c Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại kính, các đặc điểm của tiêu điểm, các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo.. * Theo đặc điểm quang học: -
Trang 1PHÒNG GD&ĐT THÀNH PHỐ THANH HÓA
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHƯƠNG PHÁP CỦNG CỐ KIẾN THỨC – NÂNG CAO KỸ NĂNG
GIẢI BÀI TẬP QUANG HỌC CHO HỌC SINH LỚP 9
Người thực hiện: Bùi Thị Thảo Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THCS Hoằng Lý SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật Lí
THANH HOÁ NĂM 2015
Trang 2yêu cầu cao hơn để đáp ứng kịp với công cuộc CNH- HĐH đất nước, nhằm từng bước đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi
dưỡng nhân tài", góp phần xây dựng Tổ Quốc ngày một giàu đẹp hơn.
Hơn nữa đội ngũ học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt và thật hùng hậu về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đóng góp một phần không nhỏ trong lĩnh vực này Kiến thức, kỹ năng vật lý cũng được vận dụng và đi sâu vào cuộc sống con người góp phần tạo ra của cải, vật chất cho xã hội ngày một hiện đại hơn Qua các năm dạy chương trình vật lý lớp 9 bản thân nhận thấy:
Phần bài tập quang hình là phần bài tập đa dạng, khó đói với học sinh THCS, nếu chỉ hướng dẫn học sinh tìm tòi kiến thức như sách giáo khoa thì đa
số học sinh đều rất lúng túng khi giải các bài tập quang hình Nguyên nhân chủ yếu là do học sinh chưa có phương pháp giải bài tập hợp lý
Để giúp học sinh lớp 9 có thể giải tốt các bài tập quang hình, nâng cao chất lượng học sinh giỏi môn vật lý, điều trước hết giáo viên cần hướng dẫn để học sinh nắm được đầy đủ các kiến thức cơ bản, nâng cao và nắm được các phương pháp giải bài tập.Tôi xin trình bày kinh nghiệm của mình về “Phương pháp giải bài tâp quang hình lớp 9”
B.
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I,THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Khi giải một số bài tập nâng cao giáo viên thường bổ sung thêm kiến thức ngoài SGK và hướng dẫn để học sinh áp dụng kiến thức mới vào việc giải bài tập Cách làm này cũng có tác dụng nâng cao chất lượng bộ môn, nhưng cũng gây rắc rối cho không ít học sinh (nhất là đối tượng học sinh trung bình và yếu)
vì các em phải cố nhớ thêm các kiến thức mới trong khi kiến thức cơ bản trong SGK chưa thuộc, chưa hiểu.Từ thực trạng trên tôi đã khảo sát chất lượng học sinh, tìm ra các nguyên nhân dẫn đến các em lúng túng khi giải các bài tập phần quang hình như sau:
1 Nguyên nhân chính :
a) Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài còn chậm, lúng túng từ đó không nắm chắc các kiến thức, kĩ năng cơ bản, định lý, các hệ quả do đó khó mà vẽ hình và hoàn thiện được một bài toán quang hình học lớp 9
b) Đa số các em chưa có định hướng chung về phương pháp học lý thuyết, chưa biến đổi được một số công thức, hay phương pháp giải một bài toán vật lý
Trang 3c) Kiến thức toán hình học còn hạn chế (tam giác đồng dạng) nên không thể giải toán được
2 Một số nhược điểm của HS trong quá trình giải toán quang hình lớp 9:
a) Đọc đề hấp tấp, qua loa, khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu, lượng thông tin cần thiết để giải toán còn hạn chế
b)Vẽ hình còn lúng túng Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vật qua thấu kính, do đó không thể giải được bài toán
c) Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại kính, các đặc điểm của tiêu điểm, các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo Một số khác không biết biến đổi công thức toán
d) Chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán quang hình học lớp 9
3 Các giải pháp thực hiện
1) Tôi tổ chức kiểm tra, phân loại học sinh, (chia đều số học sinh giỏi, khá, trung bình vào hai lớp): Lớp 9A là lớp nghiên cứu, Lớp 9B là lớp đối chứng
2) Tổ chức một số tiết học ngoại khóa để hệ thống các kiến thức cơ bản về quang hình, một số định lý, quy tắc toán học (môn hình học) có kiên quan
3) Phân loại bài tập, sắp xếp chúng theo trình tự từ dễ đến khó, từ cơ bản đến nâng cao, hướng dẫn học sinh một số phương pháp giải bài tập
4) Tổ chức kiểm tra đánh giá kết quả sau khi hướng dẫn phương pháp giải bài tập quang hình cho học sinh
II CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN
A ÔN TẬP HỆ THỐNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ QUANG HỌC LIÊN QUAN.
1 Thấu kính
a) Phân loại thấu kính:
* Theo đặc điểm về hình dạng: Thấu kính có phần rìa mỏng hơn phần giữa và thấu kính có phần rìa dày hơn phần giữa
* Theo đặc điểm quang học:
- Thấu kính hội tụ (rìa mỏng): biến chùm sáng song song thành chùm sáng hội tụ
- Thấu kính phân kỳ( rìa dày): biến chùm sáng song song thành chùm sáng phân kỳ
b) Ký hiệu thấu kính: Hình vẽ dưới
c) Các khái niệm: trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính
Trang 4*Trục chính ( ký hiệu ): Chiếu một chùm sáng song song, vuông góc với mặt
thấu kính hội tụ hay phân kỳ mỏng ta thấy có một tia sáng ở chính giữa không bị gãy khúc Tia sáng đó trùng với trục chính của thấu kính (với thấu kính mỏng
coi như vuông góc với thấu kính)
* Quang tâm ( ký hiệu O): là một điểm trên thấu kính mà mọi tia sáng đi qua
nó đều cho tia ló truyền thẳng ( với thấu kính mỏng thì quang tâm O được coi là giao điểm của với thấu kính)
* Tiêu điểm (ký hiệu F và F ’ ): Chiếu một chùm sáng song song với trục chính
của một thấu kính hội tụ( hay phân kỳ) thì chùm sáng ló sẽ hội tụ tại điểm F’
trên ( hoặc có đường kéo dài đi qua điểm F trên ) Điểm F và F’ gọi là tiêu điểm của thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm đối xứng nhau qua quang tâm O (Tiêu điểm F và tia sáng tới nằm cùng phía đối với thấu kính)
* Tiêu cự (ký hiệu f): khoảng cách OF = OF’ gọi là tiêu cự của thấu kính, ký hiệu là f
d) Đường đi của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ và qua thấu kính
phân kỳ
+ Thấu kính hội tụ
-Tia tới ( tia1a) song song với trục chính cho tia ló (tia 1b) đi qua F
- Tia tới ( tia 2a) đi qua quang tâm O cho tia ló ( tia 2b) đi thẳng
- tới ( tia 3a) đi qua F cho tia ló ( tia 3b) song song với trục chính
+ Thấu kính phân kỳ
- Tia tới ( tia1a) song song với trục chính cho tia ló (tia 1b) có đường kéo dài
đi qua F
- Tia tới ( tia 2a) đi qua quang tâm O cho tia ló (tia 2b) đi thẳng
Trang 5- Tia tới (tia 3a) có đường kéo dài đi qua F‘ cho tia ló ( tia 3b) song song với trục chính
e) Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
+Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo
+ Vật ở ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính ( d >f) luôn cho ảnh thật
- Khi f < d < 2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật
- Khi d =2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn bằng vật
- Khi d > 2f > ảnh thật, ngược chiều, lớn nhỏ vật.( khi d = > ảnh thật ở tiêu điểm
+Vật ở trong khoảng tiêu cự ( 0 < d f ) > ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật
* Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ
Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều, bé hơn vật,
nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
- Khi vật ở tiêu điểm ( d =f ) > ảnh ảo ở vô cực (d’ = )
2 Các trường hợp đặc biệt cần chú ý
* Điểm sáng S cho ảnh S’
* Vật AB ( hay AB // TK ) thì ảnh A’B’
B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP- HƯỚNG DẪN PHƯƠNG PHÁP GIẢI
I Dạng1:Vẽ đường truyền của tia sáng qua thấu kính dựng ảnh của vật tạo
bởi thấu kính
Bài 1 Vẽ tiếp đường đi của tia sáng a trong hình 1.a
* Phân tích:
Giả sử gọi S là một điểm thuộc a; S1 là ảnh của S tạo bởi thấu kính đã cho ta thấy: Các tia tới a,b,c xuất phát từ S cho các tia ló a1,b1,c1 đi qua ảnh S1 của S tạo bởi thấu kính hội tụ
* Cách vẽ: ( Hình 1.b)
- Trên tia sáng a, Lấy điểm sáng S ở ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính
- Vẽ ảnh S1 của S bằng cách vẽ đường đi của 2 trong 3 tia sáng đăch biệt xuất phát từ S tới thấu kính
- Vẽ tia ló a1 của tia a đi qua S1
* Nhận xét:
Trong phương pháp trên ta đã vận dụng tính chất “ Các tia tới xuất phát từ điểm S thì các tia ló phải giao nhau tại ảnh S’ của S” đồng thời vận dụng 2 tia sáng đặc biệt để vẽ ảnh của S Phương pháp này không những không cần sử kiến thức mở rộng( trục phụ) mà còn có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản ở SGK và phát triển tư duy cho học sinh.
Bài 2: Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng a,b,c ở hình 2
Trang 6- Phân tích
Thấu kính đã cho là TKHT Các tia sáng a,b,c là các tia tới đặc biệt
Tia a đi qua F cho tia ló song song với trục chính, tia b đi qua O cho tia ló
truyền thẳng, tia c song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
- Cách vẽ: ( Như hình 2b)
Vẽ tia ló a1 // ; tia ló b1 truyền thẳng, tia ló c1 đi qua F’
Bài 3 Cho vật sáng AB và thấu kính hội tụ như hình 3a ( AB và A và B
) Dựng ảnh của vật AB
* Phân tích: Vật AB có dạng đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có dạng đoạn thẳng Do đó muốn dựng ảnh của AB cần dựng ảnh A1 của A và B1 của B Hai tia sáng đặc biệt AK và AO xuất phát từ A nên hai tia ló tương ứng phải
đi qua ảnh A1 Hai tia tới đặc biệt BI và BO xuất phát từ B nên hai tia ló tương ứng phải đi qua ảnh B1
* Cách dựng:
- Dựng ảnh của A:
Từ A vẽ tia tới a // và tia ló a1 tương ứng đi qua F’ Vẽ tia lới b qua O và tia ló b1 trương ứng truyền thẳng
Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló a1 và b1 ta được ảnh của A
- Dựng ảnh của B: tương tự
- Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1
là ảnh của AB
* Nhận xét:
Phương pháp chung để vẽ ảnh của một vật sáng có dạng hình học đặc biệt là dựng ảnh của các điểm đặc biệt thuộc vật đó rồi nối
lại.
Bài 4 Cho thấu kính hội tụ và điểm sáng S thuộc trục
chính như hình 4 Hãy dựng ảnh S1 của S tạo bởi
thấu kính trên
Trang 7*Phân tích :
Điểm S nên 3 tia sáng đặc biệt đều trùng với trục chính Bằng cách
vẽ đường đi của hai trong ba tia sáng đặc biệt ta không thể dựng ảnh của điểm S được ( vì hai tia sáng trùng nhau thì có vô số điểm chung )
Nếu có một vật sáng AS và S thì ảnh A1S1 và S1 Do đó muốn vẽ ảnh S1 của S ta vẽ ảnh của điểm thuộc đoạn thẳng SA
*Cách dựng: ( Hình vẽ 4.b)
- Vẽ đoạn thẳng AS
- Vẽ ảnh A1 của A ( bằng cách vẽ đường đi của hai tia sáng đặc biệt )
- Từ A1 hạ đường vuông góc xuống cắt tại S1 ta được S1 là ảnh của điểm S
* Nhận xét:
Ở phương pháp trên ta vận dụng kiến
thức và kĩ năng cơ bản trong SGK để vẽ
ảnh của S Cách làm này không những
củng cố kiến thức và kĩ năng cơ bản của
bài học chính khóa trên lớp mà còn có tác
dụng phát triển tư duy cho học sinh
Bài 5: Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng 1b, 2b, 3b ở hình 5a.
* Phân tích: Thấu kính đã cho là TKHT, các tia 1b, 2b, 3b là các tia ló đặc biệt.
Tia ló 1b song song với trục chính nên tia tới tương ứng phải đi qua tiêu điểm
F Tia ló 2b đi qua quang tâm O nên tia tới tương ứng phải đi qua O và nằm trên đường thẳng chứa tia 2b Tia 3b đi qua tiêu điểm F’ nên tia tới tương ứng phải song song với trục chính
Cách vẽ: ( Như hình 5b)
- Vẽ tia tới 1a đi qua tiêu điểm F
- Trên đường thảng chứa tia ló 2b vẽ tia tới 2a đi qua O
- Vẽ tia tới 3a song song với trục chính
Bài 6 Cho vật sáng AB ( AB ; B ) và thấu kính hội tụ như hình 6.a.
Hãy dựng ảnh của vật AB
Phân tích: AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có dạng một đoạn thẳng > muốn dựng ảnh A1B1 của AB cần dựng ảnh A1 của A và B1
của B
Vì AB nên ảnh A1B1 ; B nên ảnh B1 => B là giao điểm của với đường thẳng đi qua A1 và vuông góc với => Muốn dựng ảnh B1 trước hết cần phải dựng ảnh A1
Trang 8* Cách dựng: Dựng ảnh của A:
-Từ A vẽ tia tới AI // và tia ló IR tương ứng đi qua F’ Vẽ tia lới AO và tia ló
OK trương ứng truyền thẳng
-Tìm giao điểm A1 của 2 tia ló IR và OK kéo dài ta được ảnh của A
Dựng ảnh của B:
-Từ A1 vẽ đường thẳng vuông góc với cắt tại B1
-Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1 là ảnh của AB
Dạng 2: Xác định loại thấu kính vị trí thấu kính và các yếu tố của nó
Phương pháp chung:
Muốn nhận biết loại thấu kính có thể dựa vào các đặc điểm sau đây:
- Dựa vào hình dạng của thấu kính ( ký hiệu thấu kính)
- Dựa vào đặc điểm của chùm sáng ló của một chùm sáng song song chiếu tới
thấu kính
-Dựa vào đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính:
- Khi vật có kích thước đáng kể (một đoạn thẳng ): Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ có thể cho ảnh thật hoặc ảnh ảo:
Ảnh thật: Ngược chiều với vật, ảnh và vật nằm ở hai phía thấu kính
ảnh ảo: Cùng chiều, lớn hơn vật, ảnh và vật nằm cùng phía đối với thấu kính
- Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều bé hơn vật,
và nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
-Khi vật là một điểm sáng:Ảnh thật và vật nằm ở hai phía thấu kính, đồng thời nằm ở hai nửa mặt phẳng bờ là trục chính
- Ảnh ảo và vật nằm cùng phía đối với thấu kính Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo
ở xa thấu kính và trục chính hơn vật Thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo ở trong khoảng tiêu cự và gần trục chính hơn vật
Bài 7 Cho vật sáng AB và ảnh A1B1 tạo lởi thấu kính L như hình 7 Hỏi
A1B1 là ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? vì sao?
* Phân tích:
Trang 9Bài toán cho vật sáng AB và ảnh A1B1 của nó tạo bởi thấu kính L Để rút ra kết luận về tính chất của ảnh ( thật hay ảo) và loại thấu kính phải căn cứ vào chiều và độ lớn của ảnh so với vật
* Cách giải:
Ở hình 7a Vì A1B1 ngược chiều với vật AB nên A1B1 là ảnh thật của AB Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh thật
Ở hình 7b: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB Mặt khác
A1B1 lớn hơn AB nên L là thấu kính hội tụ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh ảo lớn hơn vật
Ở hình 7c: Vật A1B1 cùng chiều nên A1B1 là ảnh ảo của AB Mặt khác
A1B1 nhỏ hơn AB nên L là thấu kính phân kỳ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh ảo lớn hơn vật
Bài 8 Cho trục chính của thấu kính L; S1 là ảnh
của S tạo bởi thấu kính L như hình 8 Hỏi S1 là
ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? Và sao?
* Phân tích:
S và ảnh S1 của nó là một điểm nên không thấy
S1 cùng chiều hay ngược chiều với S
Nếu vẽ đoạn thẳng SA ; A và đoan thẳng S1A1 ; A1 thì S1A1
sẽ là ảnh của SA Căn cứ vào chiều của tia S1A1 và tia SA ta suy ra tính chất của ảnh S1A1 từ đó suy ra tính chất của ảnh S1 và loại thấu kính
* Cách giải:
Từ S vẽ đoạn thẳng SA , từ S1 và đoạn thẳng S1A1 ( A và A1 ) Vì
S1A1 ngược chiều với SA là ảnh thật của SA Suy ra S1 là ảnh thật của S
Thấu kính đã cho phải là thấu kính hội tụ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh thật
* Chú ý: Cũng có thể giải bài toán như sau
S1`và S nằm ở hai nửa mặt phẳng bở là trục chính nên là ảnh thật suy ra thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh thật Cách giải này đơn giản nhưng khi dạy giáo viên cần cho học sinh rút ra tính chất này rồi mới áp dụng Tránh tình trạng chỉ thông báo rồi bắt học sinh áp dụng
Bài 9.
Cho đường đi của một tia sáng qua thấu kính L
như hình 9 Hỏi L là thấu kính gì? vì sao?
* Phân tích:
Có thể nhận biết thấu kính đã cho bằng 2 cách:
Cách 1: Dựa vào đặc điểm của chùm sáng ló của
một chùm sáng song song chiếu tới thấu kính
=> cần vẽ chùm sáng ló của một chùm sáng tới song
song ( chứa tia sáng a đã cho) Căn cứ dạng của
chùm sáng ló ta có kết luận về loại thấu kính
Trang 10Vẽ thêm tia sáng b đi qua quang tâm O cho tia ló
b1 truyền thẳng ta thấy chùm sáng song song tới thấu
kính L cho chùm ló là chùm sáng hội tụ Vì vậy thấu
kính L phải là thấu kính hội tụ
Cách 2: Hình 9c
Trên tia tới a, lấy một điểm S
Từ S vẽ một tia sáng b đi qua quang tâm
O cho tia ló b1 truyền thẳng cắt tia ló a1 tại S1 Dễ thấy S1 là ảnh thật của S ( vì ảnh và vật nằm ở hai phía của thấu kính) Vậy thấu kính đã cho phải là thấu kính hội tụ( vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh thật)
* Nhận xét:
- Cách giải trên vừa cũng cố được kiến
thức cơ bản cho học sinh, vừa có tác dụng bồi
dưỡng tư duy của học sinh
- Trong cách 2, tùy theo vị trí của điểm S
ta lấy trên tia sáng a mà ảnh S1 của S có thể là
ảnh ảo hay ảnh thật Nhưng nếu là ảnh ảo thì
ảnh này xa trục chính và thấu kính hơn so với
S nên ta cũng kết luận được L là thấu kính hội
tụ
Bài 10) (a) Trong hình 10a; là trục chính của một thấu kính, S là điểm sáng
và S’ là ảnh của S Hỏi
a S' là ảnh gì? vì sao?
b Thấu đã cho là thấu kính gì? vì sao?
c (*)Vẽ thấu kính, xác định các tiêu điểm của nó
Phân tích
a. S và S’ nằm ở hai nửa mặt phẳng bờ là trục chính nên S’ là ảnh thật của S
c. Tia tới đi qua O cho tia ló truyền
hội tụ vuông góc với
Từ S Vẽ tia sáng SI // cho tia ló IS’ cắt tại F’ ( mọi tia sáng ló phải đi qua ảnh thật
(b) : Trong h×nh 10b , AB lµ vËt s¸ng vµ A’B’ lµ ¶nh cña AB t¹o bëi mét thÊu kÝnh
L Hái
L lµ thÊu kÝnh g×? v× sao?