trong việc giải quyết các bài toán về mắt và các dụng cụ quang học trong chương trình vật lý 11

Ởchương này không chỉ yêu cầu học sinh nắm vững những khái niệm định tính mà cần phải sử dụng các kiến thức toán học để giải các bài tập định lượng tươngđối phức tạp.. Tuy nhiên, học sin

MỤC LỤC

Trang

1 Mở đầu……… 2

1.1 Lý do chọn đề tài……….…….2

1.2 Mục đích nghiên cứu………3

1.3 Đối tượng nghiên cứu……….….….3

1.4 Phương pháp nghiên cứu……….3

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm……….…… ….3

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm………4

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài……… ….4

2.2 Thực trạng của vấn đề ……… … 4

2.3 Giải pháp và tổ chức thực hiện 5

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường……….………… 18

3 Kết luận và kiến nghị . 18

3.1 Kết luận . 18

3.2 Kiến nghị . 18

1 Mở đầu

1.1 Lý do chọn đề tài

Dạy và học môn vật lý ở trung học phổ thông nói chung và vật lý 11 nóiriêng theo yêu cầu cải cách giáo dục, không ngoài mục đích giúp cho học sinhlĩnh hội và vận dụng kiến thức ở mức độ cao, vận dụng tốt kiến thức trong bàihọc vào thực tiễn Phần kiến thức của chương trình vật lý lớp 11 có rất nhiềukiến thức khó nhưng lại có tính ứng dụng thực tiễn rất cao, điển hình như phầnquang hình học Khi giảng dạy phần này, tôi nhận thấy học sinh thường gặp khókhăn trong việc xử lý các bài tập ở chương Mắt và các dụng cụ quang học Ởchương này không chỉ yêu cầu học sinh nắm vững những khái niệm định tính

mà cần phải sử dụng các kiến thức toán học để giải các bài tập định lượng tươngđối phức tạp Việc giải bài tập này giúp học sinh củng cố được phần kiến thức

đã học và tiếp tục tiếp thu kiến thức mới, vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộcsống Tuy nhiên, học sinh khi giải quyết các phần bài tập của chương nàythường gặp khó khăn trong việc phân tích bài toán để tìm hướng giải, vì vậy họcsinh thường chọn việc áp dụng một cách máy móc các công thức giải toán chứkhông để ý tới việc phân tích bản chất của bài toán, và trong nhiều trường hợpcác em thường giải sai do không hiểu được bản chất của vấn đề Một trongnhững nguyên nhân dẫn đến việc giải sai đó là do các em thường không viết sơ

đồ tạo ảnh cho bài toán, hoặc nếu có viết thì các em cũng không vận dụng tốt sơ

đồ đó vào các bài toán dẫn đến việc suy luận một cách mơ hồ không chính xác

Từ thực tế đó đã thôi thúc tôi tích cực suy nghĩ và tìm ra phương pháp giúp họcsinh khắc phục khó khăn trên

Thực tế giảng dạy qua nhiều năm tôi nhận thấy nếu biết cách sử dụng tốtviệc viết ‘‘sơ đồ tạo ảnh’’, thì học sinh sẽ có những suy luận chính xác trong quátrình phân tích bài toán và có thể giải các bài toán phần này một cách dễ dàng,nhờ đó giúp các em hiểu sâu hơn các kiến thức trong sách giáo khoa cũng như

có được sự hứng thú trong quá trình học tập Học sinh sẽ không phải ghi nhớmột cách máy móc các hệ thống công thức khô khan, cồng kềnh và rất khó nhớ

Vì vậy để góp phần khắc phục tình trạng trên, giúp cho việc dạy và học phần

‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ có hiệu quả hơn, tôi mạnh dạn đưa ra đề tàisáng kiến kinh nghiệm mang tên:

Khai thác có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong việc giải quyết các bài toán về

mắt và các dụng cụ quang học trong chương trình Vật lý 11

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, khai thác và sử dụng có hiệu quả “sơ đồ tạo ảnh” trong dạy

học phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ nhằm tích cực hóa hoạt động nhậnthức của học sinh, nâng cao khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho họcsinh, qua đó nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học vật lý ở trường trung học phổthông

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các bài toán phần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ ở chương trìnhVật lý 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học, việc đổi mới phương pháp dạy học bậcTHPT hiện nay

Nghiên cứu việc viết “sơ đồ tạo ảnh” khi giải các bài tập phần quang hình.

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm

Điều tra thực trạng của việc vận dụng kiến thức để giải quyết các bài tậpphần ‘‘ Mắt và các dụng cụ quang học’’ của học sinh tại đơn vị công tác và ởcác trường THPT lân cận

Tiến hành thực nghiệm có đối chứng để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng

đề tài sáng kiến kinh nghiệm trong quá trình dạy học

1.4.3 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý các kết quả thực nghiệm

sư phạm

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm

Hiện nay trong sách giáo khoa vật lý đã đưa ra phương pháp viết “sơ đồ tạoảnh” trong việc giải quyết các bài toán phần Quang hình nói chung và phần ‘‘Mắt và các dụng cụ quang học’’ nói riêng, nhưng trong nội dung đề tài này tôikhai muốn khai thác tốt hơn “sơ đồ tạo ảnh” trong giải toán và giúp học sinhvận dụng có hiệu quả hơn, giảm bớt việc học thụ động và ghi nhớ công thức mộtcách máy móc

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm này đưa ra hệ thống các bài tập vận dụng đadạng, phù hợp với nhiều đối tượng học sinh, có thể sử dụng để giảng dạy trênlớp hoặc giúp cho học sinh rèn luyện ở nhà Trong các tài liệu trước đây đã có

đề cập tới vấn đề này nhưng việc vận dụng chưa hiệu quả Việc nghiên cứu đề

2 Nội dụng của sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài

Để giúp học sinh tiếp cận phương pháp giải toán tôi thường yêu cầu các emnắm vững lại phần kiến thức lý thuyết trọng tâm có liên quan tới bài toán Đặcbiệt là phần kiến thức về thấu kính mỏng và mắt Khi các em đã nắm vững phầnkiến thức lý thuyết thì việc phân tích và hiểu rõ bản chất của bài toán sẽ dễ dànghơn rất nhiều Các em sẽ có được sự tự tin trong việc giải toán

Theo tôi để giải quyết các bài tập về phần này học sinh nên thực hiện quacác bước sau:

- Xác định các dữ kiện của bài toán

- Viết sơ đồ tạo ảnh cho quá trình tạo ảnh qua dụng cụ quang học và mắt

- Biểu diễn lên sơ đồ tạo ảnh các dữ kiện của bài toán

- Vận dụng các công thức về thấu kính và các mối liên hệ trên sơ đồ tạo ảnh đểtìm ra các dữ kiện mà bài toán yêu cầu

Bài toán ví dụ : (Trích đề thi đại học năm 2004) Một người khi không đeo

kính có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt 50cm Xác định độ tụ của kính

mà người đó cần đeo sát mắt để có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt

cm

- Sai lầm trong giải toán khi không sử dụng “sơ đồ tạo ảnh”

Nếu không sử dụng được sơ đồ tạo ảnh học sinh sẽ khó khăn trong việcsuy luận bài toán và rất dễ có sai lầm trong việc giải toán Học sinh sẽ hướng tới

sử dụng công thức thấu kính nhưng các em thường có sai sót như sau:

Quan niệm vật phải đặt cách mắt một đoạn d  25 cm( ), ảnh phải cách mắtmột đoạn d ' 50 (cm) và khi đó các em xác định độ tụ của kính cần đeo theo

25 , 0

1 5 , 0

1 1 1 1

d d f

D

k

k      

Hoặc các em quan niệm ngược lại, vật phải đặt cách mắt một đoạn

)

(

50 cm

d  , ảnh phải cách mắt một đoạn d ' 25 (cm) và khi đó các em xác định

độ tụ của kính cần đeo theo công thức:

5 , 0

1 25 , 0

1 1 1 1

d d f

D

k

k      

- Khi vận dụng tốt “sơ đồ tạo ảnh” bài toán sẽ được giải quyết như sau:

+ Để khi đeo kính sát nhìn được vật gần nhất cách mắt 25cm thì vật ở cáchkính 25cm qua kính cho một ảnh ảo tại điểm cực cận của mắt

0 25

S S

S

OV cm

c OC M d l

' d

k O cm d

dd f

m d

50 25

50 25 '

' 50

2.3.1 Sự thay đổi giới hạn nhìn rõ khi đeo kính

2.3.1.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

+ Khi chưa đeo kính phạm vi nhìn rõ d M OC C,OC V, sau khi đeo kính có tiêu

cự f k phạm vi nhìn rõ các vật trước kính d d c , d v

+ Sơ đồ tạo ảnh:  S  S1   S2

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O

v d , c d d

M V

M

k

k c

M C

M

f ' d

f ' d d d d

l ' d OC d

f ' d

f ' d d d d

l ' d OC d

+ Khi biết d c , d v sẽ tính được OC , C OC V:

df ' d d d

' d l d OC f

d

df ' d d d

M V k

k v

M C k

k c

2.3.1.2 Bài toán ví dụ

Ví dụ 1: Một người cận thị khi đeo kính sát mắt có độ tụ D  2 dp thì có thểnhìn rõ từ 12 , 5cm tới vô cùng Hỏi khi không đeo kính, người đó chỉ có thểnhìn thấy vật đặt trong khoảng nào?

Giải:

+ Tiêu cự của kính:   ,  m cm

dp D

0

5 12

S S

S

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O

, cm , d

d l d OC cm

f ' d d

Cho

cm '

d l d OC cm

,

, f

d

df ' d ,

d

Cho

M V k

M C k

k cm

50 50

10 10

50 5

12

50 5 12 5

12

+ Vậy, điểm cực cận cách mắt 10cm và điểm cực viễn cách mắt 50cm

Ví dụ 2: Một người cận thị khi đeo kính có độ tụ D=-2 dp sẽ nhìn rõ được các

vật đặt cách kính từ 12,5 cm tới 50 cm Kính đeo cách mắt một khoảng 1 cm.Hỏi khi không đeo kính, người đó chỉ có thể nhìn thấy vật đặt trong khoảng nào?

Giải:

+ Tiêu cự của kính:    m cm

dp D

2

1 1

1

50 5 12

S S

S

OV v

OC , c OC M d cm l

' d

k O cm , cm , d

d l d OC cm

f d

df ' d cm d

Cho

cm '

d l d OC cm

,

, f

d

df ' d cm ,

d

Cho

M v

M c

26 25

50 50

50 50 50

11 10

50 5

12

50 5 12 5

12

Vậy điểm cực cận cách mắt 11cm, điểm cực viễn cách mắt 26cm

Ví dụ 3: Một người khi đeo kính sát mắt có độ tụ  2 dp có thể nhìn rõ các vậtcách mắt từ 25cm tới vô cùng Nếu đeo kính sát mắt có độ tụ  1 dp có thểnhìn rõ các vật nằm trong khoảng nào trước kính?

S

OV OC

, OC d

' d

O ,

l

k cm

d l d OC cm

f ' d d

Cho

cm '

d l d OC cm

f

d

df ' d d

Cho

M v k

M c k

k cm

50 50

3

50 3

50 50

25

50 25 25

b) Khi đeo kính sát mắt có độ tụ  1 dp có thể nhìn rõ các vật cách kính nằmtrong khoảng d c , d v Tiêu cự của kính:    m cm

dp D

S

OV OC

, OC d

' d

O ,

l

k cm

' d

f ' d d cm d

l ' d cm d

Cho

cm

f

' d

f ' d d cm d

l ' d cm d

Cho

k

k v

M M

k

k c

M M

100 100

50

100 50 50

50

20 100 3

50

100 3

50

3

50 3

50

2.3.2 Xác định kính cần đeo để sửa tật

2.3.2.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

Để nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết, thì vật ở vô cùngqua kính cho một ảnh ảo tại tiêu điểm của kính và cũng chính tại điểm cực viễncủa mắt d  M OC V Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính đó:

S S1 S2

OV V

OC M d l k f ' d

k O d

OC , c OC M d l

' d

k O , c

M c

f ' d d d d

l ' d OC

OV c

OC M d l k f ' d

k O

l cm d

OC , c OC M d l

' d

k O

v d , cm

M v

f ' d d d d

l ' d OC d

S S

S

OV cm

c OC M d l

' d

k O cm d

d d

' dd f

m d

'

50 25

50 25

 dp f

2) Để nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 0 , 25 m người đó phải đeo kính sát mắt có

độ tụ bao nhiêu? Khi đeo kính đó người ấy có thể nhìn rõ vật xa nhất cách kínhbao nhiêu?

Giải

1) Để khi đeo kính nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết, thì vật

ở vô cùng qua kính cho một ảnh ảo tại tiêu điểm của kính và cũng chính tại điểmcực viễn của mắt

0

S S

S

OV m

v OC M d l k f ' d

k O d

OV v

OC , c OC M d l

' d

k O

m , d

l ' d m , OC

1 5 0

1 5 0 5

0 5

S S

S

OV m

, c OC M d l

' d

k O m , d

' dd f

m , d

'

5 0 25 0

5 0 25 0 5

  1   2

25

S S

S

OV OC

, OC d

' d

O d

,

l

k v

d l ' d m OC

3

1 5 0 1

5 0 1 1

S

OV cm

v OC M d cm l

k f ' d

k O d

D

k

25 0

1 1

S S

S

OV cm

, cm M

d cm l

' d

k O , c

f ' d d d d

l ' d OC

d

k

k c

M c

25 10

25 10

được d c Vậy, điểm gần nhất mà mắt nhìn rõ khi đeo kính là 16 , 67cm

Ví dụ 4: Một người lớn tuổi có thể nhìn được vật ở xa mà mắt không phải điều

tiết Nhưng muốn đọc được dòng chữ gần nhất cách mắt 25cm thì phải đeokính sát mắt có độ tụ 1 dp

1) Xác định khoảng cách từ mắt người đó đến điểm cực cận và cực viễn khikhông đeo kính

2) Xác định độ biến thiên độ tụ của mắt người đó từ trạng thái không điều tiếtđến trạng thái điều tiết tối đa

Giải:

1) Nhìn được vật ở vô cùng mà mắt không phải điều tiết nên OC V  

+ Tiêu cự của kính đeo:  m cm

D

+ Sơ đồ tạo ảnh khi đeo kính sát mắt để nhìn được vật gần nhất cách mắt 25cm

:

2 1

0 25

S S

S

OV c

OC M d l

' d

df '

3

100 3

100 100

25

100 25

100

 cho ảnh hiện rõ trên võng mạc,

và lúc ấy mắt có độ tụ lớn nhất sao cho: max

1

3 1

+ Từ (1) và (2) rút ra: ΔDDmax  Dmin  3 dp

Ví dụ 5: Một người cận thị phải kính sát mắt có độ tụ  2,5 dp Khi đeo kính đó,người ấy có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách kính 25cm Xác định giới hạnnhìn rõ của mắt người ấy khi không đeo kính

S

OV OC

, OC d

' d

O ,

l

k cm

d l d OC cm

f ' d d

Cho

cm , '

d l d OC cm

,

f

d

df ' d d

Cho

M V k

M C k

k cm

40 40

4 15 4

15 40

25

40 25 25

+ Vậy, điểm cực cận cách mắt 15,4cm và điểm cực viễn cách mắt 40cm

2.3.3.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

Người mắt không có tật, khi về già do khả năng điều tiết kém nên điểm cựccận C c xa hơn so với khi đang còn trẻ, nhưng điểm cực viễn vẫn ở vô cực Đểsửa tật, phải đeo thấu kính hội tụ để có thể nhìn được các vật gần nhất như khiđang còn trẻ

2 1

25

S S

S

OV c

OC M d l

' d

Người mắt cận thị, khi về già do khả năng điều tiết kém nên điểm cực cận

C c xa hơn so với khi đang còn trẻ, nhưng điểm cực viễn vẫn không thay đổi

Để sửa tật, phải đeo kính sao cho vừa nhìn được ở xa và nhìn được vật ở gầnnhư mắt người bình thường Để tránh tình trạng phải thay kính, người đó đeokính hai tròng, một tròng nhìn xa (thấu kính phân kì) và một tròng nhìn gần(thấu kính hội tụ)

2 1

1

S S

S

OV v

OC M d l

f ' d

2 1

25

S S

S

OV c

OC M d l

' d

' dd f

1) Để khi đeo kính nhìn rõ các vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết, thì vật

ở vô cùng qua kính cho một ảnh ảo tại tiêu điểm của kính và cũng chính tại điểmcực viễn của mắt Sơ đồ tạo ảnh:

0 1

S S

S

OV cm

v OC M d l

f ' d

D

3

2 1

S S

S

OV cm

c OC M d l

' d

k O cm d

d d

' dd f

m d

'

50 25

50 25



2.3.4 Quan sát ảnh của vật qua quang hệ

2.3.4.1 Cách viết sơ đồ tạo ảnh

O d d

O

AB

v c M '

l

0 2 2 1

1

0 2

2 2 1

1 1

+ Mắt nhìn được ảnh cuối cùng qua hệ thì

cần phải có hai điều kiện:

- Ảnh đó phải là ảnh ảo

- Ảnh đó phải nằm trong giới hạn nhìn rõ

của mắt

+ Gọi góc trông ảnh A2B2 qua quang hệ là

 và góc trông vật trực tiếp không qua

quang hệ tại vị trí đó là 0 thì:

2 2

d

AB tg

d

B A tg

d AB d

B A tg

M

' '

d d d

d d d

d AB

2 1 1

2 2 0

8 2 1

1 1

2 2 1

1 3

4

M '

cm , l

O d d

O cm d

B A B

A AB

) ( 4 2 3 4

2 3 4

1 1

d

f d

24 6 8 4

6 8 4

2 2

'

d

AB d d

' d ' d ' d

AB AB

B A d

B A

tg

M

0125 0 24

02 0 8 4 3 4

24 4

2 2

1

2 1 2

2 2 2

O d d

O

AB

M '

cm

20 2

2 1

1

0 2 2

34 2 1

1 1

30 30 30

34 4

1 1

1 1 1 2

1 2

f d

f d d cm d

d cm f

f d d cm d

3

10 4 20

4 20 20

2 2

2 2 2

d

f d d cm d

30 3 92

3

92 34

1 1

1 1 1 2

2) Theo kết quả câu 1:

+ Khi đang ngắm chừng ở cực viễn thì:

'

;

d cm d

cm d

d

AB tg

, d

B A tg

+ Suy ra:

lÇn5 7

34 4

30

1 2 1

2 1 1

2 2 1

2 2 0

0

,

.

d

d d d

d d d

d AB

B A d

AB d

B A tg

tg

M

' '

cm d

cm d

3

92 ,

3

10 ,

20

20

1

' 1 2

'

2

+ Tương tự ta có:

lÇn43 9 20

34 1380

3

10 1380

20 3

92

1 2 1

2 1 1

2 2 1

2 2 0

0

,

.

d

d d d

d d d

d AB

B A d

AB d

B A tg

tg

M

' '

+ Vậy khi quan sát trực tiếp thì góc trông giảm đi 9,43lÇn.

2.3.5 Một số bài tập rèn luyện

Bài 1: Một người mang kính sát mắt có độ tụ D k   2 dp thì có thể nhìn rõ cácvật từ 20cm đến vô cực Xác định khoảng nhìn rõ của mắt khi không đeokính?

Đáp số: Khoảng nhìn rõ của mắt khi không đeo kính là từ cm

b) Nếu người ấy muốn điểm nhìn rõ gần nhất cách mắt 25cm thì phải đeo kínhsát mắt có độ tụ bao nhiêu? Sau khi đeo kính người đó nhìn được vật xa nhấtcách mắt bao nhiêu?

b) Nếu người ấy muốn điểm nhìn rõ gần nhất cách mắt 0 , 25 m thì phải đeo kínhsát mắt có độ tụ bao nhiêu? Khi người đó nhìn rõ các vật xa nhất cách mắt baonhiêu? Từ hai kết quả trên rút ra kết luận gì?

Đáp số: a) D k   2 dp ,21,4cm ; b) D k   2,67 dp ,25cm 

Bài 6: Một người cận thị có điểm cực viễn cách mắt OC V  45cm

1) Nếu người ấy muốn nhìn rõ các vật ở xa vô cực mà mắt không phải điều tiếtthì phải đeo kính có độ tụ bao nhiêu? Kính đeo cách mắt 5cm.

2) Khi đeo kính người ấy có thể nhìn rõ các vật gần nhất cách mắt 20cm Xácđịnh khoảng nhìn rõ ngắn nhất khi không đeo kính của người đó

b) Để nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 0 , 25 m người đó phải dán thêm vào L1 mộtthấu kính L2 Tính độ tụ của L2?

Đáp số: a) D1   1 , 25 dp; 80cm ; b) D2  2 , 75 dp

Bài 9: Một người có thể nhìn rõ những vật cách mắt nằm trong khoảng từ

) (

50 cm

OC c  đến OC v  350cm

1) Để nhìn rõ vật gần nhất cách mắt 0 , 25 m người đó phải phải đeo kính L 1 có

độ tụ bao nhiêu? Kính đeo cách mắt l 1 cm

2) Để nhìn rõ vật rất xa mà mắt không phải điều tiết, người đó phải dán thêmvào L1 một thấu kính L2 Tính độ tụ của L2?

Đáp số: 1) D1  2,13 dp ; 2) D2  2,42 dp

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,