skkn phương pháp giải bài tâp quang hình lớp 9

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.. - Thấu kính phân kỳ rìa dày: b

A.ĐẶT VẤN ĐỀ

Môn vật lý là một trong những môn học lý thú, hấp dẫn trong nhà trường phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn đời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta Môn học này càng ngày lại càng càng yêu 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 lứp 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”

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

c) 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, qua mắt, qua máy ảnh 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

II Các giải pháp và tổ chức thực hiện

*Các giải pháp :

1) Giáo viên 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

** Các biện pháp tổ chức thực hiện

A) HỆ THỐNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ QUANG HÌNH- TOÁN 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

*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

- 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’ = ∞)

3 Các trường hợp đặc biệt cần chú ý

* Điểm sáng S ∈∆ cho ảnh S’∈ ∆

* Vật AB ⊥∆ ( hay AB // TK ) thì ảnh A’B’⊥ ∆ ( hay A’B’ // TK)

4 -Máy ảnh:+Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ.

+Ảnh của vật phải ở ngay vị trí của phim cho nên muốn vẽ ảnh phải xác định vị trí đặt phim

O

P

A B

5.Mắt, mắt cận và mắt lão:

+Thể thuỷ tinh ở mắt là một thấu kính hội tụ -Màng lưới như phim ở máy ảnh

+Điểm cực viễn: điểm xa mắt nhất mà ta có thẻ nhìn rõ được khi không điều tiết

+Điểm cực cận: điểm gần mắt nhất mà ta có thể nhìn rõ được

Kính cận là thấu kính phân kì

+Mắt lão nhìn rõ những vật ở xa, nhưng không nhìn rõ những vật ở gần Kính lão là thấu kính hội tụ Mắt lão phải đeo kính hội tụ để nhìn rõ các vật ở gần

6 Kính lúp:

+Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn

+Để dựng ảnh, hoặc xác định vị trí một vật qua kính lúp cần phải đặt vật trong khoảng tiêu cự của kính Ảnh qua kính lúp phải là ảnh ảo lớn hơn vật

7 Các bước giải bài toán dựng hình cơ bản:

a) phân tích

b) Nêu cách dựng

c) Chứng minh

d) Biện luận

B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP- HƯỚNG DẪN PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1.Bài tập cơ bản

Bài 1.1 Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng a,b,c ở hình 1.1a

- Phân tích

F,

•

CV A

B

Kinh lóo

Mắt

•

F

B

•

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 1.1b)

Vẽ tia ló a1 // ∆; tia ló b1 truyền thẳng, tia ló c1 đi qua F’

Bài 1.2 Cho điểm sáng S và thấu kính hội tụ như hình 1.2a Hãy dựng ảnh S1 của S tạo bởi thấu kính

- Phân tích: Các tia sáng phát ra từ S truyền tới thấu kính cho các ló ( hoặc

đường kéo dài của các tia ló) tia giao nhau tại ảnh S1 Do đó muốn dựng ảnh S1 của S ta vẽ đường đi của 2 trong 3 tia sáng đặc biệt từ S tới thấu kính Giao của 2 tia ló tương ứng là ảnh S1 của S

- Cách dựng: ( hình 1.2b)

- Từ S vẽ đường đi của 2 tia sáng đặc biệt:

Tia tới a đi qua tiêu điểm F cho tia ló tương ứng a1 // ∆

Tia tới b đi qua quang tâm O cho tia ló tương ứng b1 truyền thẳng

- Tìm giao điểm 2 tia ló a1 và b1 là S1 Khi đó S1 là ảnh của S

Bài 1.3 Cho vật sáng AB ( AB ⊥ ∆; B ∈ ∆) và thấu kính hội tụ như hình 1.3a

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 Do đó muốn dựng ảnh của vật 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

* 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: 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

2) Bài tập củng cố:

Bài 1.4 Hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng 1b, 2b, 3b ở hình 1.4ê.

* 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 1.4b)

- 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 1.5 Cho vật sáng AB ( AB ⊥ ∆; B ∈ ∆) và thấu kính hội tụ như hình 1.5.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

* 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

3) Bài tập nâng cao

Bài 1.6 Vẽ tiếp đường đi của tia sáng a trong hình 1.6a

Phân tích:

Trong hình 1.6.a Tia sáng a phải là tia sáng đặc biệt đã biết

Giả sử gọi S là một điểm thuộc a; S1 là ảnh của S tạo bởi thấu kính đã cho ta thấy: Tia tới a đi qua S nên tia ló a1 tương ứng phải đi qua ảnh S1 ( hoặc có phương đi qua S1) Do đó muốn vẽ tia ló a1 của a trước hết ta phải vẽ ảnh S1

Cách vẽ:

( Hình 1.1b)Trên tia sáng a, Lấy điểm sáng S ( 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

Chú ý: Để vẽ tia ló a1 đa số giáo viên phải cung cấp kiến thức bổ sung về

trục phụ, tiêu điểm phụ rồi áp dụng kiến thức ngày để giải như sau:

Vẽ trục phụ ∆1 // a, dựng tiêu diện MN đi qua F và ⊥∆1, cắt ∆1 tại F1 (F1 là một tiêu điểm phụ ∈ ∆1) vẽ tia ló a1 đi qua F1

Cách giải trên cũng có hiệu quả đối với một số học sinh khá giỏi nhưng lại làm rắc rối cho nhiều học sinh khác vì phải nhớ thêm kiến thức mới, nên cách giải đã nêu ở trên giúp học sinh hiểu và vận dụng đơn giản và hiệu quả hơn

Bài 1.7 Cho vật sáng AB và thấu kính hội tụ như hình 1.7 ) ( A và B ∉ ∆) Dựng ảnh của vật AB

* Phân tích: AB có dạng một đoạn thẳng nên ảnh A1B1 của nó cũng có dạng

một đoạn thẳng do đó muốn dựng ảnh của AB cần dựng ảnh A1 của A và B1 của B Muốn dựng ảnh B1 trước hết cần phải dựng ảnh A1

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 như cách dựng ảnh của A

- Dựng ảnh của AB: Dùng thước thẳng vẽ đoạn thẳng A1B1 ta được A1B1 là ảnh của AB

Chú ý: Muốn dựng ảnh của một vật sáng có dạng hình học đặc biệt, ta

dựng ảnh của các điểm đặc biệt thuộc vật đó rồi nối lại.

Ví dụ: Muốn dựng ảnh của một vật AB có dạng là một đoạn thẳng, ta dựng

ảnh A1 của A, dựng ảnh B1 của B bằng cách vẽ đường đi của 2 trong 3 tia

sáng đặc biệt rồi vẽ đoạn thẳng A1B1

Muốn dựng ảnh A1B1C1 của một vật có dang hình tam giác ABC , ta dựng

ảnh A1, B1, C1 của các đỉnh A,B,C rồi vẽ tam giác A1B1C1

Bài 1.8 Cho thấu kính hội tụ và điểm sáng S thuộc trục chính ∆ như hình

1.8a Hãy dựng ảnh S1 của S tạo bởi thấu kính

trên

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 vẽ1.8.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

• Lưu ý: Có thể giải bài toán trên bằng cách khác ( ví dụ dùng khái niệm

trục phụ, tiêu điểm phụ để vẽ đường đi của một tia sáng bất kỳ từ S tới

thấu kính Giao của tia ló này với ∆ là ảnh của S), ít có tác dụng trong

việc rèn tư duy sáng tạo cho học sinh

Cách đã nêu có HS hiệu quả cao hơn vì chỉ sử dụng kiến thức SGK hiện

hành mà không sử dụng thêm kiến thức bổ trợ nào

Dạng 2: Xác định tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính, loại thấu kính

Phương pháp chung:

- Muốn xác định tính chất của ảnh có thể dựa vào các kiến thức sau:

- 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

2 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

Bài tập cơ bản

Bài 1: Cho vật sáng AB và ảnh A1B1 tạo lởi thấu kính L như hình 2.1.a

Hỏi: A1B1 là ảnh gì? Thấu kính L là thấu kính gì? Vì sao?

Phân tích: Bài toán chỉ cho vật sáng AB và ảnh A1B1 của nó tạo bởi thấu

kính L căn cứ vào chiều và độ lớn của ảnh và vật ta suy ra tính chất của ảnh

từ đó

suy ra loại thấu kính

Cách giải:

Ở hình 2.1a 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

lớn hơn AB nên L là thấu kính hội tụ Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho

ảnh ảo lớn hơn vật