SKKN sáng kiến kinh nghiệm phương pháp giải bài toán liên quan đến sự di chuyển của vật và ảnh đối với thấu kính

+ Các bài toán liên quan tới sự di chuyển của vật và ảnh đối với thấu kính thuộc dạng hay và khó trong phần quang hình của chương trình vật lý trung học phổ thông mà ta thường gặp trong

A - PHẦN MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

+ Các bài toán liên quan tới sự di chuyển của vật và ảnh đối với thấu kính thuộc dạng hay và khó trong phần quang hình của chương trình vật lý trung học phổ thông mà ta thường gặp trong các kỳ thi chọn học sinh giỏi

+ Tuy nhiên trong quá trình giảng dạy phần quang hình lớp 11 tôi thấy khi học sinh giải các bài tập liên quan tới sự di chuyển của vật và ảnh đối với thấu kính thường gặp rất nhiều khó khăn,các em thường vướng mắc và lúng túng trong phương giải.Nếu học sinh khá ,giỏi thì cũng có thể suy luận và đưa ra được lời giải cho bài toán nhưng thường thì lời giải dài dòng dể nhầm và đặc biệt mất rất nhiều thời gian

+ Từ thực tế trên và bằng kinh nghiệm bản thân tôi mạnh dạn nêu

ra đây “Phương pháp giải bài toán liên quan đến sự di chuyển của vật

và ảnh đối với thấu kính” để học sinh và đồng nghiệp tham khảo

II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

1:Đối tượng sử dụng đề tài

+ Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 11 tham khảo để hướng dẫn học sinh vận dụng phương pháp để giải bài tập

+ Học sinh học lớp 11 luyện tập để kiểm tra, ôn luyện thi học sinh giỏi môn Vật Lý các cấp

2:Phạm vi áp dụng

+ Phần quang hình trong sách giáo khoa Vật lý 11 THPT

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Tập hợp các bài tập điển hình trong sách giáo khoa, trong sách bài tập, trong các đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ,đề thị học sinh giỏi các cấp

+ Nêu ra phương pháp và hướng dẫn giải chung cho cả dạng toán

và áp dụng cho từng bài toán cụ thể

B - NỘI DUNG ĐẾ TÀI

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.Các công thức liên quan đến thấu kính

+ Công thức thấu kính:

f d d

1 1 1 / 

f d

d k B

 Trường hợp 1: Vật di chuyển theo phương trục chính của

d d

2

1 1 2

2 1

1 2

2 / 1 /

2

/

)

)(

( )

f d f d

d f f

d

d f d

d f f d

f d f d

f d d

/

k k d

* Nếu hai ảnh cùng tính chất (Vật chưa di chuyển qua tiêu điểm vật của thấu kính thấu kính hội tụ hoặc đối với thấu kính phân kỳ) thì khi đó :

0 0

.

/ 2

* Nếu hai ảnh khác tính chất (Vật đã di chuyển qua tiêu điểm vật của

thấu kính hội tụ ) thì khi đó : 0 0

/ 2

x Ảnh và vật luôn dịch chuyển cùng chiều

 Trường hợp 3: Vật dịch chuyển theo phương bất kỳ

+ Xác định độ dời theo phương vuông góc với trục chính của thấu kính + Xác định độ dời theo phương trùng với trục chính của thấu kính

+ Từ đó xác định độ dời theo yêu cầu.(Dùng định lý Pi-ta-go)

II MỘT SỐ BÀI TOÁN MINH HỌA

Bài toán 1: Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính

hội tụ , qua thấu kính cho ảnh thật A1B1 cao 2cm.Nếu dịch chuyển AB một đoạn 45cm lại gần thấu kính,ta thu được ảnh thật A2B2 cao 20cm và cách ảnh A1B1 một đoạn 18cm.Hãy xác định vị trí ban đầu của vật AB

và tiêu cự của thấu kính

(Trích đề tuyển sinh ĐH thủy sản 2002)

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiếu dương là chiều truyền ánh sáng tới thấu kính

+ Do hai ảnh cùng tính chất nên : 0 0

/ 2

 Độ dịch chuyển tương đối của vật so với thấu kính là:

) ( 45 1

Nên độ dịch chuyển tương đối của ảnh so với thấu kính là:

) ( 18 /

/ 2

1

d

d k

2 2

1 1 2 1 2 2 1

1 1 1

k k

B A

B A k k AB

B A k AB

B A k

f

1 1

f

2 2

( 10 5 , 4

45 5

, 4 5

, 4 6

5 , 1 1

Bài toán 2: Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu

kính, qua thấu kính cho ảnh ảo A1B1 nhỏ hơn vật.Nếu dịch chuyển AB một đoạn 60cm lại gần thấu kính,ta thu được ảnh thật A2B2 cao gấp đôi

ảnh A1B1 và cách ảnh A1B1 một đoạn 7,5cm Hãy xác định loại thấu kính,tiêu cự của thấu kính và vị trí ban đầu của vật AB

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiếu dương là chiều truyền ánh sáng tới thấu kính

+ Do vật AB thật qua thấu kính cho ảnh ảo A1B1 nhỏ hơn vật nên thấu kính đó là thấu kính phân kỳ  f < 0

+ Hai ảnh qua thấu kính phân kỳ luôn cùng tính chất nên :

0 0

.

/ 2

 Độ dịch chuyển tương đối của vật so với thấu kính là:

) ( 40 1

d

d    

 (Do AB dịch chuyển lại gần thấu kính)

Nên độ dịch chuyển tương đối của ảnh so với thấu kính là:

) ( 5 , 7 /

5

/ 2

1

d

d k

+ Giải hệ (*) và (**) ta được:

2

1

; 4

1 2

f

1 1

2 2

) ( 20 )

( 20 3

60 3

3 2 1

Bài toán 3: Đặt một vật phẳng nhỏ AB trước một thấu kính,vuông góc

với trục chính của thấu kính.Trên màn vuông góc với trục chính của thấu kính,ở phía sau thấu kính thu được một ảnh rỏ nét lớn hơn vật cao 4cm.Giữ vật cố định,dịch chuyển thấu kính dọc theo theo trục chính 5cm

về phía màn thì phải dịch màn dọc theo trục chính 35cm thì mới thu

được ảnh rỏ nét cao 2cm

a)Tính tiêu cự của thấu kính và độ cao của vật AB

b)Vật AB ,thấu kính và màn đang ở vị trí có ảnh cao 2cm.Giữ vật và màn cố định ; phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính về phía màn một đoạn bao nhiêu để lại có ảnh rỏ nét trên màn?

(Trích đề tuyển sinh Đại Học năm

2004)

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiếu dương là chiều truyền ánh sáng tới thấu kính

a)+ Do hai ảnh đều thu được trên màn nên hai ảnh là ảnh thật

0 0

.

/ 2

k

 Độ dịch chuyển tương đối của vật so với thấu kính là:

) ( 5 1

/ 2

1

d

d k

+ Mặt khác: 2 2 (**)

2

4

2 1 2

1 1 2 1 2 2 1

1 1 1

2

k k A

B A k k AB

B A k AB

B A k

f k

4

5

1 1 1 1

f k

2

3

1 1 2 2

( 5 4 4 4

4

5 2

3 1

1 1

cm k

B A

1 1 1 1

k d

d d

f d

f d



+ Gọi độ dịch chuyển của thấu kính về phía màn là a:

Do khoảng cách giữa vật và màn (chứa ảnh) là:Ld2 d2/  90 (cm)không đổi nên độ dịch chuyển tương đối của vật so với thấu kính là: d = a và

độ dịch chuyển tương đối của ảnh so với thấu kính là : d/ = - a

) ( 30 3

3

1 1 2

1 1 1

2 2

2

/ 2

/ /

2

k a

d k

k d

d k

Vậy phải dịch chuyển thấu kính về phía màn 30(cm).

Bài toán 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội

tụ,qua thấu kính cho ảnh thật cao gấp đôi vật.Tịnh tiến vật một khoảng a

= 7,5cm dọc theo trục chính của thấu kính thì thu được ảnh ảo và cách ảnh ban đầu một khoảng 60cm.Xác định tiêu cự của thấu kính và vị trí

ban đầu của vật

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiếu dương là chiều truyền ánh sáng tới thấu kính

+ Độ phóng đại ảnh qua thấu kính trước khi vật dịch chuyển: k1 = - 2

(Do ảnh và vật cùng tính chất)

+ Do hai ảnh khác tính chất nên : 0 0

/ 2

5 , 7 ).

2 (

60

.

1

/ 2

/ 2

d k

d

d k

k

d d f

f k

2

3

1 1 1 1

d d

1 1 2 2

) ( 10 )

)(

5 , 7 (

3

4

3

4 4

3 2

3 4

3 1

Bài toán 5: Đặt một điểm sáng S trên trục chính của một thấu kính hội

tụ có tiêu cự f=10cm và cách thấu kính một khoảng 30cm.Qua thấu kính người ta thu được ảnh là S1.Bây giờ ta dịch chuyển S theo phương vuông góc với trục chính của thấu kính lên trên một đoạn 5cm thì ảnh S1

sẽ di chuyển như thế nào?

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiều dương là chiều di chuyển của vật so với thấu kính

+ Độ phóng đại ảnh qua thấu kính:

2

1 30 10

10 /

f d

/ /

cm x

k x k d

d x

Bài toán 6: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm.Điểm sáng S đặt

trên trục chính và cách thấu kính 40cm qua thấu kính cho ảnh S1.Bây giờ

ta dịch chuyển S một đoạn a = 20cm theo phương tạo với trục chính góc

 = 600(hình vẽ).Ảnh S1 di chuyển như thế nào?

S 

O

Hướng dẫn giải:

+ Chọn chiều dương là chiếu di chuyển của điểm sáng S

+ Độ dịch chuyển của S theo trục chính là:d  acos    10 (cm)

1 /

40 20

20 1

f

30 20

20 2

f k

 d/   (  1 ).(  2 ).(  10 )  20 (cm)

+ Độ dịch chuyển của S theo phương vuông góc trục chính là:

10 3 ( )

2

3 20

a

độ dịch chuyển của S1 vuông góc trục chính là:x/ k1 x 10 3 (cm)

Vậy độ dịch chuyển của S1 là:b    d/ 2  x/ 2   20 2  10 3 2  10 7 (cm)

12 33 7

3 7 10

3 10 tan        

III MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬN DỤNG

Bài toán 1: Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục chính của một

thấu kính cho một ảnh thật cách vật một khoảng L.Nếu cho vật dịch chuyển một khoảng 30cm lại gần thấu kính thì ảnh của vật vẩn là ảnh thật nằm cách vật một khoảng như cũ và lớn lên gấp 4 lần

a) Xác định tiêu cự của thấu kính và vị trí ban đầu của vật

b) Để được ảnh cao bằng vật ,phải di chuyển vật từ vị trí ban đầu đi

một

khoảng bao nhiêu,theo chiều nào?

Bài toán 2: Vật sáng AB đặt cố định,vuông góc với trục chính của

một thấu kính Ảnh của AB qua thấu kính là ảnh thật có độ phóng đại

k = - 2.Dịch chuyển thấu kính theo phương trục chính của thấu kính

một đoạn a = 15cm ra xa vật hơn,thì thấy ảnh dịch chuyển lại gần vật

một đoạn b = 15cm.Tính tiêu cự của thấu kính

(Trích đề tuyển sinh CĐ-GTVT

2005)

Bài toán 3: Một vật phẳng AB đặt trước thấu kính,vuông góc với trục

chính của thấu kính.Sau thấu kính đặt một màn vuông góc với trục

của thấu kính,màn cách thấu vật một khoảng L = 80cm.Trên màn thu

được ảnh rõ nét có độ lớn cao gấp 3 lần vật

a) Xác định loại thấu kính và tính tiêu cự của thấu kính

b) Giữ nguyên vật và màn.Hỏi phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục

chính một đoạn bằng bao nhiêu,theo chiều nào để thu được ảnh rõ nét

trên màn cao bằng 1/3 vật

(Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Thái

Nguyên 2005)

Bài toán 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với thấu kính hội tụ tiêu cự f

= 10cm, cho ảnh cao băng một nữa vật

(Trích đề tuyển sinh CĐ-KT Đà Nẵng 2005)

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

+ Với những thực trạng trên tôi đã mạnh dạn đưa phương pháp giải bài tập trên vào trong quá trình giãng dạy và bồi dưỡng cho học sinh và kết quả thu được rất khả quan

+ Tôi đã làm thực nghiệm trong một số lớp và nhiều đối tượng HS có trình độ như nhau tại trường THPT Quỳnh Lưu 3-Nghệ An,kết quả

thống kê như sau:

Nhóm Kiểm tra

Số HS được kiểm tra

Nhóm sử dụng phương pháp 150 120 HS

(80%)

30 HS (20%)

C - KẾT LUẬN

+ Trên đây là tìm của bản thân,nó được đúc rút từ thực tế giảng dạynhieeuf năm ở trường THPT

+ Qua thực tế giảng dạy và bồi dưỡng cho học sinh tôi thấy các

em vận dunhj phương pháp này để giải bài toán về độ dời của vật và ảnh rất tiện lợi và đạt được kết quả nhanh và chính xác

+ Phương pháp trên góp phần làm phong phú thêm hướng giải quyết các bài toán liên quan đến độ dời vật và ảnh đối với thấu kính trong phần quang hình học lớp 11 THPT

+ Với kết quả thu được như trên tôi hy vọng qua đó góp phần nâng cao hiệu quả dạy học vật lý ở trường THPT Và có thể làm tài liệu tham khảo tốt cho GV trong dạy học vật lý và Học sinh trong việc giải các bài tập vật lý liên quan

+ Vì thời gian có hạn ,tôi ch đưa ra một số bài toán điển hình mong đông nghiệp tham khảo và bổ sung thêm.Trong quá trình viết khong thể tránh được những sai sót vì vậy tôi mong muốn quý thầy cô

có thể cùng nhau trao đổi và xây dựng ,góp ý kiến để sáng kiến hoàn

thiện hơn Tôi chân thành cảm ơn./

Người viết

HOÀNG DANH HÙNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 ch gi o hoa Vật Lý THPT :

Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội năm 2008

2 Một số phương ph p chọn lọc giải c c bài to n Vật Lý sơ cấp tập II:

Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Nhà xuất bản Hà Nội năm 1995

3 Giới thiệu đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ toàn quốc môn Vật Lý từ năm

2002- 2003 đến năm 2005-2006:

Nguyễn Quang Hậu (Chủ biên),Nhà xuất bản Hà Nội năm 2006

4 Giới thiệu đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ toàn quốc môn Vật Lý năm học

2001 -2002:

Vũ Quang (Chủ biên), Nhà xuất bản Hà Nội năm 2002