Sáng kiến kinh nghiệm Các phương pháp giải bài toán quang hình học Lớp 9

Nội dung tài liệu: Sáng kiến kinh nghiệm Các phương pháp giải bài toán quang hình học Lớp 9

1. MỤC LỤC Nội dung Trang Mục lục 1 Phần 1: Mở đầu 3 1. Mục đích của sáng kiến 3 2. Sáng kiến có gì khác với những sáng kiến, biện pháp, giải pháp 3 trước đây 3. Đóng góp của sáng kiến 4 Phần 2: Nội dung 5 Chương 1: Cơ sở khao học của sáng kiến 5 1.1 Cơ sở lí luận 5 1.2 Cơ sở thực tiễn 6 Chương 2: Thực trạng sử dụng các phương pháp giải bài toán quang 7 hình học lớp 9 2.1. Thực trạng chung của việc giải bài toán quang hình học lớp 9 7 trong trường THCS. 2.2. Thực trạng việc giải bài toán quang hình học lớp 9 trong trường 8 THCS Lãng Ngâm. Chương 3: Những giải pháp mang tính khả thi. 9 3.1 Tìm hiểu các dạng bài tập quang hình học lớp 9. 9 3.1.1. Dạng 1: Bài tập xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu cự, 9 tiêu điểm của thấu kính khi biết vật sáng (điểm sáng), ảnh của vật (ảnh của điểm sáng) và trục chính của thấu kính. 3.1.2. Dạng 2 (bài tập cơ bản): Tính khoảng cách từ ảnh đến thấu 10 kính (d’) và chiều cao của ảnh (h’) khi biết khoảng cách từ vật sáng đến thấu kính (d), chiều cao của vật sáng (h) và tiêu cự của thấu kính (f). 3.1.3. Dạng 3 (Một số trường hợp đặc biệt thường gặp): Tính 11 khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (d’) và chiều cao của ảnh (h’) khi biết khoảng cách từ vật sáng đến thấu kính (d), chiều cao của vật sáng (h) 1
2. và tiêu cự của thấu kính (f). 3.1.4. Dạng 4: Bài tập về mắt, máy ảnh và kính lúp. 12 3.2. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng 13 3.2.1. Các phương pháp giải bài toán quang hình học chung: 13 3.2.2. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp 14 dụng cho dạng 1: 3.2.3. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp 15 dụng cho dạng 2 3.2.4. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp 21 dụng cho dạng 3: 3.2.5. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp 25 dụng cho dạng 4: 3.2.6 Một số bài tập tự trắc nghiệm khách quan (tham khảo) 30 Chương 4: Kiểm chứng các giải pháp đã triển khai trong sáng kiến 33 4.1 Đánh giá chung khi sử dụng các phương pháp giải toán quang 33 hình học lớp 9 4.2 Đánh giá kết quả đạt được khi học sinh được hướng dẫn và áp 33 dụng các phương pháp giải cho bài tập quang hình 4.3 Kiểm chứng thông qua các trong các bài kiểm tra giữa kì và cuối kì. 34 Phần 3: Kết luận 35 1. Những vấn đề quan trọng nhất được đề cập đến trong sáng kiến 35 2. Hiệu quả thiết thực của sáng kiến 36 3. Kiến nghị 37 Phụ lục 37 Tài liệu tham khảo 37 2
3. PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1. Mục đích của sáng kiến Môn vật lý là một môn thực nghiệm, việc dạy và học bộ môn cần phải kết hợp giữa lí thuyết với thực hành và thực tiễn mới giúp học sinh nắm bài nhanh và lâu hơn cho hầu hết các bài học trong chương trình học. Giúp học sinh say mê môn học nắm vững kiến thức về lí thuyết để vận dụng thành thạo vào việc giải bài tập đặc biệt là là bài tập quang hình trong chương III: Quang học. Bằng việc được quan sát thầy cô giáo làm thí nghiệm hay trực tiếp các em làm thí nghiệm rồi cùng nhau hoạt động nhóm bàn bạc đưa ra nhận xét và kết luận chung để tìm ra nội dung cần ghi nhớ của bài sẽ làm các em nắc chắc kiến thức lí thuyết. Khi đã nắm chắc kiến thức lí thuyết thì việc giải bài tập quang hình học với học sinh sẽ thuận lợi hơn nhiều. Tuy nhiên vì nhiều lí do khác nhau trong đó có lí do các em chưa có phương pháp và kĩ năng làm bài tập quang hình mà nhiều học sinh thấy việc giải bài tập liên quan gặp nhiều khó khăn. Phần bài tập quang hình là phần bài tập đa dạng, khó đối với học sinh THCS, nếu chỉ hướng dẫn học sinh tìm tòi kiến thức như sách giáo khoa thì đa số học sinh đều rất lúng túng khi giải các bài tập quang hình. Nguyên nhân chủ yếu là do học sinh chưa có phương pháp giải bài tập hợp lý. Để cung cấp một số phương pháp giải bài tập quang hình lớp 9 nhằm giúp học sinh giải tốt được các dạng bài tập đã được học một cách bền vững sâu sắc và có hiệu quả cao trong quá trình dạy học nâng cao chất lượng học sinh giỏi môn vật lý, cá nhân tôi đã áp dụng một số phương pháp giải các bài tập quang hình khi dạy về phần quang học. Vì vậy tôi mạnh dạn đề xuất sáng kiến: " Các phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9" 2. Sáng kiến có gì khác với những sáng kiến, biện pháp và giải pháp trước đây. Trong quá trình dạy học bộ môn vật lí việc các em học sinh nắm chắc các kiến thức về lí thuyết để áp dụng vào giải các bài tập có vai trò quyết định để các 3
4. em học tốt môn học và từ đó say mê bộ môn. Tuy nhiên ngoài điều đó thì để các em làm thành thạo các dạng bài tập cơ bản và nâng cao của môn học thì các em cần có những phương pháp giải bài tập. Trong sáng kiến này tôi nhận thấy có nhứng điểm mới: -Trước tiên giúp các em yêu thích và say mê môn học từ đó hình thành ý thức tự giác nghe giảng, học bài và làm bài tập. - Sử dụng phương pháp thuyết trình kết hợp với việc sử dụng các thiết bị dạy học trực quan. - Biến quá trình học tập của học sinh thành quá trình tự học thông qua các bài giảng có liên hệ với thực hành và thực tiễn. Gợi mở các khả năng tiềm ẩn trong học sinh, kích thích sự sáng tạo trong học tập của học sinh. - Giúp cho việc giải bài tập đặc biệt là bài tập quang hình của học sinh trở lên dễ dàng và thú vị từ đó khơi gợi niềm say mê yêu thích môn học của học sinh. - Nắm được các phương pháp giải bài tập quang hình cơ bản và nâng cao giúp các em học sinh tự tin giải các bài tập theo hướng sáng tạo của riêng mình. - Tổ chức cho học sinh thảo luận theo nhóm để giải quyết vấn đề và cử đại diện nhóm lên trình bày ( đại diện thường là học sinh khá, giỏi ). - Thông qua các bài tập trong VBT, SBT, các đề thi của các năm và các sách nâng cao cung cấp cho học sinh thấy được cầu trúc của đề thi trong từng chương, và từng phần của mỗi chương cụ t hể, từ đó định hướng học tập và hướng sự tiếp cận của học sinh sao cho chất lượng các kì thi được nâng cao. - Dạy học sinh cách sáng tạo, bằng việc đặt ra câu hỏi, những tình huống trong những trong những trường hợp cụ thể, bước đầu giúp các em trở thành chủ thể của sự sáng tạo, để các em tự biết đặt ra những tình huống cụ thể và có những cách giải quyết tình huống đó dưới góc nhìn của học sinh. 3. Đóng góp của sáng kiến. Trong quá trình dạy học môn vật lí tại trường THCS Lãng Ngâm. Tôi đã đưa sáng kiến vào việc giảng dạy trên lớp trong các giờ bài tập, ôn tập và ôn thi 4
5. học kì, ôn thi học sinh giỏi và ôn thi vào THPT (một số năm) so sánh với những năm trước tôi nhận được nhiều tín hiệu tích cực từ phía học sinh: - Học sinh chủ động và tự tin hơn khi làm bài tập cũng như khi h ọc bộ môn đa số các em làm tốt các bài tập cơ bản trong các bài kiểm tra trên lớp, thi học kì. Một số học sinh có niềm yêu thích đặc biệt và say mê thật sự bộ môn thể hiện trong giờ học, trong bài kiểm tra, qua sự sáng tạo tìm ra các cách giải bài tập thú vị dễ hiểu. - Đóng góp một cách tiếp cận mới trong dạy các bài ôn tập giải bài tập toán hình học cho học sinh, tạo ra sự hứng thú trong những bài tập vật lí tưởng chừng như khó hiểu khô khan thành những bài tập dễ hiểu thú vị có tính ứng dụng cao trong thự tế. - Đẩy mạnh hoạt động học tập của học sinh, phương pháp đưa ra tăng hứng thú học tập góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn Vật lí trong trường THCS Lãng Ngâm. - Xây dựng một số tình huống ở một số bài toán có tính nâng cao cho học sinh nhằm đón đầu những phương án đề thi có thể đề cập đến. - Tạo ra một tài liệu tham khảo trong quá trình dạy học cho các thành viên trong tổ. PHẦN 2. NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở khoa học của sáng kiến. 1.1 Cơ sở lí luận Môn vật lý là một trong những môn học lý thú, hấp dẫn trong nhà trường phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn đời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta. Hơn nữa môn học này càng ngày lại càng càng 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 " Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài", góp phần xây dựng Tổ Quốc ngày một giàu đẹp hơn. Hơn nữa đội ngũ học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt và thật hùng hậu về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đóng góp 5
6. 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. Ta đã biết ở giai đoạn 1 ( lớp 6 và lớp 7 ) vì khả năng tư duy của học sinh còn hạn chế, vốn kiến thức toán học chưa nhiều nên SGK chỉ đề cập đến những khái niệm, những hiện tượng vật lý quen thuộc thường gặp hàng ngày. Ở giai đoạn 2 ( lớp 8 và lớp 9 ) khả năng tư duy của các em đã phát triển, đã có một số hiểu biết ban đầu về khái niệm cũng như hiện tượng vật lý 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 HS được học vào năm thứ ba kể từ khi thay sách GK lớp 9 . Thực tế qua nhiều năm dạy chương trình thay sách lớp 9 bản thân nhận thấy: Các bài toán quang hình học lớp 9 mặc dù chiếm một phần nhỏ trong chương trình Vật lý 9, nhưng đây là loại toán các em hay lúng túng, nếu các em được hướng dẫn một số điểm cơ bản thì những loại toán này không phải là khó. Từ những lý do trên, để giúp HS lớp 9 có một định hướng về phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9, nên chúng tôi đã chọn đề tài này để viết sáng kiến kinh nghiệm. Sau một thời gian ngắn tìm hiểu, kiểm nghiệm, chúng tôi đã nhận thấy được thực trạng và một số nguyên nhân sau: 1.2 Cơ sở thực tiễn Đối với các em học sinh điều thiếu nhất khi giải các bài tập cho các môn học nói chung và môn vật lí nói riêng là có những phương pháp giải cho từng bài, từng dạng bài cụ thể. Vì vậy nếu các em nắm được các phương pháp giải và vận dụng nó vào các bài tập cụ thể đóng góp một phần quan trọng vào nâng cao chất lượng học tập môn vật lí trong các trường trung học cơ sở nói chung và chất lượng môn vật lí trong trường THCS Lãng Ngâm nói riêng. Trong quá trình giảng dạy và bồi dưỡng môn vật lí đối với một số giáo viên mới tham gia giảng dạy đôi khi chưa định hướng rõ cho học sinh từng phương pháp chung cho từng dạng bài và phương pháp cụ thể cho từng bài. Do đó việc giải bài 6
7. tập của học sinh còn khó khăn và lúng túng từ đó hình thành tâm lí chán nản khi học bộ môn của học sinh. Đối với trường THCS Lãng Ngâm vấn đề chất lượng đại trà nói chung và chất lượng bộ môn nói riêng luôn được ban giám hiệu và nhà trường quan tâm một cách đặc biệt. Điều đó đòi hỏi người dạy phải tìm ra các phương pháp giảng dạy hiệu quả nhằm phù hợp với đa dạng các đối tượng học sinh khác nhau, kích thích sự sáng tạo của học sinh, nhằm nâng cao chất lượng đại trà và chất lượng học sinh đỗ vào các trường THPT. Chương 2: Thực trạng sử dụng các phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9 2.1. Thực trạng chung của việc giải bài toán quang hình học lớp 9 trong trường THCS. Khi giải một số bài tập nâng cao giáo viên thường bổ sung thêm kiến thức ngoài SGK và hướng dẫn để học sinh áp dụng kiến thức mới vào việc giải bài tập Cách làm này cũng có tác dụng nâng cao chất lượng bộ môn, nhưng cũng gây rắc rối cho không ít học sinh (nhất là đối tượng học sinh trung bình và yếu) vì các em phải cố nhớ thêm các kiến thức mới trong khi kiến thức cơ bản trong SGK chưa thuộc, chưa hiểu. Từ thực trạng trên tôi đã khảo sát chất lượng học sinh, tìm ra các nguyên nhân dẫn đến các em lúng túng khi giải các bài tập phần quang hình như sau: - 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 vật lý. - Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài còn chậm, lúng túng từ đó không nắm chắc các kiến thức, các công thức, định lý, các hệ quả, kĩ năng cơ bản do đó khó mà vẽ hình và hoàn thiện được một bài toán quang hình học lớp 9. - Nhiều học sinh (yếu, trung bình) còn chưa có tâm thế nghe giảng tốt, chưa chịu khó học bài cũ và làm bài tập về nhà. 7
8. - Kiến thức toán hình học còn hạn chế (tam giác đồng dạng, tam giác bằng nhau tính chất đường trung bình và hình chữ nhật ) nên không thể giải toán được. - Học sinh đọc đề hấp tấp, qua loa, khả năng phân tích đề, tổng hợp đề còn yếu, lượng thông tin cần thiết để giải toán còn hạn chế. - Học sinh vẽ hình còn lúng túng. Một số vẽ sai hoặc không vẽ được ảnh của vật qua thấu kính, qua mắt, qua máy ảnh do đó không thể giải được bài toán. - Môt số chưa nắm được kí hiệu các loại kính, các đặc điểm của tiêu điểm, các đường truyền của tia sáng đặt biệt, chưa phân biệt được ảnh thật hay ảnh ảo. Một số khác không biết biến đổi công thức toán . - Chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán quang hình học lớp 9. Các phương pháp dạy học đa dạng và phong phú việc áp dụng mỗi phương pháp trong quá trình giảng dạy bao giờ cũng có những mặt tích cực và những mặt hạn chế. Vấn đề đối với người dạy sử dụng phương pháp nào để giảng dạy một vấn đề tạo ra hiệu quả tối đa, nâng cao được tính tích cực giảm tối đa những hạn chế của phương pháp đối với vấn đề cần truyền thụ. 2.2. Thực trạng việc giải bài toán quang hình học lớp 9 trong trường THCS Lãng Ngâm. Trong quá trình giảng môn vật lí tại trường THCS Lãng Ngâm, đặc biệt là môn vật lí 9, tôi nhận thấy rằng những hạn chế của học sinh trường mình cũng có nhiều điểm chung với những hạn chế của các em học sinh THCS nói chung. Đặc thù của trường là khối lớp học được phân làm hai lớp, lớp chọn và lớp thường. Đối với các em học sinh ở lớp chọn đa phần là các em có học lực khá và giỏi. Đối với các lớp thường thì học lực của các em đa phần là yếu và trung bình. Khi giảng dạy trong lớp chọn thì ý thức tự giác và tự học của các em rất cao nên việc nắm bài trên lớp của đa số các em là hiểu và vận dụng tốt để làm bài tập cơ bản trong VBT và SBT. Tuy nhiên các em chưa có nhiều kĩ năng làm 8
9. bài tập và kĩ năng vận dụng kiến thức liên môn để giải bài tập nên việc giải bài tập quang hình học vẫn còn lúng túng. Đối với học sinh các lớp thường, bản thân các em chưa xác định đúng mục đích học tập nên nhiều em chưa thực sự chú ý nghe giảng trên lớp, không nắm được kiến thức trọng tâm cộng thêm về nhà chưa chăm chỉ học bài và làm bài tập. Vì vậy đối với các em việc vẽ hình, nhớ tính chất của ảnh qua các dụng cụ quang học còn nhiều khó khăn dẫn đến việc giải bài tập quang hình lại càng thêm lúng túng. Bản thân tôi với những kinh nghiệm của mình qua một số năm giảng dạy bộ môn và được học hỏi trên nhiều kênh thông tin. Tôi mạnh dạn đưa một số phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9 vào giảng dạy trong các lớp của khối 9 tại trường. Bước đầu thu được những phản hồi rất tích cực từ phía học sinh ở cả hai loại lớp. Đa số học sinh biết cách làm các dạng bài tập quang hình học cơ bản trong VBT và SBT. Đã có thêm nhiều học sinh say mê môn học hơn. Điều quan trọng hơn cả là kết quả khảo sát trong các kì thì đạt được kết quả cao. Trên những điều kiện thực tế đó bản thân tôi mạnh dạn trình bày sáng kiến " Các phương pháp giải bài toán quang hình học lớp 9" nhằm đưa ra cho các em học sinh những phương pháp cơ bản cụ thể và chung cho từng bài , từng dạng bài toán quang hình học trong hoạt động dạy và học để nâng cao chất lượng bộ môn vật lí trong trường THCS Lãng Ngâm. Chương 3: Những giải pháp mang tính khả thi 3.1 Tìm hiểu các dạng bài tập quang hình học lớp 9. 3.1.1. Dạng 1: Bài tập xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu cự, tiêu điểm của thấu kính khi biết vật sáng (điểm sáng), ảnh của vật (ảnh của điểm sáng) và trục chính của thấu kính. Kiến thức cần nắm để áp dụng giải bài tập dạng này: - Các tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ (TKHT) và cách vẽ các tia sáng đó qua các thấu kính: + Tia sáng song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm (F ’) của thấu kính. 9
10. + Tia sáng đi qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng theo phương của tia tới. + Tia sáng đi qua tiêu điểm (F) cho tia ló song song với trục chính của thấu kính. + cách vẽ các tia sáng qua các TKHT: .S (1) (2) .O .F’ .F (3) S’ - Các tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì (THPK): + Tia sáng song song với trục chính của thấu kính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm của thấu kính. + Tia sáng đi qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng theo phương của tia tới. + Tia sáng đi qua tiêu điểm (F) cho tia ló song song với trục chính của thấu kính. + cách vẽ các tia sáng qua các TKPK: S (1) (3) ’ S F’ (2) .O F 3.1.2. Dạng 2 (bài tập cơ bản): Tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (d’) và chiều cao của ảnh (h ’) khi biết khoảng cách từ vật sáng đến thấu kính (d), chiều cao của vật sáng (h) và tiêu cự của thấu kính (f). Kiến thức cần nắm để áp dụng giải bài tập dạng này: - Tính chất của ảnh của vật qua TKHT và TKPK - Cách dựng ảnh của vật sáng qua TKHT (cho ảnh thật và cho ảnh ảo) : 10
11. B. ’ B B h’ ’ h A’ h O A ’ A O A F’ h’ d d d’ B’ d’ - Cách dựng ảnh của vật sáng qua TKPK: I B B’ ’ A F A O V - Kiến thức hình học về tam giác đồng dạng - Các phép biến đổi toán học cơ bản 3.1.3. Dạng 3 (Một số trường hợp đặc biệt thường gặp): Tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (d ’) và chiều cao của ảnh (h ’) khi biết khoảng cách từ vật sáng đến thấu kính (d), chiều cao của vật sáng (h) và tiêu cự của thấu kính (f). a) Đối với TKHT: - Tường hợp 1: Khi vật sáng đặt cách TKHT một khoảng bằng 1 nửa tiêu cự của thấu kính (d= 1/2f ) - Tường hợp 2: Khi vật sáng đặt cách TKHT một khoảng bằng hai lần tiêu cự của thấu kính (d= 2f ). b) Đối với TKPK: Khi vật sáng đặt cách TKPK một khoảng bằng khoảng tiêu cự của thấu kính (d= f ) 11
12. c) Các kiến thức cần nắm để giải bài tập dạng này: - Cách dựng ảnh của vật sáng qua các thấu kính đúng tỉ lệ yêu cầu - Các kiến thức hình học về: Hai tam giác bằng nhau, tính chất đường trung bình, tính chất hình chữ nhật - Các phép biến đổi toán học cơ bản 3.1.4. Dạng 4: Bài tập về mắt, máy ảnh và kính lúp. Kiến thức cần nắm để áp dụng giải bài tập dạng này: - Tính chất của ảnh của vật qua mắt, máy ảnh và kính lúp 25 25 - Công thức của kính lúp: G f (f được tính theo đơn vị cm) f G - Cách dựng ảnh của vật sáng qua mắt và máy ảnh (cho ảnh thật ) : P B A/ F’ A O B’ Q - Giải thích tác dụng của kính cận (THPK)và kính lão (TKHT): * Kính cận (TKPK) : +Khi vật ở rất xa mắt cận không nhìn rõ được. Đeo kính cận vật qua TKPK cho ảnh rơi vào khoảng nhìn rõ của mắt cận, ảnh của vật được đẩy lại gần thấu kính hơn, rồi ảnh đó trở thành vật đối với thể thủy tinh (TKHT) sẽ cho ảnh trên võng mạc ta nhìn thấy rõ nét. (Hình vẽ) V B B’ A’’ B’’ A F, Cv A’ + Kính cận tốt nhất là có F trùng với điểm cực viễn của mắt cận. Vì khi vật ở xa vô cực qua TKPK cho ảnh tại tiêu điểm F 12
13. * Kính lão (TKHT): + Muốn nhìn rõ các vật ở gần thì phải đeo kính là thấu kính hội tụ (TKHT) để cho ảnh ảo được đẩy ra xa thấu kính hơn. + Khi đeo kính viễn vật qua TKHT cho ảnh rơi vào khoảng nhìn rõ của mắt viễn rồi ảnh đó trở thành vật đối với thể thủy tinh (TKHT) sẽ cho ảnh trên võng mạc ta nhìn thấy rõ nét. (Hình vẽ) B’ B V A’ ’’ C F A A c B’’ - Cách dựng ảnh của vật sáng qua kính lúp (TKHT cho ảnh ảo) B’ h’ B h’ A’ A O d’ d F’ - Các kiến thức hình học về tam giác đồng dạng - Các phép biến đổi toán học cơ bản 3.2. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng 3.2.1. Các phương pháp giải bài toán quang hình học chung: - Cho HS đọc kỹ đề từ 3 đến 5 lần cho đến khi hiểu. - Hướng dẫn phân tích đề và đặt câu hỏi: + Bài toán cho biết gì? + Cần tìm gì? 13
14. + Yêu cầu gì? + Dùng kiến thức nào để dùng để giải? + Công thức nào được áp dụng? + Vẽ hình như thế nào? Tính chất ảnh ra sao? + Ghi tóm tắt thế nào? - Kết luận 3.2.2. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng cho dạng 1: 3.2.2. 1 Phương pháp giải bài toán quang hình học cho dạng 1: - Nối vật (S) với ảnh (S’)cắt trục chính ở đâu đó là quang tâm O - Tại O kẻ vuông góc với trục chính được vị trí đặt thấu kính - Tùy vào tính chất của ảnh ma ta biết đó là loại thấu kính nào - Từ vật sáng (S) kẻ đường thẳng song song với trục chính cắt thấu kính tại I, nối I với ảnh cắt trục chính tại đâu đó chính là tiêu điểm F (F’) 3.2.2.2. Bài tập áp dụng cho dạng 1: BT1: Cho HV S là vật sáng, S’ là ảnh. Hãy xđ loại TK, quang tâm, tiêu điểm. ’ S S. . S b a . ) ) ’ S B B B ’ c) A’ d) . A A’ A B’ 14
15. BT2: Cho HV S là vật sáng, S’ là ảnh. Hãy xđ loại TK, quang tâm, tiêu điểm. S S’ . B B’ . a) b) A A’ 3.2.3. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng cho dạng 2: 3.2.3. 1 Phương pháp giải bài toán quang hình học cho dạng 1: Sau khi vẽ hình xác định được tính chất của ảnh của vật qua thấu kính thì tiến hành giải theo các bước: - Xét cặp OA’B’ : OAB OA' A'B' d ' h' => 1 OA AB d h A'B' A'F ' A'B' A'F ' - Xét cặp A’B’ F’ : OIF’ => OI OF ' AB OF ' A ' B ' O A ' O F ' h ' d ' f 2 A B O F ' h f d. f h.d' d ' h' + Từ đó => d f + Từ đó => d 3.2.3. 2. Bài tập tổng quát cho cho dạng 1: - Bài tâp 1: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng d thấu kính có tiêu cự f sao cho (d> f). Biết vật sáng có chiều cao h. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? 15
16. b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh theo d, h và f ? c) Dựa vào kiến thức hình học hãy tìm công thức tính tiêu cự của thấu kính? - Lời giải: Tóm tắt: d> f a) Dựng ảnh A’B’ của AB h, f, d b) d’ =?, h’=? B I c) Tìm f=? h A’ F’ ’ a) Dựng ảnh A’B của AB A O h’ d d’ B’ b) Từ hình vẽ ta có: - OA’B’ : OAB (g.g) OA' A'B' d ' h' => 1 OA AB d h - A’B’ F’ : OIF’ (g.g) A'B' A'F ' A'B' A'F ' OI OF ' AB OF ' A ' B ' OA ' OF ' h ' d ' f 2 AB OF ' h f - Từ (1) và (2) d ' d ' f d. f d '. f d ' f .d d '.d d '. f d. f (3) d ' (4) d f d f h .d ' - Từ (1) và (4) => h' d c) Tìm f Từ công thức (3) chia cả hai vế cho d.d’.f (vì d, d’, f đều khác 0) ta được: 16
17. 1 1 1 1 1 1 => f d d ' f d d ' (*) (Công thức thấu kính) d '. f d. f d d ' d ' f d f - Bài tâp 2: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng d thấu kính có tiêu cự f sao cho (d 1 OA AB d h A'B' A'F ' A'B' A'F ' - A’B’ F’ : OIF’ (g.g) OI OF ' AB OF ' 17
18. A'B' OA' OF ' h' d ' f 2 AB OF ' h f - Từ (1) và (2) d ' d ' f d. f d '. f d ' f .d d '.f d '.d d. f (3) d ' (4) d f f d h.d' h' - Từ (1) và (4) => d c) Tìm f Từ công thức (3) chia cả hai vế cho d.d’.f (vì d, d’, f đều khác 0) ta được: 1 1 1 1 1 1 => d f d ' f d d ' ( ) (Công thức thấu kính) ' d . f ' d. f d d d ' f f d - Bài tâp 3: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKPK cách thấu kính một khoảng d thấu kính có tiêu cự f . Biết vật sáng có chiều cao h. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKPK? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh theo d, h và f ? c) Dựa vào kiến thức hình học hãy tìm công thức tính tiêu cự của thấu kính? Lời giải: Tóm tắt: h, f, d a) Dựng ảnh A’B’ của AB b) d’ =?, h’=? c) Tìm f=? 18
19. a) Dựng ảnh A’B’ của AB I B B’ ’ A F A O V b) Từ hình vẽ ta có: OA' A'B' d ' h' - OA’B’ : OAB (g.g) => 1 OA AB d h A'B' A'F A'B' A'F - A’B’ F : OIF (g.g) OI OF AB OF A ' B ' O F O A ' h ' f d ' 2 A B O F h f - Từ (1) và (2) d ' f d ' d. f d '. f f d ' .d d '.f d '.d d. f (3) d ' (4) d f f d h.d' h' - Từ (1) và (4) => d c) Tìm f Từ công thức (3) chia cả hai vế cho d.d’.f (vì d, d’, f đều khác 0) ta được: 1 1 1 1 1 1 => ( ) (Công thức thấu kính) d f d ' f d ' d ' d . f ' d. f d d f d ' d f 3.2.3. 3. Bài tập áp dụng cho cho dạng 1: (học sinh tự giải) 19
20. - Bài tâp 1: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng 36cm, thấu kính có tiêu cự 12cm. Biết vật sáng có chiều cao 1cm. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh ? 1 1 1 c) Chứng minh công thức của thấu kính : f d d ' ? - Bài tâp 2: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng 8cm, thấu kính có tiêu cự 12cm. Biết vật sáng có chiều cao 9mm. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh ? 1 1 1 c) Chứng minh công thức của thấu kính : f d d ' ? - Bài tâp 3: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKPK cách thấu kính một khoảng 25 cm, thấu kính có tiêu cự 12cm. Biết vật sáng có chiều cao 10mm. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh ? 20
21. 1 1 1 c) Chứng minh công thức của thấu kính : f d ' d ? Bài 4: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của 1 TKHT có f =12cm, cách TK 16cm, A nằm trên trục chính. a.Xác định khoảng cách từ ảnh của AB tới TK b. Tính tỉ số A’B’/AB Bài 5: Một vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của TKHT có f = 12cm, A nằm trên trục chính, cách TK 8cm. Biết AB cao 2 cm. a. Tính khoảng cách từ ảnh đến TK b. Tính chiều cao của ảnh Bài 6: Vật sáng AB cao 2cm được đặt vuông góc với trục chính của 1 TKPK có tiêu cự 12cm. Điểm A nằm trên trục chính và cách TK một khoảng 24cm. a. Vẽ ảnh A’B’ tạo bởi TK b. Tính khoảng cách từ ảnh đến TK c. Tính chiều cao của ảnh Bài 7 : Đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính của một TKHT cho ảnh A’B’ bằng 1 AB. Vật AB cách thấu kính 60cm. 3 a. Tính tiêu cự của thấu kính. b. Xác định vị trí ảnh và vẽ hình 3.2.4. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng cho dạng 3: 3.2.4. 1. Phương pháp giải bài toán quang hình học cho dạng 3: - TKHT trường hợp d=2f dựa vào hình vẽ chứng minh hai tam giác bằng nhau A’B’O và ABO (cạnh huyền góc nhọn) => A’B’= AB và A’O = AO hay h’ =h và d’ = d 21
22. - TKHT trường hợp d= 1/2 f dựa vào hình vẽ chứng minh AB là đường trung bình củ tam giác A’B’O => AB= ½ A’B’ và AO =1/2 A’O =>A’B’= 2 AB và A’O = 2AO hay h’ =2h và d’ =2d - TKPK trường hợp d= f dựa vào hình vẽ chứng minh tứ giác ABIO là hình chữ nhật =>dựa vào tính chất hai đường chéo của hình chữ nhật => B’ là trung điểm của đường BO=>A’B’ là đường trung bình của tam giác ABO => A’B’= ½ AB và A’O = ½ AO hay h’ =1/2h và d’ =1/2 d 3.2.4. 2. Bài tập tổng quát cho dạng 3: Bài tập 1: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng d thấu kính có tiêu cự f sao cho d= 2f. Biết vật sáng có chiều cao h. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh theo d, h và f ? Lời giải: Tóm tắt: d=2f a) Dựng ảnh A’B’ của AB B I h, f, d b) d’ =?, h’=? h F’ A’ A F O a) Dựng ảnh A’B’ của AB d d h ’ ’ ’ - Theo đề bài ta có OA= 2OF = 2OF’ B mà OA = BI (tứ giác ABIO là hình chữ nhật) => BI = 2 OF’ => OF’ là đường trung bình trong tam giác BIB’ mặt khác BI // OF’ (gt) => BO= OB’ - Xét OA’B’ và OAB có: 22
23. + A A' 900 (gt) + A'OB' AOB (đối đỉnh) => OA’B’ = OAB (cạnh huyền góc nhọn) + OB’= BO (chứng minh trên) => A’B’= AB và A’O = AO hay h’ =h và d’ = d Bài tập 2: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKHT cách thấu kính một khoảng d thấu kính có tiêu cự f sao cho d= 1/2f. Biết vật sáng có chiều cao h. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKHT? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh theo d, h và f ? Lời giải: Tóm tắt: d=1/2f a) Dựng ảnh A’B’ của AB h, f, d b) d’ =?, h’=? a) Dựng ảnh A’B’ của AB B. ’ h’ B I h ’ O F = A A F’ d d’ - Theo đề bài ta có OA= 1/2OF = 1/2OF’ mà OA = BI (tứ giác ABIO là hình chữ nhật) => BI = 1/2 OF’ => BI là đường trung bình trong tam giác OB’F’ mặt khác BI // OF’ (gt) => B’B = OB - Xét OA’B’ có: + B’B = OB (cmt) =>AB là đường trùng bình của tam giác OA’B + A B// A’B’ (giả thiết) => OA= ½ OA’ và AB= ½ A’B’ hay d’ = 2d và h’ = 2h 23
24. Bài tập 3: Đặt vật sáng AB dạng mũi tên vuông góc với trục chính của TKPK cách thấu kính một khoảng d đúng bằng tiêu cự của TKPK, thấu kính có tiêu cự f. Biết vật sáng có chiều cao h. a) Dựng ảnh của vật sáng AB qua TKPK? b) Dựa vào kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh của vật sáng đến thấu kính và chiều cao của ảnh theo d, h và f ? Lời giải: Tóm tắt: d= f a) Dựng ảnh A’B’ của AB h, f, d b) d’ =?, h’=? a) Dựng ảnh A’B’ của AB B ’ I B O A = F A’ V b) -Từ hình vẽ ta thấy tứ giác ABIO là hình chữ nhật (có 4 góc vuông) =>B’B= B’O (tính chất hai đường chéo) - Xét OAB có: + B’B= B’O (chứng minh trên) =>A’B’ là đường trùng bình của + A’B’// A B (giả thiết) tam giác OAB => OA’= ½ OA và A’B’ = ½ AB hay d’ =1/2 d và h’ =1/2h 3.2.4. 3. Bài tập áp dụng (học sinh tự giải): Bài tập 1: Vật sáng AB vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, A thuộc trục chính và cách thấu kính 20 cm. Tiêu cự thấu kính là 10cm. a) Xác định vị trí ảnh A’B’ của AB b) Vẽ hình. Ảnh A’B’ là ảnh thật hay ảnh ảo? Giải thích. Biết vật cao 5 cm tính chiều cao của ảnh. 24
25. Bài tập 2: Vật sáng AB nằm vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’ gấp 2 lần vật. a. Ảnh A’B’ là ảnh thật hay ảnh ảo? Giải thích? b. Nếu tiêu cự là 24 cm. Xác định vị trí đặt vật AB Bài tập 3: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kỳ có tiêu cự 10cm. Khoảng cách từ vật đến thấu kính 10 cm. a) Ảnh A’B’ của AB là ảnh thật hay ảnh ảo? Tại sao? b) Vẽ hình. Xác định vị trí ảnh và chiều cao của ảnh biết vật cao 20mm ? 3.2.5. Các phương pháp giải bài toán quang hình học và bài tập áp dụng cho dạng 4: 3.2.5. 1. Phương pháp giải bài toán quang hình học cho dạng 4: - Mắt và máy ảnh thường sử dụng: + Hai tam giác đồng dạng OA’B’ và OAB => OA' A'B' d ' h' 1 áp dụng công thức (1) tìm 1 yếu tố khi biết 3 yếu tố OA AB d h còn lại + Sử dụng công thức thấu kính hội tụ cho ảnh thật: ' 1 1 1 d . f ' d. f ' d d f d d d ' f d f - Mắt cận và mắt lão: + Kính cận (TKPK) sử dụng cách chứng minh của TKPK và các công ' 1 1 1 d . f ' d. f thức của TKPK => ' d d ( OC =OF = f) f d d f d ' d f v 25