Giải pháp giải bài toán dịch chuyển vật ảnh thấu kính chương trình vật lý 11 THPT

Chính vì vậy, tôi muốn chia sẻ với các em học sinh, với các đồng nghiệp kinh nghiệm quý báu của mình trong quá trình giảng dạy của mình qua đề tài “ Giải pháp giải bài toán dịch chuyển v

TRƯỜNG THPT BA ĐÌNH

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

GIẢI PHÁP GIẢI BÀI TOÁN DỊCH CHUYỂN VẬT- ẢNH- THẤU KÍNH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 11

THPT

Người thực hiện : Nguyễn Thị Ngoan Chức vụ : Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật Lý‎

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài……… 1

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 2

1.5 Những điểm mới của sáng kiến……… ……… 2

2 NỘI DUNG. 2.1 Cơ sở lí luận……… 3

2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu……… 3

2.3 Giải pháp giải quyết vấn đề……… ……… 4

2.3.1 Dạng 1- dịch chuyển theo phương trục chính của thấu kính………… 4

2.3.2 Dạng 2- dịch chuyển theo phương vuông góc với trục chính của thấu kính……… 10

2.3.3 Dạng 3- dịch chuyển theo bất kì……… 14

2.4 Hiệu quả của SKKN ……….……… 19

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ. 3.1 Kết luận………… ……… 19

3.2 Kiến nghị……….……… 20

1 MỞ ĐẦU.

1.1 Lí do chọn đề tài:

Bài tập dù khó đến đâu nếu có phương pháp giải hay, rõ ràng, lô gic thì bàitoán đó cũng sẽ trở nên dễ dàng hơn Bài tập thấu kính rất rộng trong đó có nhiềubài tập khó, đặc biệt là dạng bài tập dịch chuyển vật và ảnh hoặc thấu kính Trongquá trình giảng dạy, tôi nhận thấy khi gặp dạng bài tập này các em học sinh gặpnhiều khó khăn mà không tháo gỡ được

Đặc điểm của bài toán dịch chuyển thấu kính là có nhiều ẩn, nhiều em saukhi lập phương trình xong không biết nên xử lí toán học như hướng nào để giảm số

ẩn của bài toán Biến đổi mất nhiều thời gian mà cuối cũng vẫn không ra kết quả.Một số em có khả năng tư duy toán học tốt thì mới xử lí được Nhưng số này rất ít,thậm chí ngay cả bản thân nhiều giáo viên cũng gặp sự cố này

Qua quá trình giảng dạy thực tế của mình, tôi cũng đã nghiên cứu, phân tích,tổng hợp phân loại ra các dạng thường gặp của bài toán dịch chuyển vật- ảnh- thấukính Sau đó đưa ra phương pháp giải rất cụ thể, chi tiết, dễ hiểu để các em có thể

tự mình giải quyết được những bài toán này Chính vì vậy, tôi muốn chia sẻ với các

em học sinh, với các đồng nghiệp kinh nghiệm quý báu của mình trong quá trình

giảng dạy của mình qua đề tài “ Giải pháp giải bài toán dịch chuyển vật- thấu kính chương trình vật lý‎ lớp 11 trung học phổ thông ’’ Rất mong được sự

ảnh-góp ý và chia sẻ kinh nghiệm của các đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Giúp học sinh hiểu được phương pháp giải các dạng bài tập dịch chuyển thấukính

- Giúp học sinh vận dụng phương pháp giải trên để giải quyết các dạng bài tậpdịch chuyển thấu kính.

-Tạo ra sự hứng thú trong học tập đồng thời giúp các em đạt được kết quả caotrong các kỳ thi

- Giúp học sinh củng cố kiến thức, giảm bớt áp lực bộ môn cho học sinh

- Rèn luyện khả năng nghiên cứu khoa học

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Đối tượng là các bài tập về thấu kính phần nội dung liên quan đến swuj dịch

chuyển vật- ảnh- thấu kính chương trình vật lý 11

- Đối tượng sử dụng đề tài: Học sinh lớp 11, có thể dùng cho học sinh 12 ônthi THPT quốc gia muốn lấy điểm cao

- Đề tài nghiên cứu những khó khăn của học sinh trong việc giải bài tập dịchchuyển thấu kính để từ đó đưa ra những giải pháp nhằm khắc phục những khó khăn

đó chính là phân loại và đưa ra phương pháp giải hợp lý cho từng loại đó, giảmthiểu thời gian giải các phương trình toán học để nhiều học sinh có thể làm đượcdạng bài toán này chứ không nhất thiết phải là các em học sinh giỏi mới làm được

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Trong sáng kiến này tôi sử dụng một số phương pháp như:

- Phương pháp chính là: tổng kết đúc rút kinh nghiệm từ thực tế dạy và học

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo, trên mạng internet

- Phương pháp hỗ trợ trao đổi kinh nghiệm từ các giáo viên bộ môn

- Phương pháp điều tra cơ bản từ các đối tượng học sinh

1.5 Những điểm mới của SKKN.

- Khi học tới thấu kính thì những bài toán dịch chuyển vật - ảnh hoặc thấukính thường là các bài khó, bài tập thì rất đa dạng và phong phú: nhiều bài liênquan đến các khoảng cách vật ảnh, nhiều bài liên quan đến độ phóng đại, hay liênquan đến vận tốc…học sinh gặp nhiều khó khăn trong quá trình giải bài toán nhưkhông biết cách giải mỗi bài mỗi khác, không khử ẩn ở các phương trình dịchchuyển… Bài tập nhiều nhưng hầu như không chia dạng cụ thể, cũng không nêu rõphương pháp giải nên khi học sinh tự học gặp rất nhiều khó khăn

- Trong sáng kiến này, tôi đã nghiên cứu tổng hợp nhiều bài toán và thấy rằng

có thể chia bài toán dịch chuyển vật – ảnh – thấu kính nói chung ra 3 dạng cụ thể

đó là: dịch chuyển theo phương trục chính của thấu kính, dịch chuyển theo phương

vuông góc, và dịch chuyển theo phương bất kì Sau đó tôi nêu phương pháp giảicho từng dạng đó Cơ bản trong phương pháp giải là cách để khử các ẩn chứa trongnhiều phương trình được lập ra để đi đến kết quả nhanh nhất vì đây chính là phầnyếu nhất mà học sinh hay gặp phải Đây chính là những điểm mới của SKKN, dothời gian và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên rất mong được sự góp ý của cácđồng nghiệp để đề tài của tôi được hoàn thiện và phát triển hơn nữa.

2 NỘI DUNG.

2.1 Cơ sở lí luận.

- Thấu kính Phân loại thấu kính

+ Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc bởi một mặtcầu và một mặt phẳng

+ Phân loại: Gồm 2 loại thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì

- Các công thức của thấu kính

+ Công thức xác định vị trí ảnh: f

1

1 1

d ' tăng nên d’ giảm Do đó ảnh- vật luôn dịch chuyển cùng chiều

2.2 Thực trạng việc giải bài toán dịch chuyển vật- ảnh- thấu kính hiện nay

- Đối với học sinh các trường THPT nói chung và trường THPT Ba Đình nóiriêng, thì đa số học sinh khi gặp bài toán dịch chuyển vật - ảnh- thấu kính thườnggặp phải nhưng khó khăn như sau:

- Đầu tiên là dạng bài toán dịch chuyển vật hoặc thấu kính theo phương trụcchính thì đa số các em lập được các phương trình liên quan như:

+ Trước khi dịch chuyển thấu kính: AB A1B1 Với d1

- Dạng dịch chuyển vật theo phương bất kì thì đa số không biết cách giải nhưthế nào, đa phần khi chưa có hướng dẫn của giáo viên thì chỉ có vài em trong độituyển là làm được Qua quá trình khảo sát tại các lớp mà tôi đảm nhận giảng dạy tôithu được kết quả như sau:

được

% HS làm được

HS không làm được

% HS không làm được

2.3 Các giải pháp để giải quyết vấn đề.

Để khắc phục được những khó khăn nêu trên tôi nghiên cứu, tổng hợp và phânloại ra các dạng thường gặp của bài toán này Đồng thời nêu phương pháp giải chocác dạng bài tập đó để học sinh dễ hiểu từ đó có thể tự vận dụng làm bài tập

2.3.1 Dạng 1- Dời vật hoặc thấu kính theo phương trục chính.

Tóm tắt nội dung bài toán: Vật đặt trên trục chính của thấu kính sau đó dịch

chuyển vật hoặc thấu kính lại gần hoặc ra xa một đoạn Δxx thì ảnh dịch đi một

d2,d2'

d1,d1'

- Giả sử vị trí ban đầu của vật và ảnh là d1 và d’1 Vị trí sau khi dịch chuyển của vật

và ảnh là d2 và d’2 Gọi Δxx và Δxx ' là khoảng dịch chuyển của vật và ảnh

- Bước 1: Từ dữ kiện đề bào cho lập các phương trình xác định vị trí vật- ảnh cho 2

trường hợp trước và sau khi dịch chuyển thấu kính

- Như vậy phương trình trên chỉ còn 1ẩn duy nhất là d1 Giải phương trình này

ta chỉ cần nhập vào máy tính cầm tay biểu thức trên máy tính sẽ tự giải kết quả cho

ta thật nhanh chóng Sau khi tìm được d1, nếu dữ kiện đề yêu cầu tìm không phải d1thì ta có thể thay vào các biểu thức để tìm dữ kiện đề yêu cầu một cách đơn giản.

Các bài tập mẫu

Bài 1: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f =10 cm Vật sáng AB trên trục chính của

thấu kính cho ảnh A’B, dịch chuyển vật ra xa 5 cm, thấy ảnh dịch chuyển 10 cm.Xác định vị trí đầu đã đặt vật

- Bước 3: Giải phương trình trên bằng máy tính cầm tay: Nhập hàm vào đợi kết

quả ta được: d1 =15cm và d1 =0 ( loại )

Vậy vật ban đầu đặt cách thấu kính 15 cm

Bài 2: Một điểm sáng S đặt trên trục chính của thấu kính hội tụ, tiêu cự f= 15 cm

cho ảnh rõ nét trên màn M đặt vuông góc với trục chính của thấu kính Di chuyểnđiểm sáng S về gần thấu kính đoạn 5 cm so với vị trí cũ thì màn phải dịch chuyển22,5 cm mới lại thu được ảnh rõ nét Xác định vị trí điểm sáng S và màn lúc đầu?

Giải:

- Bước 1 : Gọi khoảng cách của vật và ảnh trước khi dịch vật là d1,d 1, ' , sau khi

dịch chuyển là d2,d 2 , ' Vì ảnh vật dịch chuyển cùng chiều nên khi vật dịch lại gần

5 cm thì ảnh dịch ra xa thấu kính 22,5 cm

15 d1

d1−15+22 ,5

- Bước 3 : Bấm máy tính ta được d1 =25 cm hoặc ⇒d1 =10 cm

Vì ảnh là thật nên d1 >f do đó chỉ nhận nghiệm ⇒d1 =25 cm ⇒d'1=37, 5cm

Bài 3 Một vật thật AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính Ban đầu

ảnh của vật qua thấu kính là ảnh ảo và bằng nửa vật Giữ thấu kính cố định dichuyển vật dọc trục chính 100 cm Ảnh của vật vẫn là ảnh ảo và cao bằng 1/3 vật.Xác định chiều dời của vật, vị trí ban đầu của vật và tiêu cự của thấu kính?

Bài 4 Một vật thật AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính Ban đầu

ảnh của vật qua thấu kính A1B1 là ảnh thật Giữ thấu kính cố định di chuyển vật dọctrục chính lại gần thấu kính 2 cm thì thu được ảnh của vật là A2B2 vẫn là ảnh thật

và cách A1B1 một đoạn 30 cm Biết ảnh sau và ảnh trước có chiều dài lập theo tỉ số

- Bước 1 : Gọi khoảng cách của vật và ảnh trước khi dịch vật là d1,d 1, ' , sau khi

dịch chuyển là d2,d 2 , ' Theo dữ kiện bài ta cho ta có

(5+f −2) f 5+f −2−f =

(5+f) f 5+f −f +30 ⇒ f =15 cm

Vậy tiêu cự của thấu kính là f= 15cm

Bài 5: Một điểm sáng S cách trục chính của một thấu kính một khoảng h= √ cm,chuyển động đều theo phương trục chính từ khoảng cách 2f đến 1,5f đối với thấukính với vận tốc v= 3 cm/s, khi đó người ta thấy vận tốc trung bình của ảnh S’ làv’= 4√ cm/s Tính tiêu cự f của thấu kính.

Giải:

- Bước 1 : Gọi khoảng cách của vật và ảnh trước khi dịch vật là d1,d 1, ' , sau khi

dịch chuyển là d2,d 2 , '

Theo dữ kiện bài ta cho ta có d1=2 f ,d1, ' =1,5 f

+ Khi điểm sáng S dịch chuyển từ S1 đến S2 thì ảnh di chuyển từ S1’ đến S2’

Quãng đường mà điểm sáng S đi được trong khoảng thời gian t là:

f cosα (2)

Bài 6: Vật sáng AB đặt trên trục chính của một thấu kính hội tụ, độ lớn tiêu cự là

12 cm, cho ảnh thật A’B’ Khi di chuyển Ab lại gần thấu kính 6cm thì A’B’ dichuyển 2 cm Xác định vị trí vật trước khi di chuyển vật?

Đáp số: d1=100cm

Bài 7: Một điểm sáng A nằm trên trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu

kính một đoạn 30 cm, cho ảnh thật A’ Bắt đầu cho thấu kính dịch chuyển ra xavới vận tốc không đổi v = 5 cm/s Tính tiêu cự của thấu kính Biết sau khi thấu kínhchuyển động được 2s thì ảnh bắt đầu đổi chiều chuyển động?

ĐS: 18 cm

Bài 8: Đặt vật sáng trên trục chính của thấu kính thì cho ảnh lớn gấp 3 lần vật Khi

di chuyển vật lại gần thấu kính một đoạn 12 cm thì ta vẫn thu được ảnh có chiềucao gấp 3 lần vật

Đáp số: d1=24cm

Bài 9: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ Quan sát

thấu kính cho ảnh thật A1B1 Nếu tịnh tiến vật dọc trục chính lại gần thấu kính thêm

30 cm thì lại thu được ảnh A2B2 vẫn là ảnh thật cách AB một khoảng như cũ Biết

ảnh lúc sau gấp 4 lần ảnh lúc đầu.

a) Tìm tiêu cự của thấu kính và vị trí ban đầu?

b) Để ảnh cao bằng vật thì phải dịch chuyển vật từ vị trí ban đầu một khoảng bằngbao nhiêu và theo chiều nào?

Đáp số: a) f= 20cm, d1 = 60cm b) dịch lại gần thấu kính 20cm

Bài 10: Thấu kính hội tụ làm bằng thủy tinh có tiêu cự f= 40 cm Đặt vật sáng AB

trước thấu kính, phía sau thấu kính có màn hứng ảnh

a) Xác định vị trí đặt vật và màn để trên màn thu được ảnh rõ nét và có độ cao bằng

2 lần vật?

b) Nếu từ câu a, cố định màn và tịnh tiến vật ra xa thấu kính một đoạn a= 70 cm thìphải di chuyển thấu kính về vị trí nào để tiếp tục thu được ảnh rõ nét trên màn và dichuyển một đoạn bằng bao nhiêu?

Đáp số: a) d1= 60 cm và d1’= 120 cm

b) Phải dịch thấu kính ra xa 70 cm hoặc lại gần 80cm

Bài 11: Đặt một vật phẳng nhỏ AB trước một thấu kính, vuông góc với trục chính

của thấu kính Trên màn thu được ảnh lớn hơn vật cao 4cm Giữ vật cố định, dịchchuyển thấu kính dọc theo trục chính 5cm về phía màn ảnh thì phải dịch chuyểnmàn một đoạn 35 cm mới thu được ảnh rõ 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 cho ảnh cao 2cm Giữ vật và màn cốđịnh, hỏi phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính về phía màn một đoạnbằng bao nhiêu để lại có ảnh rõ nét trên màn

Đáp số: a) f= 20 cm, AB= 1cm b) Dịch thấu kính lại gần 30cm

Bài 12: Cho một thấu kính hội tụ tiêu cự f=10 cm Một điểm sáng S cố định Thời

điểm ban đầu t0=0, S cách thấu kính S cách thấu kính một khoảng d0 >12 cm Chothấu kính dịch chuyển ra xa S với vận tốc không đổi v= 1 cm/s theo phương dọctrục chính

a) Xác định biểu thức tính vận tốc của ảnh S’ so với S

b) Tìm vận tốc nhỏ nhất của ảnh S’ so với S và thời điểm đạt vận tốc nhỏ nhất đó.Đáp số: a) v =1−

100

(2+ t)2 b) t=8s

Bài 13: A, B, C là ba điểm thẳng hàng Đặt vật ở A, một thấu kính ở B thì ảnh thật

hiện ở C với độ phóng đại | k1|=3 Dịch thấu kính ra xa vật đoạn 64 cm thì ảnh

của vật cẫn hiện ở C với độ phóng đại |k2|=

1

3 Tính f và đoạn AC?

y



A A1

Đáp số: a) 24 cm b) v= 3 m/s

2.3.2 Dạng 2- Dời vật theo phương trục chính.

Tóm tắt nội dung bài toán: Vật đặt trên trục chính của thấu kính cách thấu kính

một đoạn d, sau đó dịch chuyển vật hoặc thấu kính theo phương vuông góc với trục

chính một đoạn Δxy thì ảnh dịch đi một đoạn Δxy' Tính các yếu tố như vị trí đặt

vật-ảnh lúc ban đầu, lúc sau hoặc tiêu cự thấu kính

Phương pháp giải:

Do vật dịch chuyển lên trên hoặc xuống dưới theo phương vuông góc với thấukính nên d không đổi nên d’ cũng không đổi

- Bước 1: Tính các khoảng cách d hoặc d ' khi chưa dịch chuyển thấu kính

- Bước 2: Xác định chiều và độ dịch chuyển của ảnh.

- Để biết được chiều dịch chuyển của ảnh ta sử dụng tính chất điểm vật, điểm ảnh

và quang tâm luôn nằm trên một đường thẳng Cụ thể:

+ Điểm A lúc đầu nằm trên trục chính thì ảnh A’ của điểm A cũng nằm trên trụcchính

+ Sau khi A dịch thì A’cũng phải dịch đi sao cho A, O, A’ thẳng hàng Từ đó suyđược chiều dịch chuyển của A’ Nếu A dịch lên thì ảnh A’ dịch xuống, nếu A dịchxuống thì ảnh A’ dịch lên

- Vẽ hình và dựa vào hình để tính độ dịch chuyển vật ảnh.

Do tam giác OAA1 ~ OA’A’1 nên

+ Quãng đường dịch chuyển của ảnh nếu là thẳng đều thì dùng công thức Δxy '=v t

, nếu là chuyển động biến đổi đều thì dùng Δxy '=v0.t +

at 2

2

Các bài tập mẫu:

Bài 1: Dùng thấu kính hội tụ tiêu cự f= 4cm, người ta thu được ảnh của một điểm

sáng đặt trên trục chính và cách thấu kính 12 cm Sau đó kéo thấu kính xuống dướimột đoạn 3cm thì ảnh sẽ dịch chuyển như thế nào?

- Bước 2: Thấu kính dịch xuống ( như vật dịch lên) nên ảnh sẽ dịch xuống so với

Bài 2: Một nguồn sáng điểm S đặt trên trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f=

12 cm, cách thấu kính 18 cm Cho điểm sáng S dịch chuyển lên trên theo phươngvuông góc với trục chính của thấu kính với vận tốc 1 m/s Hỏi ảnh của nguồn sángdịch chuyển theo chiều nào với vận tốc bao nhiêu (thấu kính được giữ cố định)?

- Bước 2: Gọi v là tốc độ di chuyển của ảnh Trong khoảng thời gian t vật dịch

được một đoạn Δxy=1.t và ảnh dịch một đoạn Δxy '=v t

- Vì điểm sáng dịch chuyển lên trên theo phương vuông góc với trục chính của thấukính nên ảnh sẽ dịch chuyển xuống dưới

Bài 3: Một điểm sáng S chuyển động theo vòng tròn với vận tốc có độ lớn không

đổi v0= 5 cm/s xung quanh trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 30 cm ở