Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và hướng dẫn giải bài tập quang hình học Lớp 9 nâng cao

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và hướng dẫn giải bài tập quang hình học Lớp 9 nâng cao

1. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. PHẦN I: MỞ ĐẦU I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Toán quang hình trong vật lý nâng cao vốn dĩ là một loại toán hay, có thể giúp học sinh đào sâu suy nghĩ, rèn luyện tư duy, rèn luyện tính kiên trì và cẩn thận. Nó được xem là một loại toán khá phong phú về chủ đề và nội dung, về quan điểm và phương pháp giải toán. Vì thế toán quang hình được xem là một phần trọng điểm của chương trình Vật lí nâng cao đối với học sinh thi Học sinh giỏi và thi vào 10 chuyên. Song việc giải một bài toán quang hình thường phải sử dụng rất nhiều kĩ năng của môn hình học như: Vẽ hình, chứng minh, tính kích thước, tính số đo góc và đặc biệt là các bài toán cực trị hình học. Cũng vì lẽ đó mà với học sinh khi ôn tập thi học sinh giỏi và thi vào 10 chuyên thì phần quang hình học là một phần khó. Hiện nay trên thị trường, sách tham khảo nâng cao về Vật lí THCS rất ít, nội dung còn sơ sài, trùng lặp, chưa có hệ thống, đặc biệt là phần Quang hình học. Hơn thế nữa, nội dung này lại được học ở cuối năm học lớp 9, khi mà học sinh đã thi học sinh giỏi xong, do đó có rất ít giáo viên quan tâm, nghiên cứu về phần này. Vì vậy, việc phân loại và nghiên cứu cách hướng dẫn giải các bài tập Quang hình học là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng. Nó góp phần giúp các giáo viên có cơ sở để dạy tốt hơn các bài tập thuộc phần này. Qua đó chất lượng học sinh giỏi tốt hơn, học sinh có kiến thức vững vàng hơn khi thi vào các trường chuyên. Với những lí do trên, tôi mạnh dạn viết bản sáng kiến này mong góp phần giúp cho công tác dạy và học chương trình vật lí nâng cao được tốt hơn. II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Các dạng bài tập quang hình học nâng cao lớp . III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trong sáng kiến này chỉ đề cập đến các dạng bài tập về Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì. Ngoài ra còn có thêm bài tập kết hợp với gương phẳng. Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 10/2010 đến tháng 4/2011. IV. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ. 1. Mục tiêu. - Phân loại các dạng bài tập nâng cao phần quang hình học. §ç Kh¸nh D­ 3 THCS Yªn ThÞnh
2. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. - Săp xêp các dạng bài tập sao cho có hệ thống. - Đưa ra phương pháp làm cho từng dạng bài. - Áp dụng vào các ví dụ cụ thể. Phân tích cách giải tối ưu. 2. Nhiệm vụ: - Nghiên cứu tài liệu nâng cao, tham khảo ý kiến đồng nghiệp. - Phân loại bài tập. - Đề xuất cách hướng dẫn học sinh giải. - Áp dụng vào thực tiễn giảng dạy. §ç Kh¸nh D­ 4 THCS Yªn ThÞnh
3. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. PHẦN II: NỘI DUNG A. CƠ SỞ LÍ LUẬN: Thầy giáo Chu Văn An từng nói: "Hiền tài là nguyên khí của Quốc gia". Thật vậy, một đất nước, một dân tộc muốn phát triển nhanh, đời sống nhân dân ấm no hạnh phúc thì không thể thiếu người hiền tài. Bác Hồ kính yêu của chúng ta sinh thời cũng rất quan tâm đến việc đào tạo, bồi dưỡng nhân tài. Người coi việc Diệt giặc đói, giặc dốt quan trọng không kém việc diệt giặc ngoại xâm. Tinh thần nghị quyết Đại hội VI của Đảng đã chỉ rõ: Coi đầu tư cho giáo dục là đầu tư cho phát triển. Trong đó chú trọng đến chất lượng mũi nhọn, muốn vậy phải đầu tư cho việc dạy, bồi dưỡng và sử dụng nhân tài ở tất cả các bộ môn. Riêng bộ môn Vật lí THCS có đặc thù là nội dung kiến thức gồm 4 phần chính: Cơ học, Nhiệt học, Điện học và Quang học. Mỗi phần có nét đặc trưng riêng, áp dụng các phương pháp giải tương đối khác nhau. Với phần Quang hình học, muốn học tốt kiến thức nâng cao thì ngoài nắm vững kiến thức Vật lí, học sinh còn phải có kiến thức tương đối vững về hình học. B. CƠ SỞ THỰC TIỄN. Hiện nay trên thị trường hầu như chưa có tài liệu tham khảo nào làm tốt việc phân loại bài tập quang hình học. Phương pháp giải cũng chưa được xây dựng thành hệ thống gây khó khăn cho cả học sinh và giáo viên khi giảng dạy. Qua điều tra nghiên cứu cùng với kinh nghiệm nhiều năm được phân công dạy bồi dưỡng đội tuyển Học sinh giỏi của huyện tôi nhận thấy: Đa phần học sinh chỉ được học một số ít buổi về bài tập nâng cao thuộc phần này. Việc học ở trường bị hạn chế, việc học ở nhà cũng gặp khó khăn do không có tài liệu tham khảo có chất lượng. Hơn thế nữa việc phân loại và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng cũng chưa thực sự tốt. C. GIẢI PHÁP. I. Giáo viên cần giúp học sinh nắm vững các kiến thức cơ bản. Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì - Đặc điểm: - Đặc điểm + Rìa mỏng. + Rìa dày + Khi chiếu chùm sáng // tới TKHT thì + Khi chiếu chùm sáng // tới chùm ló hội tụ tại 1 điểm TKPK thì chùm ló loe rộng ra sao cho đường kéo dài đi qua 1 điểm. §ç Kh¸nh D­ 5 THCS Yªn ThÞnh
4. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. - Các tia sáng đặc biệt: - Các tia sáng đặc biệt: + Tia tới // trục chính thì tia ló đi qua tiêu + Tia tới // trục chính thì tia ló có điểm đường kéo dài đi qua tiêu điểm. + Tia tới qua quang tâm thì tia ló + Tia tới qua quang tâm thì tia ló tiếp tục tiếp tục đi thẳng theo hướng của tia đi thẳng theo hướng của tia tới. tới. + Tia sáng đi qua tiêu điểm thì tia ló // trục + Tia sáng có đường kéo dài đi qua chính tiêu điểm ở bên kia TH thì tia ló // trục chính. - Đặc điểm ảnh: phụ thuộc vị trí của vật - Đặc điểm ảnh: Luôn là ảnh ảo, ở vô cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn cùng Ảnh ảo, Ảnh thật, cùng chiều ngược chiều nằm trong khoảng tiêu cự. 2f F Nhỏ hơn vật Lớn hơn vật Bằng vật * Khi vật ở xa vô cùng thì ảnh ở * Khi vật ở xa vô cùng thì ảnh ở tiêu tiêu điểm. điểm. * Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính: + Để vẽ ảnh của một điểm sáng S qua TK ta vẽ hai tia sáng (đặc biệt) xuất phát từ S đến TK rồi vẽ hai tia ló, nếu hai tia ló cắt nhau ở đâu thì đó là ảnh thật, nếu đường kéo dài của chúng cắt nhau ở đâu thì đó là ảnh ảo. + Để vẽ ảnh của vật sáng, ta vẽ ảnh của các điểm trên vật, rồi nối các điểm ảnh lại với nhau thì được ảnh của vật. * Lưu ý: Khi vật vuông góc với trục chính thì ảnh cũng vuông góc với trục chính. II. Các kiến thức cần bổ trợ cho học sinh 1. Tia sáng có phương đi qua S thì tia ló (hoặc tia khúc xạ, phản xạ) có phương đi qua ảnh của S. 2. Kiến thức về quang trục phụ, tiêu điểm phụ: - Với TKHT, tiêu điểm cùng bên với vật gọi là tiêu điểm vật, tiêu điểm khác bên với vật gọi là tiêu điểm ảnh. - Mặt phẳng đi qua tiêu điểm ảnh và vuông góc với trục chính gọi là mặt phẳng tiêu diện. §ç Kh¸nh D­ 6 THCS Yªn ThÞnh
5. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. - Ngoài quang trục chính, các đường thắng khác đi qua quang tâm gọi là các quang trục phụ. - Các quang trục phụ cắt mặt phẳng tiêu diện tại các tiêu điểm phụ - Tia sáng đi song song quang trục phụ thì tia ló đi qua tiêu điểm phụ tương ứng. 3. Nguyên lí truyền ngược của ánh sáng Cho một quang hệ bất kì, nếu một tia sáng chiếu tới quang hệ theo hướng xy, cho tia ló đi theo hướng zt thì nếu chiếu tia sáng tới quang hệ theo hướng tz sẽ cho tia ló đi theo hướng yx. Hệ quả: Nếu đặt một điểm sáng tại điểm A trước một TKHT cho một ảnh thật tại B thì nếu đặt điểm sáng tại B sẽ cho ảnh thật tại A. III. Phân loại bài tập quang hình học lớp 9 1. Bài tập vẽ hình: - Vẽ đường đi tia sáng - Vẽ hình để xác định thấu kính, trục chính, tiêu điểm. - Vẽ ảnh của vật qua thấu kính, hệ thấu kính - thấu kính, hệ thấu kính - gương. 2. Bài toán tính kích thước ảnh trong mọi trường hợp. 3. Bài toán dịch chuyển vật, ảnh thấu kính. - Dịch chuyển dọc theo trục chính. - Dịch chuyển theo phương vuông góc trục chính. 4. Bài toán đối xứng 5. Bài toán về hệ quang học. - Hệ TKHT - TKHT - Hệ TKHT - TKPK. - Hệ TK - gương. 6. Bài toán cực trị. IV. Hướng dẫn giải các dạng bài tập theo từng dạng: 1. Bài tập vẽ hình. 1.1. Vẽ đường đi tia sáng Phương pháp: Để làm được bài tập dạng này, học sinh cần nắm chắc cách vẽ các tia sáng đặc biệt và các tia sáng không đặc biệt. Ngoài ra còn cần lưu ý: tia sáng có phương đi qua S thì tia ló (hoặc tia khúc xạ, phản xạ) có phương đi qua ảnh của S. §ç Kh¸nh D­ 7 THCS Yªn ThÞnh
6. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. *VD1 (Vẽ tiếp đường đi tia sáng) Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng trong các trường hợp sau: a. b. c. d. HD: Đây là dạng bài tập cơ bản, học sinh chỉ cần nắm vững cách vẽ đường đi của tia sáng không đặc biệt: Dựng quang trục phụ tương ứng với tia tới, dựng mặt phẳng tiêu diện, xác định tiêu điểm phụ. Khi đó tia ló sẽ đi qua tiêu điểm phụ. *VD2: (Vẽ đường đi một tia sáng khi đã biết đường đi của một tia sáng khác) Trong hình vẽ bên đã biết đường đi của một O tia sáng, hãy vẽ tiếp đường đi của các tia sáng còn lại. HD: Dễ nhận thấy, muốn vẽ tiếp đường đi của tia sáng thứ ba thì vấn đề mấu chốt là xác định được tiêu điểm của TK. Muốn vậy ta vẽ quang trục phụ tương ứng với tia tới số 1, xác định được tiêu điểm phụ, từ đó xác định được tiêu điểm chính. Khi đã xác định được tiêu điểm chính thì việc vẽ tiếp các tia ló là rất đơn giản. *VD3: (Vẽ tia sáng thỏa mãn điều kiện cho trước). Hãy vẽ một tia sáng xuất phát từ S, sau khi qua thấu kính thì đi qua điểm I trong các trường hợp sau: §ç Kh¸nh D­ 8 THCS Yªn ThÞnh
7. Ph©n lo¹i vµ h­íng dÉn gi¶i bµi tËp quang h×nh häc líp 9 n©ng cao. S S I O F' O F' F I F a. b. HD: Để làm bài tập dạng này, cần vận dụng nguyên lí: Tia sáng có phương đi qua S thì tia ló (hoặc tia khúc xạ, phản xạ) có phương đi qua ảnh của S. Do đó ta có cách giải như sau: Dựng ảnh S' của S. Nối S' và I ta được tia ló, nối giao của tia ló với TK và điểm S ta được tia tới. S S I O F' S' O F' F F I S' 2.2 Vẽ hình để xác định thấu kính, trục chính, tiêu điểm. Phương pháp: Để giải được các dạng bài tập này, cần nắm vững những nguyên lí sau: - Trục chính luôn vuông góc với TK - Đường nối điểm ảnh và điểm vật luôn đi qua quang tâm. - Khi vật vuông góc với trục chính thì ảnh cũng vuông góc với trục chính. - Khi vật và ảnh song song nhau thì vật và ảnh cùng vương góc trục chính. - Một tia sáng đi dọc theo vật thì tia ló đi dọc theo ảnh. *VD4: Xác định loại thấu kính, vị trí thấu kính, tiêu điểm trong các trường hợp sau, biết A'B' là ảnh của AB: a. B b. B A' A' A A B' B' HD: §ç Kh¸nh D­ 9 THCS Yªn ThÞnh