Qua thực tế liên tục dạy chương trình Vật lí lớp 9 bản thân nhận thấy:Các bài toán quang hình học lớp 9 mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chươngtrình Vật lý 9, nhưng đây là loại toán các e
Trang 1A/ ĐẶT VẤN ĐỀ
I Lời mở đầu
Môn vật lý là một trong những môn học lý thú, hấp dẫn trong nhàtrường phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễnđời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta Hơn nữa môn học này ngàycàng yêu cầu cao hơn để đáp ứng kịp với công cuộc CNH - HĐH đất nước,nhằm từng bước đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra, góp phần xây dựng đấtnước ngày một giàu đẹp hơn
- Hơn nữa đội ngũ học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt vàthật hùng hậu về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đónggóp một phần không nhỏ trong lĩnh vực này Kiến thức, kỹ năng vật lý cũngđược 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
Ta đã biết ở giai đoạn 1 (lớp 6 và lớp 7) vì khả năng tư duy của họcsinh còn hạn chế, vốn kiến thức toán học chưa nhiều nên sách giáo khoa chỉ
đề cập đến những khái niệm, những hiện tượng vật lý quen thuộc thường gặphàng ngày Ở giai đoạn 2 (lớp 8 và lớp 9) khả năng tư duy của các em đã pháttriển, đã có một số hiểu biết ban đầu về khái niệm cũng như hiện tượng vật lý
tự nhiên hằng ngày Do đó việc học tập môn vật lý ở lớp 9 đòi hỏi cao hơn,nhất là một số bài toán về điện, quang ở lớp 9 mà các em học sinh được học
Qua thực tế liên tục dạy chương trình Vật lí lớp 9 bản thân nhận thấy:Các bài toán quang hình học lớp 9 mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chươngtrình Vật lý 9, nhưng đây là loại toán các em hay lúng túng, hay mắc phảinhững sai lầm khi làm bài tập và đây là phần kiến thức trọng tâm của học kì
II Khi thi chất lượng giữa kì II, thi chất lượng học kì II và kể cả khi thi vàocấp III đều có bài tập phần này, nếu các em được hướng dẫn một số điểm cơbản thì những loại toán này không phải là khó Khi các em đã biết cách giảiloại bài tập này, các em sẽ thấy tự tin vào bản thân, sẽ không còn thấy ngạibài tập quang hình Các em sẽ yêu thích môn học, đó là một động lực để phát
1
Trang 2huy tính tích cực chủ động sáng tạo, niềm say mê học tập của học sinh Giúpcác em có kiến thức vật lí trung học cơ sở làm hành trang bước lên trung họcphổ thông, học nghề hoặc tham gia vào lao đông sản xuất một cách tự tin hơn.
Từ những lý do trên, để giúp học sinh lớp 9 có một định hướng về
phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9, nên tôi đã chọn đề tài: Một
số phương pháp giải bài tập quang hình vật lí lớp 9 đạt hiệu quả cao.
II/ Thực trạng của vấn đề nghiên cứu
2.1/ Thực trạng
Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài cònchậm, lúng túng từ đó không nắm chắc các kiến thức, kĩ năng cơ bản, định lý,các hệ quả do đó khó mà vẽ hình và hoàn thiện được một bài toán quang hìnhhọc lớp 9
Đa số các em chưa có định hướng chung về phương pháp học lý thuyết,chưa biến đổi được một số công thức, hay phương pháp giải một bài toán vậtlý
Kiến thức toán hình học còn hạn chế (tam giác đồng dạng) nên khó có
thể giải được các bài toán quang hình có liên quan đến tính toán
Do dụng cụ thí nghiệm còn thiếu nhiều, không đồng bộ và các dụng cụ
có thì hỏng, chất lượng kém, độ chính xác không cao nên các tiết dạy có thínghiệm chất lượng chưa cao, dẫn đến học sinh tiếp thu các định luật, hệ quảcòn hời hợt
Đọc đề hấp tấp, qua loa, khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu,lượng thông tin cần thiết để gỉải toán còn hạn chế
Vẽ hình còn lúng túng Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vậtqua thấu kính, qua mắt, qua máy ảnh… do đó không thể giải được bài toán
Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại thấu kính, các đặc điểm của tiêuđiểm, các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thậthay ảnh ảo Một số khác không biết biến đổi công thức toán Chưa có thói
Trang 3quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán quanghình học lớp 9.
Dựa vào đặc điểm, tình hình chung của nhà trường và chất lượng họctập của học sinh trong những năm qua Năm học 2005-2006 tôi đã viết sáng
kiến kinh nghiệm với tên đề tài: Hình thành phương pháp giải bài tập vật lí THCS Sáng kiến kinh nghiệm này được xếp loại B cấp tỉnh.
Với việc thực hiện theo sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã thu được thànhcông không nhỏ trong việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải các dạng bàitập vật lí THCS Song phần bài tập vật lí quang hình học sinh vẫn còn lúngtúng do chưa nắm vững phương pháp giải và do một số nguyên nhân sau:
- Ý thức học tập của học sinh chưa cao
- Giáo viên chưa biết cách phát huy tính tích cực, chủ động của họcsinh
- Giáo viên chưa kịp thời bổ sung kiến thức cơ bản cho các em họcsinh bị hổng kiến thức cơ bản do đó các em thường làm bài tập theo kiểuchống đối
2-2 Kết quả , hiệu quả của thực trạng trên
Từ thực trạng trên những năm đầu dạy chương trình sách giáo khoamới, giáo viên chưa có kinh nghiệm trong giảng dạy dẫn đến chất lượng họctập của học sinh còn chưa cao Nhất là chất lượng học sinh thi vào lớp 10THPT
Cụ thể: Kết quả khảo sát đầu tháng 3/2008:
(Khảo sát toán quang hình lớp 9 )
3
Trang 4Lớp Sĩ số điểm trên 5 điểm 9 - 10 điểm dưới 5
Để khắc phục những khó khăn bản thân tôi đã từng đi sâu nghiên cứu nội
dung chương trình, tôi đã tìm ra được một số phương pháp giải bài tập quang hình Vật lí lớp 9 đạt hiệu quả cao.
Trang 5B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I Các giải pháp cải tiến:
1/ Giúp các em nắm vững và khắc sâu phần kiến thức lí thuyết đã học.
Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng
2/ Phân loại được các dạng bài tập
3/ Trình tự giải một bài toán quang hình.
4/ Một số ví dụ thể.
II Các biện pháp tổ chức thực hiện:
1- Giúp các em nắm vững và khắc sâu phần kiến thức lí thuyết đã học.
Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng
Để học sinh dựng ảnh, hoặc xác định vị trí của vật chính xác qua các loai thấu kính,mắt, máy ảnh hay kính lúp Giáo viên phải luôn kiểm tra, khắc sâu kiến thúc lí thuyết cho học sinh:
*Các sơ đồ ký hiệu quen thuộc như:
-Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì: ;
5
Trang 6-Vật đặt vuông góc với trục chính: hoặc
-Trục chính, tiêu điểm F và F', quang tâm O:
-Phim ở máy ảnh hoăc màng lưới ở mắt:
-Ảnh thật: hoặc ; -Ảnh ảo: hoặc
* Các Định luật, qui tắc qui ước, hệ quả như:
- Định luật truyền thẳng của ánh sáng, định luật phản xạ ánh sáng, hiện tượngkhúc xạ ánh sáng
- Đường thẳng nối tâm mặt cầu gọi là trục chính
- O gọi là quang tâm của thấu kính
- F và F' đối xứng nhau qua O, gọi là các tiêu điểm
- Đường truyền các tia sáng đặt biệt như:
* Thấu kính hội tụ:
+Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F
+Tia tới đi qua tiêu điểm F, cho tia ló song song với trục chính
+Tia tới đi qua quang tâm O, truyền thẳng
+Tia tới bất kỳ cho tia ló đi qua tiêu điểm phụ ứng với trục phụ songsong với tia tới
F
Màng lưới
Trang 7Cách dựng ảnh: Phải dùng hai trong ba tia đặc biệt trên, giao diểm của hai tia ló là ảnh của vật
Đặc diểm của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ:
+ Vật đặt ngoài tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật
+Vật đặt rất xa thấu kính cho ảnh thật có vị trí cách thấu kính mộtkhoảng bằng tiêu cự
+Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật, cùng chiều vớivật
+ Vật nằm trên trục chính cho ảnh nằm trên trục chính, vật đặt vuônggóc với trục chính cho ảnh cũng vuông góc với trục chính
* Thấu kính phân kì:
+Tia tới song song với trục chính,cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm F'
+Tia tới thấu kính có đường kéo dài đi qua tiêu điểm F, cho tia ló songsong với trục chính
+Tia tới đi qua quang tâm O, cho tia ló truyền thẳng
+Tia tới bất kỳ, cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm phụ, ứngvới trục phụ song song với tia tới
Trang 8Cách dựng ảnh: Phải dùng hai trong ba tia đặc biệt trên, giao diểm của hai tia ló kéo dài là ảnh của vật
Đặc diểm của ảnh tạo bởi thấu kính phân kì
+ Vật đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo,cùng chiều, nhỏhơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính
+ Vật đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách thấu kính một khoảngbằng tiêu cự
+ Vật nằm trên trục chính cho ảnh nằm trên trục chính, vật đặt vuông gócvới trục chính cho ảnh cũng vuông góc với trục chính
Để khắc sâu kiến thức cho học sinh cần phân tích để các em nắm được sựgiống và khác nhau cơ bản giữa thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì vềđường đi của tia đặc biệt:
* Đối với thấu kính hội tụ:
- Tia tới đi song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm.
- Tia tới đi qua tiêu điểm cho tia ló đi song song với trục chính
* Đối với thấu kính phân kì:
- Tia tới đi song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm.
- Tia tới thấu kính có đường kéo dài đi qua tiêu điểm cho tia ló đi song
song với trục chính
* Máy ảnh:
+ Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ.
+ Ảnh của vật phải ở ngay vị trí của phim cho nên muốn vẽ ảnh phảixác định vị trí đặt phim
P B
Trang 9
Cách dựng ảnh của vật qua máy ảnh giống như trường hợp dựng ảnhcủa một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) cho ảnh thật
Song cần lưu ý: Ảnh của vật qua máy ảnh bao giờ cũng hiện trên phim và
thường vẽ ảnh của vật qua máy ảnh ta chưa biết tiêu cự của máy ảnh nên tadựng tia tới đi qua quang tâm cho tia ló đi thẳng Giao điểm của tia ló vớiphim (màn) là ảnh B/ của B Trường hợp bài toán yêu cầu tìm tiêu cự của máyảnh thì vẽ tiếp tia đi song song với trục chính cho tia ló đi đến B/ Giao điểmcủa tia ló với trục chính là tiêu điểm của máy ảnh, lấy đối xứng qua quangtâm ta được tiêu điểm thứ hai
Đặc điểm của ảnh qua máy ảnh là:
+ Ảnh trên phim là ảnh thật, nhỏ hơn vật và ngược chiều với vật
* Mắt, mắt cận và mắt lão:
- Mắt: + Thể thuỷ tinh ở mắt là một thấu kính hội tụ
+ Màng lưới như phim ở máy ảnh
+ Điểm cực viễn: điểm xa mắt nhất mà ta có thể nhìn rõ được khikhông điều tiết Khoảng cách từ điểm cực viễn đến mắt là khoảng cực viễn
+ Điểm cực cận: điểm gần mắt nhất mà tại đó mắt phải điều tiếtmạnh nhất và ta có thể nhìn rõ được vật
Khoảng cực cận là khoảng cách từ điểm cực cận đến mắt
+ Khoảng nhìn rõ của mắt là từ điểm cực cận dến điểm cực viễn
* Mắt cận:
+ Mắt cận nhìn rõ những vật ở gần, nhưng không nhìn rõ những vật ởxa
+ Mắt cận phải đeo kính cận Kính cận là thấu kính phân kì (TKPK)
Kính cận phù hợp có tiêu điểm F trùng với điểm cực viễn của mắt
9
Q
Trang 10* Cách dựng ảnh của vật qua kính cận giống như trường hợp dựng ảnh củavật qua TKPK
* Cách dựng ảnh của vật qua kính lão giống như trường hợp dựng ảnh củavật qua TKHT cho ảnh ảo
B
Mắt
•F
B
Kinh lão
•
Trang 11+ Để dựng ảnh, hoặc xác định vị trí một vật qua kính lúp cần phải đặt vật trong khoảng tiêu cự của kính dể cho một ảnh ảo lớn hơn vật Mắt nhìn thấy ảnh ảo đó
* Cách dựng ảnh của vật qua kính lúp giống như trường hợp dựng ảnhcủa vật qua TKHT cho ảnh ảo
Bổ túc kiến thức toán học về tam giác đồng dạng:
Sau khi tóm tắt phần lí thuyêt cần ghi nhớ giáo viên giúp các em bổ túckiến thức toán về tam giác đồng dạng
Để tìm ra các cặp tam giác đồng dạng trong các hình vẽ là một vấn đềkhông phải là dễ đối với các em có học lực từ trung bình trở xuống, các emhọc lực khá đôi lúc còn lúng túng Cơ bản khi làm bài tập các em phải nhận rađược các cặp tam giác đồng dạng trong các trường hợp:
* TH 1: TKHT cho ảnh thật, máy ảnh và mắt là giống nhau
A
O
F' A'
Trang 12Lưu ý: Hai cặp tam giác đồng dạng ở trường hợp 1 và 2 có tên giống nhau,
cặp cạnh tỉ lệ của hai tam giác đều giống nhau song chỉ khác nhau khoảngcách A/F/
- Ở trường hợp 1: A/F/ =A/O – O F/
- Ở trường hợp 2: A/F/ =A/O + O F/
Giáo viên cần khắc sâu để các em nhớ: Trường hợp TKHT cho ảnh thật là
dấu trừ còn trường hợp TKHT cho ảnh ảo là dấu cộng.
- Trường hợp 3: khác với trường hợp 1 và 2 là cặp tam giác đồng dạngthứ hai đổi chữ F/ thành chữ F: OIF và A/B/F Và khoảng cách A/F= OF- A/O Khi các em đã nắm vững để có thể phân biệt được các điểm khác nhau trênthì các em không còn lúng túng khi xét các cặp tam giác đồng dạng cũng nhưtìm ra các cặp cạnh tỉ lệ nữa
Trang 13Ngay từ khi học lớp 6 các em đã biết có hai dạng bài tập đó là:
- Trắc nghiệm khách quan
- Trắc nghiệm tự luận
Trong trắc nghiệm khách quan thì có các dạng bài:
- Câu hỏi nhiều lựa chọn
Các dạng bài tập và phương pháp giải các loại bài tập tôi đã viết rất cụ
thể ở sáng kiến kinh nghiệm: Hình thành phương pháp giải bài tập vật lí THCS năm học 2005-2006, nên ở đề tài này tôi chỉ đề cập đến dạng bài tập
phần quang học lớp 9
3 Trình tự giải các loại bài tập
Những bài toán quang hình học lớp 9 được gói gọn ở chương III từ bài
40 đến bài 51 Mặc dù các em đã học phần quang ở năm lớp 7, nhưng chỉ lànhững khái niệm cơ bản, cho nên những bài toán loại này vẫn còn mới lạ đốivới học sinh, mặc dù không quá phức tạp đối với học sinh lớp 9 nhưng vẫntập dần cho học sinh có kỹ năng định hướng bài giải một cách có hệ thống, cókhoa học, dễ dàng thích ứng với các bài toán quang hình học đa dạng hơn ởcác lớp cấp trên sau này
Để học sinh có được kĩ năng giải bài tập phần quang hình, trước hết tôigiúp học sinh phân loại các dạng bài tập
3.1 Dạng 1: Bài tập định tính:
Đây là loại bài tập mà các em phải tự viết trọn vẹn câu trả lời Nhữngbài tập loại này thường khó vì ngoài việc nắm chắc nội dung vật lí của câu hỏi
13
Trang 14và câu trả lời, các em còn phải biết diễn đạt các câu trả lời một cách ngắn gọnphải đầy đủ và đúng ngữ pháp.
3.2 Dạng 2: Bài tập thí nghiệm thực hành.
Với yêu cầu của việc đổi mới phương pháp dạy học là đào tạo ra con ngườivừa có kiến thức khoa học kĩ thuật vừa có kĩ năng thực hành Do đó sách giáokhoa mới rất chú trọng đến việc tự thực hành của học sinh Khi làm dạng bàitập này học sinh phải nắm vững được yêu cầu của đề: Xác định một đại lượngnào hoặc tìm ra một đại lượng có liên quan…để chọn dụng cụ thực hành chohợp lí và các thao tác tiến hành thí nghiệm để xác định các đại lượng cần biếthay các đại lượng liên quan đó
3.3 Dạng 3: Bài tập về xác định vật, ảnh, vẽ tiếp đường truyền của tia sáng:
Để học sinh nắm được phương pháp giải và có thể giải thành thạo từngloại bài tập trong dạng này, tôi đã phân dạng bài tập này thành các loại bài tậpnhỏ để học sinh dễ nhớ nắm được và khắc sâu phương pháp giải cụ thể củatừng loại Tạm thời có thể phân ra thành 7 loại bài tập nhỏ sau:
3.3.1 Cho biết trục chính,vật, ảnh của vật tạo bởi thấu kính Xác định:
ảnh là ảnh thật hay ảnh ảo, thấu kính đã cho là loại thấu kính gì? Bằngphương pháp vẽ xác định quang tâm và tiêu điểm F, F/ của thấu kính
3.3.2 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính, hai tiêu điểm F,F/ củathấu kính
Xác định: thấu kính là loại nào? Bằng cách vẽ xác định vị trí vật hoặcảnh?
3.3.3 Cho biết vật và ảnh của vật qua thấu kính , bằng phép vẽ hãy xác
định loại thấu kính , trục chính và các tiêu điểm của thấu kính
3.3.4 Cho trục chính , vị trí quanmg tâm o, vật và ảnh của vật tạo bởi
thấu kính nằm ngay trên trục chính, bằng cách vẽ hãy xác định (có phân tích):loại thấu kính , tính chất ảnh ,vị trí các tiêu điểm chính của thấu kính
Trang 153.3.5 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính, đường đi của tia tới và
tia ló (có thể là một tia hoặc 2 tia) bằng cách vẽ xác định loại thấu kính, vị trívật sáng, ảnh của vật sáng qua thấu kính
3.3.6 Cho trục chính, vị trí đặt thấu kính, loại thấu kính, tiêu điểm , hai
tia ló Bằng phép vẽ hãy xác định nguồn sáng hoặc cho biết 2 tia tới, xác định
vị trí của nguồn sáng hoặc vẽ tiếp đường đi của chùm sáng đến thấu kính
3.3.7 Cho biết trục chính, vị trí đặt thấu kính và loại thấu kính, vật
hoặc ảnh đặt trên trục chính, bằng phép vẽ (có phân tích) Xác định vị trí củaảnh tạo bởi thấu kính hoặc vật đặt trước thấu kính
Với mỗi loại bài tập này tôi cho ít nhất là 3 bài: thấu kính hội tụ choảnh thật, thấu kính hội tụ cho ảnh ảo và thấu kính phân kì
Trong khuôn khổ của đề tài này tôi không thể đưa ra phương pháp giảicủa tất cả các loại trên mà tôi chỉ đưa ra một vài ví dụ cụ thể của một vài dạng
để đồng nghiệp tham khảo
3.4 Dạng 4 : Bài tập định lượng
Ở sáng kiến kinh nghiệm: Hình thành phương pháp giải bài tập vật líTHCS tôi viết năm học 2005- 2006 tôi dã trình bầy rất kĩ về việc giáo viênphải hình thành phương pháp giải bài tập này từ lớp 6 như thế nào nên ở sángkiến kinh nghiệm này tôi không đề cập đến nữa Tôi chỉ nhắc lại các bước giảimột bài tập định lượng nói chung và phương pháp bài tập quang học nóiriêng Gồm 4 bước:
B 1: Tìm hiểu và tóm tắt đề bài:
B 2 : Tìm các công thức có liên quan đến các đại lượng cần tìm Khi xác
định được đại lượng cần tìm thì phải lập được sơ đồ giải
B 3 : Vận dụng các công thức, các cặp tam giác đồng dạng tìm ra các cặp
cạnh tỉ lệ có liên quan đến đại lượng cần tìm để giải bài toán
B 4 : Kiểm tra kết quả và kết luận.
4 Một số ví dụ cụ thể:
15