó là vị trí đặt thấu kính

- Từ S dựng tia tới SI song song với trục chính của thấu kính Nối I với S’ cắt trục chính tại tiêu điểm F’

- Lấy F đối xứng với F’ qua O (OF = OF’) ta được tiêu điểm vật F

+ Hình vẽ:

Bài tập tự luyện Bài 1 Đặt một điểm sáng S nằm trước thấu kính phân kì như hình.

a Dựng ảnh S’ của s tạo bởi thấu kính đã cho.

b S’ là ảnh ảo hay thật? Vì sao?

Bài 2 Hình vẽ dưới có trục chính Δ của một thấu kính, S là một điểm sáng, S' là ảnh

của S

a) Hãy cho biết S' là ảnh thật hay ảnh ảo? Vì sao?

b) Thấu kính đã cho hội tụ hay phân kì?

c) Bằng cách vẽ hãy xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F' của thấu kính đã cho

Bài 3 Trên hình có vẽ trục chính Δ, quang tâm O, hai tiêu điểm F, F’ của một thấu

kính, hai tia ló 1, 2 cho ảnh S’ của điểm sáng S

a Vì sao em biết thấu kính đã cho là hội tụ?

b Bằng cách vẽ, hãy xác định điểm sáng S

2 Loại 2: Vẽ với vật sáng là đoạn thẳng.

Phương pháp chung:

Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với thấu kính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ B’

hạ vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A’ của A

Ví dụ 1 Một vật sáng AB vuông góc trục chính Vẽ ảnh của vật sáng qua TKHT,

TKPK trong các trường hợp:

a Vật ở rất xa thấu kính

b Vật ở vị trí cách thấu kính 2 lần tiêu cụ

c Vật nằm trong khoảng từ tiêu cự đến 2 lần tiêu cự

d Vật nằm trong khoảng tiêu cự

Hướng dẫn giải

Qua B kẻ BI song song với trục chính, kẻ tia ló đi qua I và tiêu điểm F’

Xuất phát từ B kẻ tia qua quang tâm O, tia này giao với tia IF’ tại B’, B’ là ảnh của B

Từ B hạ vuông góc xuống trục chính tại A’

A’B’ là ảnh của AB cần dựng

1 Vật rất xa

thấu kính

d >> 2f

Ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật

Ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật

2 Vật cách

TK 2 lần tiêu

cự

d = 2f

Ảnh thật, ngược chiều, bằng vật Ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật

3 Vật nằm

ngoài và rất

gần tiêu cự

f < d< 2f

Ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật Ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật

4 Vật nằm

trong

khoảng tiêu

cự

Ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật Ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật

Nhân xét:

1 Vật thật cho ảnh thật, ngược chiều vật => ảnh và vật phải ở hai bên trục chính

2 Vật thật cho ảnh ảo, cùng chiều => ảnh và vật phải ở một bên trục chính

3 Vật thật và ảnh ảo luôn nằm cùng một bên thấu kính

4 Nếu ảnh ảo lớn hơn vật thật thì đó là thấu kính hội tụ

Nếu ảnh ảo nhỏ hơn vật thì đó là thấu kính phân kì

II Dạng 2 Các bài toán liên quan đến thấu kính

Dấu hiệu nhận biết: Bài toán thường cho một vài đại lượng: khoảng cách từ vật tới

thấu kính, tiêu cự, khoảng cách từ ảnh tới thấu kính, chiều cao của vật, chiều cao của ảnh và yêu cầu tìm các đại lượng còn lại

Phương pháp chung:

Bước 1: Vẽ hình cho trường hợp của bài toán

Bước 2: Căn cứ vào hình vẽ, dùng bài toán phụ chứng minh công thức thấu kính cho

trường hợp của bài toán

Bước 3: Từ công thức thấu kính đã có ta có thể kết hợp với các điều kiện khác của bài

toán (nếu cần) để giải và tìm ra ẩn số của bài toán

* Sau đây là bài toán phụ cho các trường hợp thường gặp:

1 Trường hợp vật thật cho ảnh thật qua thấu kính hội tụ

Đặt OA = d, OA’ = d’

Ta có:  ABO A'B'O (g-g)

 

AB OA d

1 A'B' OA ' d '

Ta có:  OIF' A'B'F'(g-g)

 

OI AB OF' f

2

A 'B' A 'B' F'A ' d ' f



Từ (1) và (2), ta có:

d f

d ' d' f  

1 1 1

f d d'

  

(*)

2 Trường hợp vật thật cho ảnh ảo qua thấu kính hội tụ

Đặt OA = d, OA’ = d’

Ta có:  ABO A'B'O (g-g)

 

AB OA d

1 A'B' OA ' d '

Ta có:  OIF' A'B'F'(g-g)

 

2

A 'B' A'F' A'B' OF' OA' f d'

Từ (1) và (2), ta có:

d f

d ' f d'  

1 1 1

f d d'

  

(*)

3 Trường hợp vật thật cho ảnh ảo qua thấu kính phân kì

Đặt OA = d, OA’ = d’

Ta có:  ABO A'B'O (g-g)

 

AB OA d

1 A'B' OA ' d '

Ta có:  OIF' A'B'F'(g-g)

 

2

A 'B' FA ' A 'B' FO A 'O f d '

Từ (1) và (2), ta có:

d f

d ' f d'  

1 1 1

f d ' d

  

(*)

Các bài tập về thường gặp về thấu kính được phân thành các loại:

Loại 1 Xác định vị trí vật, ảnh, kích thước ảnh

Loại 2 Khoảng cách vật ảnh

Cụ thể:

1 Loại 1: Xác định vị trí vật, ảnh, kích thước ảnh

Căn cứ vào bài toán phụ trên ta thấy nếu đề bài cho 2 trong 3 đại lượng có mặt trong biểu thức (*) ta luôn tìm được đại lượng còn lại và nếu biết thêm độ lớn AB = h thì từ (1) ta tìm được A’B’ = h’ và ngược lại Tuy nhiên, có những bài khá đơn giản thì ta không cần thực hiện đủ bước 2 mà có thể chỉ cần sử dụng hai cặp tam giác đồng dạng

để tìm ra ẩn số

Ví dụ 1: Một điểm sáng S đặt trước thấu kính hội tụ L có tiêu cự 16cm Phía sau thấu

kính có một màn chắn, màn chắn cách thấu kính 32cm Để thu được ảnh trên màn chắn thì khoảng cách từ vật đến thấu kính là bao nhiêu?