SKKN phương pháp giải bài tập về thấu kính đơn

Nếu học sinh không giảiquyết một cách triệt để bài toán về thấu kính thì hầu như không giải được các bàitập về dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt.. Dựa vào vị trí của S,S’ so với trục chín

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài.

Ngành giáo dục nước ta đang tiến hành cuộc đổi mới lớn căn bản và toàn diện

Từ xưa giáo dục vẫn được coi là quốc sách hàng đầu, được ưu tiên đầu tư để pháttriển Mục tiêu quan trọng của giáo dục là đào tạo nhân tài, đào tạo những lớpngười có đạo đức, có tri thức chuyên môn nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng và pháttriển đất nước theo hướng hội nhập thế giới

Vật lý học là một môn khoa học tự nhiên tập trung vào sự nghiên cứu vật chất và chuyển động của nó trong không gian và thời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng lượng và lực Một cách rộng hơn, nó là sự phân tích tổngquát về tự nhiên, được thực hiện để hiểu được cách biểu hiện của vũ trụ

Vật lý học cũng có những đóng góp quan trọng.Ví dụ, sự tiến bộ trong hiểu biết

về điện từ học hoặc vật lý hạt nhân đã trực tiếp dẫn đến sự phát minh và phát triển những sản phẩm mới, thay đổi đáng kể bộ mặt xã hội ngày nay, như ti vi, máy

vi tính, laser, internet, các thiết bị gia dụng, hay là vũ khí hạt nhân; những tiến bộtrong nhiệt động lực học dẫn tới sự phát triển cách mạng công nghiệp…

Hơn nữa, đội ngũ học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt và thật hùnghậu 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

Năm học 2017-2018, học sinh THPT phải làm các bài thi liên quan đến kiếnthức của lớp 11 và 12 Sau đó, từ năm 2018-2019 phạm vi kiến thức là cả ba nămTHPT Trong phần Quang học ở chương trình vật lý lớp 11, học sinh được họcchương “Mắt và các dụng cụ quang” Trong chương này bài “Thấu kính” là cơ sở

để học sinh giải quyết các bài về dụng cụ quang học Nếu học sinh không giảiquyết một cách triệt để bài toán về thấu kính thì hầu như không giải được các bàitập về dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt

Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh khi học bài này thường rất khókhăn, chậm nắm bắt được thông tin, lúng túng khi giải bài tập, không xác địnhđược hướng giải quyết bài toán Trong khi đó thời lượng cho bài này trong chươngtrình kể cả phần giải bài tập cũng chỉ có ba tiết học Do đó làm thế nào để giảngdạy tốt bài này và giúp học sinh nắm bắt được kiến thức là một vấn đề khó, đòi hỏingười thầy phải có kinh nghiệm và sự tích cực học tập của học sinh trong thời gian

ở nhà mới giải quyết được

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Xây dựng tiến trình, tổ chức hoạt động dạy học bài : “Thấu kính” vật lí 11 theo hướng phát huy năng lực của học sinh,giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, thái độ và động cơ học tập đúng đắn để

1

cho học sinh có khả năng tiếp cận và chiếm lĩnh những nội dung kiến thức mới, khắc sâu thêm kiến thức cũ đã được học ở lớp 9 và còn giúp học sinh biết đưa kiếnthức Vật lý đã học vào đời sống, vào thực tiễn.

Làm cho các em thích học, thích đến trường, yêu trường yêu lớp hơn

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Hoạt động dạy và học bài “ Thấu kính” Vật lí lớp 11

- Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học giải quyết vấn đề và dạy học theo hướngphát huy năng lực của học sinh

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

+ Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu lí luận về dạy học bài tập Vật lí

- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của việc xây dựng hệ thống vàhướng dẫn giải bài tập Vật lí bài “Thấu kính”

- Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông, nội dung sách giáo khoa Vật lí 11 và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ, nội dung và yêu cầu vềkiến thức, kĩ năng giải bài tập

- Lựa chọn các dạng bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo phù hợp với nội dung, kiến thức của chương

+ Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế, thu thập thông tin

- Khảo sát công tác bồi dưỡng, phụ đạo của học sinh những ưu điểm và nhược điểm

từ đó đưa ra những phương pháp cụ thể

- Tập hợp và nghiên cứu nội dung sách giáo khoa Vật lý lớp 11 các tài liệu tham khảo khác để tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập tự luận, trắc nghiệm

+ Thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông

+ Phương pháp thống kê, xử lí số liệu

- Thống kê các kết quả đo được trong quá trình thử nghiệm

2

phải làm là tạo thái độ và động cơ học tập đúng đắn, tích cực cho học sinh, để cóđược điều này thì giáo viên phải giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, biếtphân loại và phương pháp giải bài tập phù hợp Nó chẳng những làm cho giờ họcthêm sinh động, hấp dẫn, thu hút được sự chú ý của học sinh mà còn giúp học sinh

có thể dễ dàng hơn trong việc tiếp thu với các kiến thức đã học Từ đó giúp choviệc kiểm tra đánh giá học sinh được thực hiện dễ dàng hơn và nhằm nâng cao chấtlượng giảng dạy

“Các dạng bài tập về thấu kính” sẽ có những dạng toán vô cùng mới lạ đối vớihọc sinh, nếu không được học thì các kiến thức lớp 9 sẽ không giúp các em giảiquyết được Chính vì vậy trong đề tài này tôi muốn tập dần cho học sinh có kĩ năngđịnh hướng bài giải một cách có hệ thống, phân dạng cho học sinh dễ dàng thíchứng với các bài toán quang hình học rất đa dạng này

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Khảo sát thực trạng với 2 lớp 11A3 và 11A4 của trường THPT Triệu Thị Trinh năm học 2016 – 2017 trước khi áp dụng SKKN trên vào giảng dạy có kết qủa như sau:

lúng túng biết giải

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Trong đề tài này tôi đưa ra cách phân loại một số dạng bài tập cơ bản về thấu kính đơn ( chỉ xét với vật thật ) và ví dụ cho mỗi dạng bài cụ thể:

A Vẽ đường truyền của tia sáng:

I.Cách vẽ:

- Vật nằm trên tia tới, ảnh nằm trên tia ló ( hoặc đường kéo

- dài tia ló)

Nhớ được 3 tia sáng đặc biệt

- Nếu đề bài cho S và S’, trục chính thì S và S’ cắt nhau tại

- quang tâm O trên trục chính.

Dựa vào vị trí của S,S’ so với trục chính ta kết luận được S’

là ảnh thật hay ảo, thấu kính là hội tụ hay phân kì.

3

- Nếu đề bài cho vật AB và ảnh A’B’, tiến hành nối AB và A’B’ chúng cắt nhau tại quang tâm O, Ox vuông góc với AB sẽ là trục chính của

Từ đặc điểm đường đi của các tia sáng qua thấu kính, giả sử đã xác định

được quang tâm và các tiêu điểm chính F và F’ thì:

- O, S, S’ thẳng hàng

- Điểm tới I ( của tia tới SI song song với trục chính ), F’ và F thẳng hàng

- F và F’ đối xứng nhau qua quang tâm O

+ Ta suy ra phép vẽ:

- Kẻ đường SS’ cắt đường xy tại O, đó là quang tâm

- Dựng thấu kính L qua O và vuông góc với trục chính xy

- Kẻ tia tới SI song song với xy Kẻ IS’cắt Sy tại F’, đó là tiêu điểm ảnh chính F’ - LấyFđối xứng F’ qua O đó là tiêu điểm vật chính F

Trường hợp 3: là thấu kính hội tụ vì S’ là ảnh thật ( S’ là ảnh thật vì S’ ở khác phía trục chính với S )

Ví dụ 2: Trong hình vẽ dưới đây, xy là trục chính của thấu kính, A là điểm vật thật, A/ là ảnh của A tạo bởi thấu kính, O là quang tâm Với mỗi trường hợp hãy xác định:

Hình 1: + Nối A với A/ cắt xy tại O A/ là ảnh thật => TKHT

+ Từ O dựng thấu kính hội tụ vuông góc với xy

+ Từ A kẻ tia tới song song với xy cho tia ló qua A/ cắt xy tại F/ Lấy F đốixứng F/ qua O

F/1

5

Hình 2: + A/ là ảnh ảo và gần O hơn A => TKPK

+ TKPK vuông góc với xy

+ kẻ tia tới đi qua A cho tia ló kéo dài qua A/ Dựng trục phụ song songvới tia tới cắt tia ló tại tiêu điểm ảnh phụ F/1 Từ F/1 hạ đường thẳng vuông góc vớitrục chính cắt trục chính tại F/ Lấyđối xứng F/ qua O

Bài toán 2:

Đối với vật là một đoạn thẳng nhỏ AB đặt vuông góc trục chính:

a/ Vật và ảnh ngược chiều nhau: Cùng tính chất Thấu kính là hội tụ

Ví dụ 3: Cho xy là trục chính của thấu kính ,AB là đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc trục chính và ở trước thấu kính, A / B / là ảnh của AB cho bởi thấu kính Xác định loại thấu kính Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm, các tiêu điểm chính.

B

B/

Giải : + Vật ảnh ngược chiều cùng thật Thấu kính là hội tụ

+ Nối B, B/ căt xy tại O, O là quang tâm

6B/

b) Vật và ảnh cùng chiều nhau: Khác tính chất Vật thật - ảnh ảo

- Ảnh ảo lớn hơn vật: Thấu kính là hội tụ

- Ảnh ảo nhỏ hơn vật: Thấu kính là phân kỳ

Ví dụ 4: Cho xy là trục chính của thấu kính ,AB là đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc trục chính và ở trước thấu kính, A / B / là ảnh của AB cho bởi thấu kính Xác định loại thấu kính Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm, các tiêu điểm chính

7Q

+ Dựng trục phụ song song tia tới PQ cắt tiêu S I F1

x

Qb/ Tia ló có phương đi ra xa trục chính hơn phương của tia tới là thấu kínhphân kỳ

Ví dụ 6: IK là tia ló của tia tới SI cho bởi thấu kính. K

Hỏi thấu kính loại gì ? Hãy vẽ tia ló của tia tới PQ. I

AB cho bởi một thấu kính.Hỏi thấu kính

loại gì ? Bằng phép vẽ xác định quan tâm, A

B.Bài toán thuận:

Dạng B.1: Tìm tiêu cự và độ tụ của thấu kính theo chiết suất và các đặc trưng

hình học

I.Phương pháp giải:

a) - Tiêu cự là độ dài đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểmchính với quy ước:

f > 0 với thấu kính hội tụ.

f < 0 với thấu kính phân kì (|f| = OF = OF’)

8

b)- Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi

D= 1 =( n tk−1)( 1 + 1 )

độ tụ D xác định bởi: f n mt R1 R2

(f : mét (m); D: điốp (dp)) (R > 0 : mặt lồi./ R < 0 : mặt lõm /R = : mặt phẳng )

II Bài tập minh họa :

Ví dụ 1: (Bài 17.1- Trang 74-Giải toán vật lí 11 tập 2 )

Thủy tinh làm bằng thấu kính có chiết suất n = 1,50

a) Hãy tính tiêu cự của các thấu kính ( đặt trong không khí) :

+ hai mặt đều lồi có các bán kính 10cm, 30 cm

Ví dụ 2: (Bài 17.4 – Trang 176 – Giải toán vật lí 11 tập 2)

Một thấu kính thủy tinh có chiết suất n = 1,50 Khi đặt trong không khí thấu kính

có độ tụ 5dp Dìm thấu kính vào chất lỏng chiết suất n/ thì thấu kính có tiêu cự f/ = 1m Tính chiết suất n/ của chất lỏng

D n 1 5 n/ 1, 67

D/ n 1

Lập tỉ số : n/

Ví dụ 3: ( http://dethi.violet.vn)

Một thấu kính hai mặt lồi cùng bán kính R, khi đặt trong không khí có tiêu cự f

=30cm Nhúng chìm thấu kính vào một bể nước, cho trục chính của nó thẳng đứng,rồi cho một chùm sáng song song rọi thẳng đứng từ trên xuống thì thấy điểm hội tụcách thấu kính 80cm Tính R, cho biết chiết suất của nước bằng 4/3

+ Dạng của đề bài toán:

a) Cho biết tiêu cự f của thấu kính, khoảng cách d từ vật đến thấu kính,độ lớncủa vật, xác định vị trí, tính chất ảnh và số phóng đại ảnh k

*phương pháp giải :

- Xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh và số phóng đại ảnh là xác định d / , k Từ giá trị của d / , k để suy ra tính chất ảnh và chiều của ảnh

- Giải hệ hai phương trình: d ' f d

- nếu d 0 : vật thật; nếu d 0 : vật ảo

A B A'B'

k

- độ lớn của vật :

10

II Bài tập ví dụ:

Ví dụ 1: (Bài 18.1 – Trang 177 – Giải toán vật lí 11 tập 2)

Vật thật AB được đặt trên trục chính và vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm Khoảng cách từ vật đến thấu kính là d thay đổi được Hãy xác định tính chất, vị trí,chiều , độ lớn của ảnh và vẽ ảnh trong mỗi trường hợp

Ví dụ 2:

Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự f

a) Xác định vị trí vật để ảnh tạo bởi thấu kính là ảnh thật.

b) Chứng tỏ rằng khoảng cách giữa vật thật và ảnh thật có một giá trị cực

tiểu Tính khoảng cách cực tiểu này Xác định vị trí của vật lúc đó?

C Bài toán nghịch : Là bài toán có nhiều dạng và khó đối với học sinh ( cho

d / ,k hoặc f,k… xác định d,f hoặc d / , d…) Tôi chia thành các dạng sau:

Dạng C.1: Cho biết tiêu cự f và số phóng đại ảnh k Tìm khoảng cách từ

vật đến thấu kính; xác định vị trí và tính chất ảnh.

I.Phương pháp giải:

d

1 Từ k d d kd (1)

+ k > 0 : ảnh và vật cùng chiều (d và d/ trái dấu - ảnh và vật khác tính chất )

+ k < 0 : ảnh và vật ngược chiều (d và d/ cùng dấu - ảnh và vật cùng tính chất )

Từ (1) và (2) suy ra d , d/

II Bài tập vận dụng:

Ví dụ 1: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm Vật sáng AB là một đoạn thẳng

đặt vuông góc trục chính của thấu kính cho ảnh cao gấp hai lần vật Xác định vị trívật và ảnh

Giải

12

của số phóng đại k trong trường hợp

d / d f

+ Giải hệ hai phương trình: d f

L d d /

B/////

A/

b Thấu kính hội tụ, vật sáng cho ảnh ảo

L>0 khi ảnh là ảnh ảo qua thấu kính

L<0 khi ảnh là ảnh ảo qua thấu kính

phân kỳ và ảnh thật qua thấu kính hội

tụ hội tụ Phương trình có nghiệm khi =L2 −

4 Lf ≥0

+ Trường hợp ảnh ảo qua thấu kính phân kỳ và thấu kính hội tụ, (1.3) luôn có

nghiệm tức là luôn tìm được vị trí đặt thấu kính để thu được ảnh ảo cách vật một khoảng cho trước.

+ Trường hợp ảnh thật qua thấu kính hội tụ, (1.3) có nghiệm khi L≥4f

- Khi L = 4f phương trình (1.3) có 1 nghiệm kép tức là có 1 vị trí đặt thấu kính

ở chính giữa vật và màn để thu được ảnh rõ ảnh rõ nét trên màn.

-Khi L > 4f phương trình (1.3) có 2 nghiệm phân biệt tức là có 2 vị trí đặt thấu kính trong khoảng giữa vật và màn để thu được ảnh rõ ảnh rõ nét trên màn:

- Vì lý do đối xứng nên vật và ảnh có thể đổi chổ

d / = d + lGiải hệ phương trình ta có: d = ½ ( L – l), d / = ½ ( L + l)

f d d / f L2 2

Thay d & d / vào công thức tính tiêu cự d d / , ta được : 4L

(Xác định tiêu cự của thấu kính bằng phương pháp

Bessel II Bài tập ví dụ:

VD1: Vật phẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kỳ

tiêu cự bằng 20cm cho ảnh A’B’ cách vật 18 cm Xác định vị trí của vật, vị trí và tính chất của ảnh.

GiảiThấu kính phân kỳ nên f = -20cm và L = 18cm

VD2: Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục chính của một thấu kính hội tụ tiêu

cự 15 cm có ảnh cách vật 80 cm Xác định vị trí của vật, vị trí và tính chất của ảnh Giải

- vật thật đặt cách thấu kính 60cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 20cm

- vật thật đặt cách thấu kính 20cm cho ảnh thật sau thấu kính, cách thấu kính 60cm

- vật thật đặt cách thấu kính 12,92cm cho ảnh ảo trước thấu kính, cách thấu kính93,17cm

Ví dụ 3: Vật sáng AB đặt vông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự

Hướng dẫn: vì ảnh lớn hơn vật nên d/ > d

d d 45 d 30cm; d 15cm ( L) dd

Theo bài ra : Thấu kính dịch ra xa vật nên d tăng d giảm tăng => d/

giảm Vậy ảnh dịch lại gần thấu kính

Ví dụ 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phẳng lồi

bằng thuỷ tinh chiết suất n=1,5, bán kính mặt lồi bằng 10cm, cho ảnh rõ nét trênmàn đặt cách vật một khoảng L

a) Xác định khoảng cách ngắn nhất của L (L=80cm)

b) Xác định các vị trí của thấu kính trong trường hợp L=90cm So sánh độ phóng

đại của ảnh thu được trong các trường hợp này? (d=30,60cm; k1.k2=1)

Ví dụ 5: Một vật sáng AB cho ảnh thật qua một thấu kính hội tụ L, ảnh này hứng

trên một màn E đặt cách vật một khoảng 18 cm, ảnh thu được cao bằng 1/5 vật.a) Tính tiêu cự của thấu kính

b) Giữ nguyên vị trí của AB và màn E Dịch chuyển thấu kính trong khoảng AB vàmàn Có vị trí nào khác của thấu kính để ảnh lại xuất hiện trên màn E không?

Vậy khi thấu kính cách vật AB một đoạn 3 cm thì ảnh lại xuất hiện trên màn E.

D Dời vật , Dời thấu kính theo phương của trục chính

I.Phương pháp giải:

Ta xét bài toán tổng quát sau: Khi chưa dịch chuyển, vật AB qua thấu kính cho ảnh A 1 B 1 có độ phóng đại k 1 Vật dịch chuyển một đoạn a đối với thấu kính, thì ảnh dịch chuyển một đoạn b và có độ phóng đại là k 2

Bước 3: Giải phương trình

Ta trừ vế theo vế các cặp phương trình và (1 và 3 ) ; (2 và 4), sau đó giải các phương trình này ta được kết quả

Quy ước dấu:

+ Nếu vật dịch lại gần thấu kính : a < 0 ; Nếu vật dịch ra xa thấu kính : a > 0+ Nếu ảnh dịch lại gần thấu kính : b < 0 ; Nếu ảnh dịch ra xa thấu kính : b > 0+ Vì qua thấu kính , vật và ảnh luôn di chuyển cùng chiều nên : a.b < 0

I Các dạng bài toán thường gặp:

Bài 1: Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh thật với độ phóng đại k1, dịch vật ra xa

thấu kính một đoạn a thì ảnh có độ phóng đại k2 Tính tiêu cự của thấu kính? Giải:

17