SKKN Phương pháp giải bài toán Vật lý phần gương phẳng –Môn Vật lý THCS

Qua thực tế nhiều năm giảng dạy môn Vật lí THCS, qua nhiều tài liệu, nhiềuchuyên đề bồi dưỡng thường xuyên, qua quá trình công tác, qua học hỏi đồngnghiệp…tôi rút ra được một phương pháp

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ.

1

PHÒNG GD & ĐT QÙY CHÂU

TRƯỜNG PT DTBT-THCS HỘI NGA

*******************************

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VẬT LÝ

PHẦN GƯƠNG PHẲNG - MÔN VẬT LÝ THCS

Lĩnh vực chuyên môn: Vật Lý

Tác giả: Phạm Thị Thu Hà

Tổ chuyên môn: Toán Lý

Đơn vị công tác Trường PT DTBT - THCS Hội Nga

Điện thoại cá nhân

Điện thoại cơ quan

Năm học : 2015 – 2016

*******************************

1

Để học tốt môn vật lí, song song với việc nắm vững lý thuyết , học sinh cần phải

có kỹ năng giải bài tập, Việc giải các bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn nhữngquy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt,

tự giải quyết những tình huống cụ thể khác nhau là vấn đề quan trọng

Qua thực tế nhiều năm giảng dạy môn Vật lí THCS, qua nhiều tài liệu, nhiềuchuyên đề bồi dưỡng thường xuyên, qua quá trình công tác, qua học hỏi đồngnghiệp…tôi rút ra được một phương pháp dạy đạt hiệu quả ngày càng cao hơn cho

học sinh của mình trong giảng dạy, đó là “Phương pháp giải bài toán Vật lý phần

gương phẳng –Môn Vật lý THCS ” Để làm được điều đó trước hết người giáo viên

phải có đủ kiến thức, có sự say mê nghề nghiệp, có tấm lòng tận tụy với học sinh đểgiúp học sinh tự khai thác nội dung, tự giải quyết vấn đề hướng dẫn học sinh timđược phương pháp giải những bài tập ở mức độ cao hơn và từ những bài tập cơ bản

đó mở rộng thành những bài tập khó hơn, tổng quát hơn thì các em sẽ có kỹ năng giảibài tập về gương phẳng tốt hơn Những tiết học như vậy tiềm năng trí tuệ, tư chất củahọc sinh được phát huy tối đa, từ đó để có phương án, bồi dưỡng nâng cao kiến thức,năng lực cho học sinh sau này

II CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ.

Mục tiêu cần đạt tới khi giải bài tập Vật lý là tìm được câu trả lời đúng đắn, giảiđáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ Quá trình giải một bàitoán Vật lý thực chất là tìm hiểu điều kiện bài toán, xem xét hiện tượng Vật lý được

đề cập và dựa trên kiến thức Vật lý, Toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể quacác đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm Sao cho có thể thấy được đại lượngphải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp đại lượng đã cho Từ đó tìm được với giảiđáp

giải một bài toán Vật lý Đó là cơ sở để giáo viên xác định phương pháp hướng dẫnhọc sinh.

PHẦN II: NỘI DUNG.

I Thực trạng:

Học sinh đại trà đa số nhận thức đều có hạn, nên khi giải các dạng bài tập Vật líthường ít hiểu rõ về bản chất của nó Vì vậy việc định hướng và tìm ra phương phápgiải cho bài tập đó là rất quan trọng Qua khảo sát thực tế Học sinh ở trường về nhucầu ham thích học, và chất lượng học Vật lí như sau:

Chất lượng giải các bài tập Vật lí.

3 Biết giải các bài tập, hiểu đúng bản chất 10 %

4 Biết vận dụng các dạng bài tập giải được 5 %

Qua thực trạng trên ta thấy:

- Đa số HS chưa có định hướng chung về phương pháp học lý thuyết và phươngpháp giải bài tập vật lí

- Học sinh chưa nắm vững kiến thức, do đó gặp không ít khó khăn trong việc vẽảnh của một vật tạo bởi gương phẳng và hoàn thiện các yêu cầu khác của bài toán Vìvậy việc định hướng cho học sinh giải các bài tập Vật lí là rất quan trọng Đặc biệt là

việc hiểu đúng bản chất Vật lí và vận dụng được kiến thức Từ đó một vấn đề đặt ra làphải có được một hệ thống bài tập cơ bản, khoa học, đi từ dễ đến khó sẽ giúp cho họcsinh vừa ham thích, vừa hiểu và vận dụng được kiến thức đó vào cuộc sống, kĩ thuật.

II Giải pháp:

*Các bước giải bài tập Vật lí.

1 Bước thứ nhất:

- Tìm hiểu đề bài

- Đọc ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và các đại lượng phải tìm

- Mô tả lại tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh hoạ

- Nếu đề bài yêu cầu thì phải làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết

2 Bước thứ hai:

- Xác lập các mối quan hệ cơ bản của các dữ liệu xuất phát của các đại lượng cần

phải tìm

- Đối chiếu các dữ liệu xuất phát và đại lượng cần phải tìm, xem xét bản chất vật

lý của tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các công thức cóliên quan

- Tìm kiếm, lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết để thấy được các mối liên

hệ của đại lượng cần phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đó rút ra kiến thức cầntìm

- Kiểm tra, xác nhận kết quả.

- Để xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một sốcách sau đây:

- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa?

- Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không?

x

x

- Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không? Nếu cần

III Phương pháp giải bài tập cụ thể:

Để có thể giải tốt bài tập trước hết học sinh phải nắm vững các kiến thức cơ

- Mặt phẳng tới là mặt phẳng chứa tia tới SI và đường pháp tuyến IN

5 Gương phẳng là những vật có bề mặt nhẵn phẳng phản xạ hầu hết ánh sángkhi chiếu vào đó

* Tính chất ảnh của vật tạo bởi gương phẳng:

6.Cách vẽ ảnh của một điểm sáng qua gương

Cách 1: Dựa vào tính chất của ảnh của

một vật tạo bởi gương phẳng (hình 2)

Cách 2: Dựa vào định luật phản xạ ánh

sáng

7 Cách vẽ ảnh của một vật sáng quagương phẳng

- Muốn vẽ ảnh của một vật sáng qua gương phẳng ta phải vẽ ảnh của tất cả cácđiểm trên vật rồi nối lại

- Trường hợp đặc biệt đơn giản (Vật là một đoạn thẳng) ta chỉ cần vẽ ảnh của

hai điểm đầu và cuối rồi nối lại

8 Vùng nhìn thấy của gương:

VI Các ví dụ cụ thể:

1.Dạng 1: Vẽ ảnh của một điểm sáng, vật sáng xác định góc tới, góc phản xạ

Hình 3

S.

G

300

S

Bài 1.1:

Cho một điểm sáng S trước gương phẳng G như hình vẽ (hình 3)

Hãy trình bày cách vẽ và vẽ ảnh S’ của điểm sáng S bằng hai cách: a.Áp dụng tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng b.Áp dụng định luật phản xạ ánh sang Hướng dẫn giải : a Áp dụng tính chất của ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng: Vì ảnh và vật đối xứng với nhau qua gương phẳng nên ta kẻ SS’ vuông góc với gương phẳng tại H sao cho S’H =SH Vậy S’ là ảnh của S (hình 4) b.Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng: - Từ điểm sáng S ta vẽ hai tia tới bất kỳ đến gương phẳng - Từ I và K dựng đường pháp tuyến IN1 và KN2 - Đo góc tới SIN1 và SKN2 (bằng thước đo góc) - Vẽ hai tia phản xạ tương ứng IR1 và KR2 sao cho góc phản xạ bằng góc tới - Kéo dài hai tia phản xạ cắt nhau tại S’ Vậy S’ là ảnh của S *Vẽ hình:

* Từ bài tập này giáo viên ra các bài tập tương tự nhưng mở rộng ở mức độ khó hơn

Bài 1.2 (Mở rộng bài toán 1.1)

Chiếu một tia sáng SI lên một gương

phẳng M như hình vẽ (hình 5).

a.Hãy vẽ tia phản xạ IR

b.Tính giá trị của góc phản xạ

Hướng dẫn giải :

a.Cách vẽ tia phản xạ IR(áp dụng tính

α

B’

J I

- Vẽ ảnh S’ đối xứng với S qua gương phẳng

- Vì tia phản xạ có đường kéo dài đi qua

ảnh S’ nên ta nối S’ với I, rồi kéo dài về phía

trước gương ta được tia phản xạ IR (hình 6)

Hai gương phẳng G1 và G2 được bố trí

hợp với nhau một góc α như hình vẽ

(hình 7) Hai điểm sáng A và B được đặt

vào giữa hai gương

a.Trình bày cách vẽ tia sáng suất phát

từ A phản xạ lần lượt lên gương G2 đến

a Vẽ A’ là ảnh của A qua gương G2

bằng cách lấy A’ đối xứng với A qua G2

- Vẽ B’ là ảnh của B qua gương G1

bằng cách lấy B’ đối xứng với B qua G1

- Nối A’ với B’ cắt G2 ở I, cắt G1 ở J

- Nối A với I, I với J, J với B ta được

đường đi của tia sáng cần vẽ (hình 8)

b Gäi A1 lµ ¶nh cña A qua g¬ng G1

Hình 10 A

a Hãy vẽ ảnh A’B’ tạo bởi gương

b Biết đầu A và đầu B cách gương

sao cho A’H = AH

+ Vẽ BB’ vuông góc với gương tại

b.Tính khoảng cách AA’ và BB’

Theo hình vẽ ta có: AA’= AH +A’H

Mà A’H = AH nên AA’= 2AH

Thay số và ta được AA’= 2.30 = 60(cm):

• M1

•

M2

h 0

d

B S

a

Vậy AA’= 60+20 = 80 (cm)

Bài 1.5: (Mở rộng bài toán 1.3 vẽ tia phản xạ

qua hệ gương cần thỏa mãn các điều kiện)

Hai gương phẳng M1 , M2 đặt song song

có mặt phản xạ quay vào nhau Cách nhau một

đoạn d Trên đường thẳng song song với hai

gương có hai điểm S, O với các khoảng cách

được cho như hình vẽ (hình 11)

a) Hãy trình bày cách vẽ một tia sáng từ S

đến gương M1 tại I, phản xạ đến gương M2

tại J rồi phản xạ đến O

b) Tính khoảng cách từ I đến A và từ J đến B

Hướng dẫn giải :

a) Chọn S1 đối xứng S qua gương

M1 Chọn O1 đối xứng O qua gương

M2 , nối S1O1 cắt gương M1 tại I ,

gương M2 tại J Nối SIJO ta được tia

cần vẽ (hình 12)

b) ∆S1AI ~ ∆ S1BJ

a B

A S

h d a

2

).

( +

Dạng 2 : Xác định vị trí đặt gương để thoả mãn các điều kiện cho trước của

tia tới và tia phản xạ

Bài tập 2.1

Chiếu 1 tia sáng SI theo phương nằm ngang đến một gương phẳng để tia phản xạchiếu xuống đáy giếng thì cần phải đặt gương phẳng hợp với phương nằm ngang mộtgóc bằng bao nhiêu? Nêu cách vẽ và vẽ hình để xác định vị trí đặt gương?

11

A

Hình 12

11

Hướng dẫn giải:

+ Vẽ tia tới SI theo phương

nằm ngang, tia phản xạ IR theo

phương thẳng đứng và hướng đi

+ Dựng đường thẳng GG’ đi qua I và vuông góc với pháp tuyến IN thì GG’ là

đường thẳng biểu diễn mặt gương vì ∠GIN = 900 mà ∠SIN = 450

=> ∠GIS = 450 Hay ta phải đặt gương hợp với phương nằm ngang 1 góc 450 thì tia

tới gương theo phương nằm ngang sẽ cho tia phản xạ nằm theo phương thẳng đứng

hướng xuống đáy giếng

*Từ bài tập này giáo viên ra các bài tập tương tự nhưng cho tia tới có phương

khác với bài 2.1.

Bài 2.2 (Mở rộng bài toán 2.1)

gương phẳng như thế nào để đổi phương của tia sáng thành phương nằm ngang.

suy ra: i’ = i = 660

Vì IN là phân giác cũng là pháp tuyến nên

ta kẻ đường thẳng vuông góc với IN tại I ta sẽ

Hình 16

S I R

α β =

*Trường hợp 2:

Tia sáng truyền đi cho tia phản xạ từ phải

sang trái (hình 16)

Từ hình 17 ta có: α =β = 480

Dựng phân giác IN của góc β

suy ra: i’ = i = 240

Vì IN là phân giác cũng là pháp tuyến nên ta kẻ

đường thẳng vuông góc với IN tại I ta sẽ được

S

I R

Dạng 3: Vẽ đường đi của một tia sáng xuất phát từ một điểm cho trước qua

gương (hoặc hệ gương) rồi đi qua một điểm cho trước

Bài 3.1:

Cho một điểm sáng S nằm trước một gương phẳng G, M là một điểm cho trước.

a, Hãy nêu cách vẽ một tia sáng từ S chiếu tới gương, phản xạ đi qua M

b, Có bao nhiêu tia sáng từ S đi qua M?

*Đối với bài toán này giáo viên có thể hướng dẫn học sinh tìm ra 2 cách giải :

Cách 1 : Vì tia tới gương xuất

phát từ điểm S nên tia phản xạ của nó sẽ

có đường kéo dài đi qua ảnh ảo S’ của S

qua gương Mặt khác theo yêu cầu của

15

Hình 16

15

đề ra tia phản xạ phải đi qua M do đó tia

phản xạ vừa đi qua S’ và M nên ta suy ra

cách vẽ :

+ Vẽ ảnh S’ của S qua gương

+ Nối S’ với M cắt gương tại I thì I là

+ Vẽ ảnh M’ của M qua gương

+ Nối M’ với S cắt gương tại I thì SI là tia tới và IM là tia phản xạ cần vẽ

b Có 2 tia sáng từ S qua M

+ Tia 1 : Tia truyền trực tiếp từ S đến M

+ Tia 2 : Tia xuất phát từ S chiếu đến

gương sau đó phản xạ đi qua M (hình 19)

Bài 3.2: ( Mở rộng bài toán 3.1)

Hai gương phẳng (M), (N) có mặt phản xạ quay vào nhau và hợp một góc α.Hai điểm A,B nằm trong khoảng hai gương Hãy trình bày cách vẽ và đường đi củatia sáng từ A đến gương (M) tại I, phản xạ đến gương (N) tại J rồi truyền đến B Xéthai trường hợp:

a/ α là góc nhọn

b/ α là góc vuông

c/ α là góc tù

* Cách vẽ:

Gọi A’ là ảnh của A qua gương phẳng(M) Tia phản xạ trên gương (M) tai I

phải có đường kéo dài đi qua A’

Gọi B’ là ảnh của B qua gương phẳng (N) Để tia phản xạ trên gương (N) tại J

qua được điểm B thì tai tới tại J phải có đường kéo dài đi qua B’ Từ đó trong cả hai

trường hợp ta có được phép vẽ sau:

+Vẽ ảnh A’ đối xứng với A qua gương (M)

+ Vẽ ảnh B’ đối xứng với B qua gương (N)

+ Nối A’B’ sẽ cắt gương (M) tại I, cắt gương (N) tai J

+ Tia sáng AIJB là tia sáng cần vẽ

0

Hình 20

B’

(N) J

H

1 2

1 2

• • (N) Hình 22

•

•

• B’

B

J I

thành một lăng trụ đáy tam giác cân như hình vẽ

Trên gương (G1) có một lỗ nhỏ S Người ta chiếu

một chùm tia sáng hẹp qua lỗ S vào bên trong

theo phương vuông góc với (G1) (hình 27) Tia

sáng sau khi phản xạ lần lượt trên các gương lại

đi ra ngoài qua lỗ S và không bị lệch so với

phương của tia chiếu đi vào Hãy xác định góc

hợp bởi giữa các cặp gương với nhau

Hướng dẫn giải:

Vì sau khi phản xạ lần lượt trên các gương,

tia phản xạ ló ra ngoài lỗ S trùng đúng với tia

chiếu vào Điều đó cho thấy trên từng mặt phản

xạ có sự trùng nhau của tia tới và tia ló Điều này

chỉ xảy ra khi tia KR tới gương G3 theo hướng

vuông góc với mặt gương (hình 28) Trên hình

ˆ5ˆ2ˆ

Bài 3.4 ( Mở rộng bài toán 3.3)

Cho hai gương phẳng G1 và G2 đặt song

song với nhau (hình 23) Vẽ đường đi của một

tia sáng phát ra từ S sau hai lần phản xạ trên

gương G1 và một lần phản xạ trên gương G2

thì qua một điểm M cho trước

Hình 28

Bước 1: Xác định liên tiếp các ảnh của S

qua hai gương (2 ảnh trên gương G1, 1 ảnh

trên gương G2)

Bước 2: Vận dụng điều kiện nhìn thấy

ảnh để vẽ tia sáng phản xạ trên các gương Từ

đó xác định điểm cắt nhau trên các gương

Bước 3: Từ S nối lần lượt đến các điểm

cắt nhau trên các gương đến M ta sẽ thu được

đường truyền tia sáng cần tìm (hình 24)

Bài 3.5 ( Mở rộng bài toán 3.4)

Ba gương phẳng ghép lại thành một hình

lăng trụ đáy là một tam giác đều ((hình 25).

Một điểm sáng S nằm trong tam giác Vẽ

đường truyền của tia sáng từ S, sau ba lần

phản xạ liên tiếp rồi trở về S Hình 25

- Nối S với S3 cắt gương G3 tại K

- Nối K với S2 cắt gương G2 tại H

- H với S1 cắt gương G1 tại I

- Nối S, I, H, K, S ta được đường truyền tia sáng từ S sau 3 lần phản xạ trên các

gương rồi truyền trở lại (hình 26, 26a).

Bài 3 6 ( Mở rộng bài toán 3.5)

Một nguồn sáng điểm và hai gương nhỏ đặt ở ba

đỉnh của một tam giác đều Tính góc hợp bởi hai

gương để một tia sáng đi từ nguồn sau khi phản xạ

trên hai gương:

1) Đi thẳng đến nguồn

2) Quay lại nguồn theo đường đi cũ

Hướng dẫn giải:

1) Để tia phản xạ trên gương

thứ hai đi thẳng đến nguồn, đường đi

của tia sáng có dạng như hình 29.

Theo định luật phản xạ ánh sáng ta có:

0 0

2) Để tia sáng phản xạ trên gương thứ hai rồi quay

lại nguồn theo phương cũ, đường đi của tia sáng có

dạng như hình 30

Theo định luật phản xạ ánh sáng ta có:

0 0

S

I J

1 2

O Hình 29

Trong Δ IJO V

ta có: I O$+ =∧ 900 => =O∧ 900− =I$ 900−600 =300

Kết luận: Vây: hai gương hợp với nhau một góc 300

Dạng 4: Bài tập về cách xác định vùng nhìn thấy ảnh của một điểm sáng, vật

sáng qua gương phẳng.

Bài 4.1 :

Một điểm sáng S đặt trước gương phẳng AB Dùng phép vẽ để xác định vùng

đặt mắt để nhìn thấy ảnh của S tạo bởi gương

Hướng dẫn giải:

Từ S vẽ chùm tia tới lớn nhất đến gương SM, SN vẽ chùm tia phản xạ tương

ứng MP1 và NP2 Khoảng

B’ A’

G’

A

t B

Bài 4.2: ( Mở rộng bài toán 4.1)

Cho gương phẳng GG’ và

một vật sáng AB đặt trước gương (hình

32).Hãy xác định (bằng cách vẽ hình)

phạm vi không gian mà trong đó ta có

thể nhìn thấyđược toàn bộ ảnh của vật

qua gương đó

Hướng dẫn giải:

Muốn nhìn thấy ảnh của toàn bộ vật AB thì phải nhìn thấy ảnh của cả 2 điểm A

và B qua gương Vì vậy ta phải đi xác định vùng nhìn thấy ảnh A’ của A qua gương

và vùng nhìn thấy ảnh B’ của B qua gương Giao của 2 vùng đó có thể nhìn thấy đồngthời ảnh của cả A và B qua gương nghĩa là nhìn thấy toàn bộ ảnh A’B’ của AB quagương (Z G G’B)

Bài 4.4: ( Mở rộng bài toán 4.2)

Hai học sinh A và B đứng trước một gương phẳng đặt thẳng đứng được bố trí

như hình vẽ (hình 33) A cách đều hai mép M và N của gương).Xác định vùng quan

sát được của 2 học sinh qua gương