Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình Vật lý 9

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình Vật lý 9

1. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 A. Đặt vấn đề I. lời mở đầu Trong quá trình giảng dạy Vật lý cần thường xuyên rèn luyện cho học sinh các phẩm chất trí tuệ có ý nghĩa lớn lao đối với việc học tập, rèn luyện và tu dưỡng trong cuộc sống của học sinh. Đối với học sinh, việc rèn luyện cho các em tính linh hoạt, tính độc lập, tính sáng tạo, tính phê phán của tri tuệ là những điều kiện cần thiết trong việc học. Chính vì vậy giảng dạy học sinh không đơn thuần chỉ cung cấp cho các em một số vốn thông qua việc làm bài tập càng nhiều, càng tốt, càng khó càng hay mà phải cần rèn luyện khả năng sáng tạo cho học sinh. II. Thực trạng vấn đề nghiên cứu Qua một số năm công tác giảng dạy ở các trường THCS tôi nhận thấy việc học môn khoa học tự nhiên nói chung và học môn Vật lý nói riêng, muốn học sinh rèn luyện được tư duy sáng tạo trong việc học và giải toán Vật lý thì bản thân mỗi người thầy cần phải có nhiều phương pháp và nhiều cách giải nhất. Đặc biệt qua những năm giảng dạy ở trường THCS thì số lượng học sinh khá, giỏi của môn Vật lý là rất ít. Tuy nhiên có nhiều nguyên nhân có cả khách quan và chủ quan song đòi hỏi ở người thầy phải tìm tòi , nghiên cứu tìm ra nhiều phương pháp và cách giải qua một bài toán để từ đó rèn luyện cho học sinh năng lực hoạt động tư duy sáng tạo. Vì vậy tôi tâm huyết viết sáng kiến kinh nghiệm này. Với mục đích là rèn luện khả năng sáng tạo Vật lý, trước mỗi bài tập tôi đã tập cho học sinh tìm ra nhiều cách giải nhất, đồng thời gợi ý để học sinh thấy được đâu là cách giải tối ưu nhất cho bài toán đó và nhược điểm của mỗi cách giải. Trên cơ sở đó học sinh có thể khái quát thành bài toán tổng quát và xây dựng các bài toán tương tự. Bên cạnh những thuận lợi cũng có nhiều khó khăn như: Điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường còn thiếu thốn, không có đủ phòng học để dạy phụ đạo cũng như bồi dưỡng cho học sinh theo một trình tự có hệ thống từ lớp nhỏ đến lớp lớn. Nhưng Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 1 trường THCS hưng lộc
2. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 khó khăn nhất vẫn là các em học sinh do điều kiện kinh tế khó khăn, vì vậy việc quan tâm của cha mẹ và của bản thân các em đến học tập còn rất hạn chế. Qua các năm trực tiếp giảng dạy cho học sinh, được gần gũi tiếp xúc với học sinh thì thấy các em cũng muốn học nhưng do học tập một cách máy móc nên rất dễ quên và dẫn đến chán học. Từ những yếu tố trên có thể thấy rằng muốn học sinh học tốt thì cần phải tạo ra được sự hứng thú cho học sinh để cho các em có thể hiểu chắc hiểu rõ, nắm được bản chất của vấn đề bằng việc một bài toán các em tìm ra nhiều cách giải và đúc rút ra cách giải hay nhất cho bài toán ấy. Năm học 2007 – 2008 khi chưa áp dụng phương pháp mới vào giảng dạy thu được kết quả như sau: Lớp giỏi khá tb yếu kém SL % SL % SL % SL % SL % 9A 1 2,8 10 27,8 20 55,6 5 13,8 9B 1 5,8 10 28,6 20 57,1 3 8,5 9C 1 3,0 11 33,3 21 63,7 0 0 9D 0 0 10 31,2 20 62,5 2 6,3 9E 0 0 5 14,7 25 73,5 4 11,8 Tổng 3 1,8 46 27,2 106 62,7 14 8,3 Từ thực trạng và kết quả trên, tôi mạnh dạn đưa ra phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9. Nhằm giúp học sinh có định hướng đúng đắn cách giải khi gặp một bài tập về thấu kính, đồng thời nâng cao chất lượng học tập của học sinh nói chung và môn Vật lí nói riêng. Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 2 trường THCS hưng lộc
3. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 B. Giải quyết vấn đề I. Các giải pháp thực hiện: Việc tìm hiểu các dữ kiện của bài toán, phân tích các hiện tượng để đi đến bản chất vật lý là việc rất quan trọng giúp ta định hướng cách giải một bài tóan vật lý. Vì vậy, muốn giải bài tập vật lý học sinh cần thực hiện các bước sau: Các bước cơ bản: 1. Tóm tắt các dữ kiện : + Đọc kĩ đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ, có thể phát biểu tóm tắt ngắn gọn chính xác. +Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? hỏi gì? 2. Phân tích nội dung làm sáng tỏ bản chất vật lý, xác lập mối liên hệ của các dữ kiện có liên quan tới công thức nào từ các dữ kiện xuất phát và rút ra cái cần tìm, xác định phương hướng và vạch kế hoạch giải. 3. Chọn công thức thích hợp, kế hoạch giải: Thành lập các phương trình nếu cần, với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình. 4. Lựa chọn cách giải cho phù hợp. 5. Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận. II. Các biện pháp thực hiện. ở trên tôi đã đưa ra các bước cơ bản để giải một bài tập vật lý. Nhưng không phải bài tập vât lí nào ta đều phải thực hiện đầy đủ các bước như trên. Tuỳ từng bài toán cụ thể mà ta có thể đơn giản hóa các bước giải. Sau đây tôi xin đưa ra một số bài tập cụ thể như sau: II.1. Thấu kính hội tụ Bài tập 1: Vật AB = 3cm đặt vuông góc với trục chính của TKHT tại A và cách TK một đoạn d = 16 cm. Biết TK có tiêu cự f = 12 cm. Tính chiều cao của ảnh và khoảng cách từ ảnh đến thấu kính. Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 3 trường THCS hưng lộc
4. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 Cách1: B I Vẽ hình : sử dụng 2 tia: F’ A’ + Tia tới quang tâm O. A F O + Tia tới song song với trục chính B’  A'B'F'  OIF' A'B' A'F' A'B' A'O-OF' A'O A'O-OF' ta có: (1)  (3) OI OF' AB OF' AO OF' A'B' A'O A'B'O  ABO ta có: (2) AB AO  A'O A'O-12 Thay AO =16 cm; OF' =12 cm vào (3)ta được: 12 A'O =16A'O-192 16 12 4A'O =192 A'O = 48(cm) A'B' 48 Thay A'O = 48 cm vào (1) ta được: A'B' = 9 (cm) 3 16 Cách 2: B Vẽ hình: Sử dụng 2 tia. I + Tia tới qua tiêu điểm F. F' A’ + Tia tới song song với trục chính. A F O K B’ OK OF A'B' OF ABF  OKF ta có : (1)(v ì OK = A'B') AB AF AB AO - OF A'B' 12 Thay AO = 16 cm; OF = 12 cm vào (1)ta được : A'B' = 9 (cm) 3 16 -12 A'B' A'F' A'B' A'O - OF' A'B'F'  OIF' ta có : (2) (v ì OI = AB) OI OF' OI OF' 9 A'O 12 Thay A'B' = 9 cm; AB = 3 cm; OF = 12 cm vào (2) ta được : 3 12 36 A'O -12 A'O = 48(cm) Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 4 trường THCS hưng lộc
5. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 Cách 3: Vẽ hình: Sử dụng 2 tia . B + Tia tới quang tâm O F’ A’ +Tia tới qua tiêu điểm F A F O K B’ OK OF A'B' OF ABF  OKF ta có : (1) (v ì OK = A'B') AB AF AB AO - OF A'B' 12 Thay AO = 16 cm; OF = 12 cm vào (1) ta được : A'B' = 9 (cm) 3 16 -12 A'B' A'O A'B'O  ABO ta có : (2) AB AO 9 A'O Thay A'B' = 9 cm; AB = 3 cm; AO = 16 cm vào (2) ta được : A'O = 48(cm) 3 16 Bài tập 2: Vật AB = 3 cm đặt vuông góc với trục chính của TKHT tại A và cách TK một đoạn d = 8 cm. Biết TK có tiêu cự f = 12 cm. Tính chiều cao của ảnh và khoảng cách từ ảnh đến thấu kính. Cách 1: B’ K Vẽ hình: Sử dụng 2 tia: B + Tia tới song song với I trục chính A’ F A O F’ + Tia tới qua tiêu điểm F OK OF A'B' OF • ABF  OKF ta có : = : = (1)(v ì OK = A'B') AB AF AB OF - AO A'B' 12 Thay AO = 8 cm; OF = 12 cm vào (1)ta được : = A'B' = 9 (cm) 3 12 - 8 A'B' A'F' A'B' A'O + OF' • A'B'F'  OIF' ta có : = = (2) (v ì OI = AB) OI OF' OI OF' 9 A'O + 12 Thay A'B' = 9 cm; AB = 3 cm; OF = 12 cm vào (2) ta được : = 3 12 36 = A'O + 12 A'O = 24(cm) Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 5 trường THCS hưng lộc
6. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 Cách 2: B’ Vẽ hình: Sử dụng 2 tia. + Tia tới song song với B I trục chính + Tia tới quang tâm O A’ F A O F’ A'B' A'F' A'B' A'O + OF' A'B'F'  OIF' ta có : (1) OI OF' AB OF' A'B' A'O A'B'O  ABO ta có : (2) AB AO A'O A'O + OF' từ (1) và (2) suy ra : (3) AO OF' A'O A'O + 12 Thay AO = 8 cm; OF' = 12 cm vào (3)ta được : 12 A'O = 8A'O + 96 8 12 4A'O = 96 A'O = 24(cm) A'B' 24 Thay A'O = 24 cm vào (1) ta được : A'B' = 9 (cm) 3 8 Cách 3: Vẽ hình: Sử dụng 2 tia. B’ K + Tia tới quang tâm O B + Tia tới qua tiêu điểm F A’ F A O F’ OK OF A'B' OF ABF  OKF ta có : (1) (v ì OK = A'B') AB AF AB OF - OA A'B' 12 Thay AO = 8 cm; OF = 12 cm vào (1) ta được : A'B' = 9 (cm) 3 12 - 8 A'B' A'O A'B'O  ABO ta có : (2) AB AO 9 A'O Thay A'B' = 9 cm; AB = 3 cm; AO = 8 cm vào (2) ta được : A'O = 24(cm) 3 8 Qua hai bài tập trên ta đưa ra nhận xét: Đối với một bài tập vật lý nói chung hay bài tập về thấu kính nói riêng, có thể cho ta nhiều cách giải khác nhau. Từ đó rút Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 6 trường THCS hưng lộc
7. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 ra được cách giải nào đơn giản nhất, dễ hiểu nhất. Hơn thế nữa phải biết tổng quát hoá các bài toán cùng dạng và đưa ra phương pháp giải. Ví dụ như hai bài tập trên thì giải theo cách 3 là dễ hiểu nhất và ngắn gọn nhất. Sau đây tôi xin đưa ra một số dạng toán và phương pháp giải như sau: Dạng 1: Biết chiều cao của vật (AB = h), vị trí của vật (AO = d), tiêu cự của thấu kính(f) . Tìm chiều cao và vị trí của ảnh Phương pháp giải: + Sử dụng hai tia(tia tới quang tâm và tia tới qua tiêu điểm F) Xẩy ra hai trường hợp: Vật nằm ngoài khoảng tiêu cự (d > f) Vật nằm trong khoảng tiêu cự (d < f) B’ K B B F’ A’ A F O A’ F A O F’ K B’ OK OF OK OF ABF  OKF ta có : ABF  OKF ta có : AB AF AB AF A'B' OF A'B' OF (1) (v ì OK = A'B') (1) (v ì OK = A'B') AB AO - OF AB OF - OA Thay AO = d ; OF = f ; AB = h vào (1) Thay AO = d; OF = f ; AB = h vào (1) A'B' f f A'B' f f ta được : A'B' = h ta được : A'B' = h d - f f - d h d - f h f - d A'B' A'O A'B' A'O A'B'O  ABO ta có : (2) A'B'O  ABO ta có : (2) AB AO AB AO f f Thay A'B' = h ; AB = h ; AO = d vào (2) Thay A'B' = h ; AB = h ; AO = d vào (2) d - f f - d d.f ta được : A'O = d.f d - f ta được : A'O = f - d Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 7 trường THCS hưng lộc
8. Phương pháp giải một số bài tập về thấu kính trong chương trình vật lý 9 A'B' Dạng 2: Biết tỉ số giữa chiều cao của ảnh và chiều cao của vật k , tiêu cự của AB TKHT (f). Tìm vị trí của vật. Phương pháp giải: Vẽ hình: Sử dụng hai tia (Tia tới quang tâm O, tia tới qua F) Xẩy ra hai trường hợp: Vật nằm ngoài khoảng tiêu cự (d > f) Vật nằm trong khoảng tiêu cự (d < f) B’ K B B F’ A’ A F O A’ F A O F’ K B’ OK OF OK OF ABF  OKF ta có : ABF  OKF ta có : AB AF AB AF A'B' OF A'B' OF (1) (v ì OK = A'B') (1) (v ì OK = A'B') AB AO - OF AB OF - OA A'B' A'B' Thay AO = d ; OF = f ; = k vào (1) Thay OF = f ; = k vào (1) AB AB f (k+1)f f (k-1)f ta được : k AO = ta được : k AO = k k AO - f f - AO Giáo viên: Nguyễn Ngọc Thuận 8 trường THCS hưng lộc