Về kiến thức: Cần nắm vững các điểm sau: - Cấu tạo của thấu kính - Phân loại thấu kính: Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ - Các yếu tố của thấu kính đờng kính khẩu độ, quang tâm, trụ
Trang 1Thấu kính mỏng Giáo viên: Ngô Thị Thùy Dung
Bài 48 Thấu kính mỏng
I, Mục tiêu
1 Về kiến thức: Cần nắm vững các điểm sau:
- Cấu tạo của thấu kính
- Phân loại thấu kính: Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ
- Các yếu tố của thấu kính (đờng kính khẩu độ, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm, tiêu cự, tiêu diện, độ tụ)
- Điều kiện cho ảnh rõ của thấu kính
- Phân biệt đợc sự khác nhau về tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của hai loại thấu kính
- Nắm đợc đờng đii của tia sáng qua hai loại thấu kính (đối với các tia đặc biệt cũng nh với các tia bất kỳ) và sự tạo ảnh của một vật cho bởi thấu kính
- Biết cách vẽ đờng đi của tia sáng qua hai loại thấu kính
- Biết cách xác định ảnh của một vật bằng các vẽ các tia sáng
- Biét vận dụng các công thức trên để xác định vị trí của vật (hay ảnh), tính độ phóng đại cảu
ản và độ tụ của thấu kính
- Nhận ra các điểm giống nhau và các điểm khác nhau khi vẽ đờng đi của tia sáng qua hai loại thấu kính
2 Về kỹ năng:
- Vẽ đờng đi của tia sáng qua hai loại thấu kính
- Thiết kế các phơng án thí nghiệm
- Rèn luyện kỹ năng logic toán hcọ để xây dựng các công thức vật lý
- Quan sát GV tién hành thí nghiệm, từ đó rút ra kết luận
II, Chuẩn bị
Giáo viên:
- Chuẩn bị bộ thí nghiệm quang laze biểu diễn của Trung Quốc
- Quang hình học - mô phỏng và thiết kế
- Máy chiếy projecter
Học sinh: Ôn lại các kiến thức về thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ đã học ở lớp 9 THCS
III, Kiến thức hoạt động dạy học
HĐ1: Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện
xuất phát:
HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời
HS nhận thức đợc vấn đề của bài học
GV nêu câu hỏi kiểm tra kiến thức cũ
Kể tên các loại thấu kính mà em đã biết?
ĐVĐ: Chúng ta đã học về thấu kính hội tụ
và thấu kính phân kỳ ơt lớp 9 THCS, ngày hôm nay chúng ta tiếp tục nghiên cứu về hai loại thấu kính này để biết các xác định
vị trí, tính chất của ảnh cảu vật tạo bởi hai thấu kính đó
HĐ2: Ôn tập và bổ sung thêm các kiến
thức về cấu tạo của hai loại thấu kính:
HS làm việc cá nhân với phiếu học tập,
sau đó thảo luận chung toàn lớp
HS tiếp thu, ghi nhớ
- Có hai loại thấu kính: thấu kính mép
(rìa) mỏng và thấu kính mép dày Thấu
kính mép mỏng là thấu kính hội tụ,
thấu kính mép dày là thấu kính phân
GV yêu cầu HS làm việc với phiếu học tập
để ôn tập các kiến thức vê câu stạo của hai loại thấu kính, đồng thời bổ sung thêm mọt
số kiến thức về hai loại thấu kính
GV thông báo cho HS định nghĩa thấu kính Thấu kính là mọt khối chất trong suốt, đợc giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và mọt mặt cầu
GV định hớng để HS ôn tập
- Có mấy loại thấu kính? Phân biệt sự khác nhau về hình sang giữa chúng?
- Đờng truyền của tia sáng qua quang tâm
Trang 2- Tia sáng đi qua quang tâm O truyền
thẳng
HS tiếp thu, ghi nhớ
O?
GV bổ sung:
- Ta chỉ xét các thấu kính mỏng, nghĩa là các thấu kính có bề dày ở tâm rất nhỏ
- R1, R2 là bán kính các mặt cầu (mặt phẳng
đợc coi là có án kính bằng vô cực)
- Đờng thẳng C1C2 nối các tâm của hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm của mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng) đợc gọc là trục chính
- Điểm O là điểm mà trục chính cắt thấu kính đợc gọi là trục chính
- đợc gọi là đờng kính mở hay đờng kính khẩu độ
- Đờng thẳng bất lỳ đi qua quang tâm O
đ-ợc gọi là trục phụ
- Điều kiện tơng điểm: Các tia sáng tới thấu kính phải lập một góc nhỏ với trục chinh
Trong điều kiện này, ứng với một điểm vật chỉ có một điểm ảnh nên vật cho ảnh rõ nét
HĐ3: Tìm hiểu các khái niệm tiêu
điểm, tiêu diện, tiêu cự:
HS thảo luận chung toàn lớp
- Chiếu một chùm sáng song song với
trục chính tới thấu kính hội tụ, giao
của chùm tia ló là tiêu điểm của thấu
kính
- Dùng bộ thí nghiệm quang laze để
tạo ra chùm tia sáng chiếu tới thấu
kính hội tụ, giao của chùm tia ló phía
sau thấu kính chính là tiêu điểm của
thấu kính đó
HS qua sát Gv tiến hành thí nghiệm
HS quan sát GV trình chiếu phần mềm
mô phỏng quang hình học
HS chú ý quan sát GV mô phỏng đờng
đi của tia sáng khi nguồn sáng đặt tại
tiêu điểm vật
- Chùm tia ló là chùm song song
HS thảo luận cung toàn lớp
- Làm thí nghiệm nh đối với thấu kính
hội tụ
HS quan sát GV tiến hành thí nghiệm
- Không xác định đợc tiêu điểm của
thấu kính phân kỳ
- Các tia ló có đờng kéo dài giao nhau
tại một điểm
GV nêu câu hỏi vầ vấn đề cần nghiên cứu
- Làm thế nào để xác định đợc tiêu điểm của thấu kính?
GV nêu câu hỏi thiết kế phơng án thí nghiệm
- Hãy thiết kế phơng án thí nghiệm để xác
định tiêu điểm của thấu kính hội tụ
GV tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS chú ý quan sát
Sau khi tiến hành thí nghiệm để HS quan sát, GV sử dụng quang hình học mo phỏng
và thiết kế trình chiếu để HS quan sát
GV thông báo
- Tiêu điểm của thấu kính hội tụ mà ta vừa xác định ở trên gọi là tiêu điểm ảnh F của thấu kính hội tụ
- Ngoài tiêu điểm ảnh , thấu kính hội tụ còn
có một tiêu điểm F gọi là tiêu điểm vật
GV sử dụng Quang hình học - mô phỏng và thiết kế trình chiếu cho HS quan sát để biết
đặc điểm cảu tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ và yêu cầu HS trả lời câu hỏi:
- Nếu nguồn sáng là một điểm sáng đặt tại tiêu điểm vật phát ra các tia sáng tới thấu kính, thì chùm tia ló phía sau thấu kính có
đặc điểm gì?
GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu tiếp
- ở trên ta vừa xác định đợc tiêu điểm ảnh
và tiêu điểm vật cảu thấu kính hội tụ, đối với thấu kính phân kì thì ta phải làm thế nào?
GV tiến hành thí nghiệm đối với thấu kính phân kì, yêu cầu HS quan sát và rút ra kết luận
Trang 3Thấu kính mỏng Giáo viên: Ngô Thị Thùy Dung
- Giống nh thấu kính hội tụ, thấu kính
phân kỳ có tiêu điểm vật nằm khác
phía so với tiêu điểm ảnh
- Chùm ló là chùm song song Dùng
bút dạ kéo dài chúm sáng tới cắt nhau
tại điểm F, đó chính là tiêu điểm vật
- Điều chỉnh chúm sáng tới sao cho
chùm ló là chúm song song
- HS vẽ đờng đi của tia sáng nh thí
nghiệm biểu diễn vào vở ghi
HS tiếp thu, ghi nhớ
GV dùng bút dạ và thớc kẻ kéo dài các tia
ló trên bảng biểu diễn của bộ thí nghiệm và yêu cầu HS quan sát để rút ra kết luận
GV thông báo
- Điểm giao nhau của chùm tia ló mà ta vừa xác định ở trên gọi là tiêu điểm ảnh F' cảu thấu kính phân kì
GV nêu các câu hỏi gợi ý để HS xác định tiêu điểm vật của thấu kính phân kì
- Tiêu điểm vật cảu thấu kính phân kì nừam cùng phía hay khác phía với tiêu điểm ảnh
so với thấu kính?
- Phải làm thí nghiệm thế nào để xác định tiêu điểm vật của thấu kính phân kì?
- Sử dụng chùm sáng tới thấu kính phân kì
sao cho các tia sáng có đờng kéo dài hội tụ tại tiêu điểm vật của thấu kính phân kì thì
chùm ló có đặc điểm gì? Khí đó phải làm thế nào để xác định tiêu điểm cật của thấu kính đó?
- Nhng ta cha biết đợc tiêu điểm vật thì
phải làm thế nào?
Gv tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS quan sát, sau đó yêu cầu một HS lên xác định tiêu điểm vật cảu thấu kính phân kỳ
(Lu ý: GV phải ớc lợng trớc tiêu điểm của
thấu kính phân lì, đói diện với tiêu điểm
ảnh vừa xcs định ở trên, để nhanh chóng đa
ra kết quả thí nghiệm)
GV thông báo
- Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật F đợc gọi là tiêu diện vật
- Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh F' đợc gọi là tiêu diện ảnh
- Điểm cắt trục phụ bất kỳ với tiêu diện vật hay tiêu diện ảnh dợc gọi là tiêu điểm vật phụ thuộc hay tiêu điểm ảnh phụ
- Chiếu mọt chùm tia tới song song với trục phụ thì các tia ló (hoặc các đờng kéo dài)
sẽ cắt nhau tại tiêu điểm ảnh phụ '
F1
Ng-ợc lại nếu đặt một nguồn sáng điểm tại một tiêu điểm phụ F1 thì chùm tia ló ra khỏi thấu kính là mọt chùm song song với trục phụ đi qua F1
- Tiêu cự là độ dài đại số, đợc kí hiệu là f,
có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm chính tới quang tâm thấu kính
'
OF OF
f
Quy ớc: f > 0 với thấu kính hội tụ
f < 0 với thấu kính phân kỳ HĐ4: Ôn tập và bổ sung kiến thức về
đờng đi của tia sáng qua thấu kính
HS làm việc cá nhân, sau đó thảo luận
chung toàn lớp
- Tia tới song song với trục chính, tia
ló tơng ứng (hoặc đờng kéo dài) đi qua
GV yêu cầu HS vẽ tiếp đờng đi của các tia
ló qua thấu kính trong phiếu học tập, từ đó rút ra đờng đi của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính?
Trang 4tiêu điểm ảnh chính F'.
- Tia tới (hoặc đờng kéo dài) qua tiêu
điểm vật chính F, tia ló tơng ứng song
song với trục chính
- Tia tới qua quang tâm O thì đi thẳng
HS tiếp thu, ghi nhớ
HS làm việc cá nhân, sau đó thảo luận
chung toàn lớp
GV thông báo
- Đối với tia tới bất kỳ chiếu tới thấu kính, tia ló tơng ứng (hoặc có đờng kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh phụ nằm trên trục phụ song song với tia tới đó
GV yêu cầu HS vẽ tiếp các tia ló của các tia tới bất kỳ trong bài 3 của phiếu học tập
HĐ5: Tìm hiểu các xác định ảnh bằng
cách vẽ đờng đi của tia sáng
HS thảo luận nhóm, sau đó đại diện
nhóm lên báo cáo kết quả
HS thảo luận nhóm, sau đó đại diện
nhóm lên báo cáo kết quả
Kết quả:
Đối với thấu kính hội tụ
- Khi vật AB đặt ngoài tiêu điểm, ảnh
A'B' là ảnh thật, ngợc chiều với vật
- Khi vật AB đặt trong tiêu điểm, ảnh
A'B' là ảnh ảo, cùng chiều với vật
- Khi vật ở tiêu điểm, ảnh ở vô cực
Đối với thấu kính phân kỳ
- Vật AB trớc thấu kính, luôn cho ảnh
ảo cùng chiều và bé hơn vật
GV thông báo các xác định ảnh của vật qua thấu kính
Xét một ật nhỏ, phẳng AB đặc đặt vuông góc với trục chính Giả sử A ở trên trục chính Trớc hết, xác định ảnh B' của, sau đó
từ B' hạ đờng thẳng vuông góc xuống trục chính, ta đợc ảnh A'B' củavật AB
Để xác định ảnh B', từ B vẽ ]ờng đi của hai trong các tia đặc biệt ảnh B' là giao điểm cảu các tia ló
GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu
- ảnh của một vật qua thấu kính phụ thuộc ntn vào khoảng cách từ vật đến thấu kính?
GV gợi ý
- Để trả lời đợc câu hỏi này, GV yêu cầu
HS vẽ ảnh cảu một vật tạo bởi các thấu kính trong câu 4 của phiếu học tập
HĐ6: Tìm hiểu độ tụ của thấu kính
HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời
- Thấu kính hội tụ có tác dụng làm hội
tụ, chùm tia sáng đi qua, thấu kính
GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu
- Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ có tác dụng gì đối với chùm ánh sáng chiếu qua nó?
GV nêu câu hỏi gợi ý
- Xét chùm ánh sáng song song với trục
Trang 5Thấu kính mỏng Giáo viên: Ngô Thị Thùy Dung
phân kỳ có tac sdụng là phân kỳ chùm
tia sáng đi qua
HS tiếp thu, ghi nhớ
chính qua thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ, chùm tia ló qua hai thấu kính có
đặc điểm gì? Từ đó cho biết tác dụng của hai thấu kính đối với cùm sáng qua hai thấu kính đó?
GV thông báo
Để xác định khả nang làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít, ngời ta dùng một đại lợng gọi
là độ tụ, độ tụ đợc định nghĩa:
f
D 1
Đơn vị cảu độ tụ là điôp 9dp0 9với tiêu cự f tính ra mét)
Với thấu kính hội tụ: D > 0
Với thấu kính phân kỳ: D < 0 Công thức đọ tụ của thấu kính là:
2 1
1 1 1 1
R R ) n ( f D
Trong đó n là chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với môi trờng xung quanh thấu kính
R1, R2 là bán kính của cá mặt của thấu kính Quy ớc: R1, R2 > 0 với các mặt lồi,
R1, R2 < 0 với các mặt lõm,
R1 (hay R2) = với mặt phẳng Một thấu kính có độ tụ D càng lớn thì có khả năng hội tụ chùm tia sáng đi qua càng mạnh Thấu kinh phân kỳ không làm hội tụ,
mà ngợc lại làm phân kỳ chùm tia nên có
độ tụ âm
HĐ7 Xây dựng công thức liên hệ giữa
các vị trí của vật và ảnh
HS thảo luận theo nhóm, sau đó đại
diện nhóm lên báo cáo kết quả
Ta có: Tam giác BIJ và FOJ đồng dạng
nên:
IB
OF
IJ
OJ
Tam giác BIJ và FOJ đồng dạng nên:
'
'
IB
OF
IJ
OJ
Cộng vế với vế của hai phơng trình
'
JB
OF IB
OF IJ
OI OJ
' '
OA OA
OF
1 1
1
Suy ra:
f d
d '
1 1
1
GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu -Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính,
d' là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, giữa chúng có mối liên hệ gì? Có biểu thức toán học nào biểu diễn mối liên hệ đó không?
GV nêu các câu hỏi gợi ý
- Xét các tam giác đồng dạng nào có chứa
d và d' để thành lập mối quan hệ giữa chúng
- Hai tam giác vuống B'OI và FOI; hai tam giác BIJ và FOJ có đồng dạng không? Hãy rút ra biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa d
và d'?
GV thông báo: Quy ớc:
d > 0 với vật thật; d' > 0 với ảnh thật; d' <
0 với ảnh ảo
f > 0 với thấu kính hội tụ; f < 0 với thấu kính phân kỳ
GV nêu câu hỏi về cấn đề cần nghiên cứu
Trang 6Chia vế với vế của hai phơng trình đầu
tiên ta đợc:
OA
OA AB
B A
IB
JB
OI
tiếp
- Hãy tìm biểu thức liên hệ giữa chiều cao cảu vật và ảnh với khoảng cách d và d'?
GV thông báo Ngời ta định nghĩa số phóng đại:
d
d k
; AB
B A k
' '
'
Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0 Nếu ảnh và vật ngợc chiều, k < 0 HĐ8: Củng cố bài học và định hớng
nhiệm vụ học tập tiếp theo
HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời
GV nêu câu hỏi củng cố kiến thức
- Nêu sự giống và khác nhau cảu các tia sáng đặc biệt đo qua thấu kính phân kỳ và thấu kính hội tụ?
- Làm các bài tập từ bài 1 đến bài 12 SGK
- Ôn tập lại các kiến thức về lăng kính và thấu kính