Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải một số dạng toán quang hình học Lớp 9

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải một số dạng toán quang hình học Lớp 9

1. Phần I: Đặt vấn đề I. Lời nói đầu Sự nghiệp công nghiệp hoá- hiện đại hoá đất nước mở cửa để hội nhập với cộng đồng thế giới trong nền kinh tế cạnh tranh giáo dục, đòi hỏi công tác giáo dục phải có những đổi mới sâu sắc và toàn diện nhằm đào tạo thế hệ trẻ trở thành những người vừa tiếp thu những tinh hoa nhân loại, vừa có khả năng sáng tạo. ở trường trung học cơ sở những sự đổi mới đó được thực hiện chủ yếu thông qua việc dạy các môn học, trong đó có vật lí học. Việc đổi mới cần thực hiện trên cả ba mặt: Nội dung dạy học ( theo chuẩn kiến thức kĩ năng) , phương pháp dạy học và phương tiện dạy học. Trong đó công tác đổi mới phương pháp dạy học đã được các nhà giáo dục nghiên cứu nhiều năm và đang được quan tâm tích cực của các cấp, các ngành khác. Nghị quyết TW4 khoá VII xác định: "Khuyến khích tự học, áp dụng phương pháp dạy học hiện đại để giáo dục cho học sinh khả năng tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề". Nghị quyết TW2 koá VIII tiếp tục khẳng định mục tiêu giáo dục trong giai đoạn mới là " Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài" và phải " Đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo khắc phục lối truyền thụ một chiều rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng phương pháp hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện tự học tự nghiên cứu của học sinh" Vấn đề đặt ra là phải dạy như thế nào? Và phải học như thế nào? để nâng cao chất lượng, đáp ứng với nhu cầu xã hội ngày càng đổi mới. Thực tế trong 3 năm giảng môn vật lí lớp 9, tôi thấy các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt. Hiện nay để thực hiện tốt chương trình sách giáo khoa mới và dạy học theo phương pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp và làm tốt các bài tập trong sách giáo khoa đã góp phần không nhỏ trong việc thực hiện thành công công tác dạy học theo phương pháp đổi mới. Tuy nhiên để bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi thì việc học và nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa là chưa đủ. Đặc biệt là những bài tập vật lí phần quang học, mặc dù các em đã được làm quen với một số kiến thức quang học ở lớp 7, nhưng đó mới chỉ là những kiến thức đơn giản, lên lớp 9 các em lại được tìm hiểu sâu hơn những kiến thức về phần quang hình học, nhưng sách giáo khoa chưa cung cấp đủ kiến thức để các em giải các bài toán phức tạp hơn. Ví dụ: Cho điểm sáng S, ảnh S' của điểm sáng S, quang tâm O của thấu kính cùng nằm trên trục chính của thấu kính. Xác định loại thấu kính. Nếu chỉ dựa vào đường truyền của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ và hai tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì thì học sinh không thể giải được bài tập này. Vì kiến thức sách giáo khoa mới chỉ dừng lại ở dạng điểm sáng S nằm ngoài trục chính hoặc vật sáng AB vuông góc với trục chính với A nằm trên trục chính. Từ những vấn đề nêu trên, trong quá trình giảng dạy và áp dụng đề tài, tôi thấy cần phải khắc sâu hơn nữa kiến thức phần quang hình học lớp 9 1
2. cho học sinh, có như vậy các em học sinh giỏi mới giải được các bài tập khó hơn và có thể phát triển thêm năng khiếu tự học của mình. Vì vậy tôi chọn đề tài: "Phương pháp giải một số dạng toán quang hình học lớp 9". II. Thực trạng của vấn đề nghiên cứu. 1. Thực trạng ở trường trung học cơ sở Vĩnh Minh: Trong 3 năm giảng dạy vật lí lớp 9 cũng như ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi trường trung học cơ sở Vĩnh Minh, tôi thấy phần quang hình học là phần rất khó đối với học sinh. ở phần này các em không những phải biết học vật lí, mà đồng thời cũng phải biết chút kiến thức về môn toán, vì thế cũng cần phải học tốt môn toán nữa. Mặc dù đã được chọn vào ôn bồi dưỡng học sinh giỏi nhưng các em vẫn còn khá lúng túng và gặp rất nhiều khó khăn khi giải các bài tập ở dạng quang hình. Hầu hết các em mới chỉ làm được các bài tập đơn giản trong phạm vi kiến thức đã được cung cấp trong giờ dạy trên lớp, chỉ một số ít học sinh làm được các bài tập nâng cao. Đặc biệt là các em chưa nắm được phương pháp để làm bài tập quang hình học. 2. Kết quả thực trạng. Trước khi áp dụng đề tài tôi đã tiến hành khảo sát với 20 sinh ở trường THCS Vĩnh Minh năm học 2009-2010 tôi thu được kết quả sau: HS Điểm dưới 5 Điểm 5,6 Điểm 7,8 Điểm 9,10 khảo SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ SL Tỉ lệ sát 20 12 60% 5 25% 3 15% 0 0% Qua kết quả khảo sát tôi thấy kiến thức phần quang hình học của các em còn nhiều hạn chế. Vì vậy kết quả khảo sát rất thấp. 2
3. Phần II: các giải pháp thực hiện I. Một Số Kiến Thức cần nhớ 1. Các sơ đồ, kí hiệu - Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kỳ ; - Trục chính( ), tiêu điểm F; F’, quang tâm O F F, F F' O O - Phim ở máy ảnh, màng lưới ở mắt Phim ( hoặc màng lưới) O - ảnh thật vuông góc với trục chính : hoặc - ảnh ảo vuông góc với trục chính: hoặc 2. Các định luật, quy tắc, quy ước và hệ quả a. Định luật: - Định luật truyền thẳng của ánh sáng. - Định luật phản xạ ánh sáng. - Định luật khúc xạ ánh sáng. b. Quy ước: - 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 của thấu kính c. Tiêu diện, tiêu điểm phụ, trục phụ: + Tiêu diện: Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm gọi là tiêu diện. 3
4. + Trục phụ: Đường thẳng bất kì đi qua quang tâm gọi là trục phụ. + Tiêu điểm phụ: Giao điểm của trục phụ với tiêu diện gọi là tiêu điểm phụ. d. Thấu kính hội tụ: d1: Đường truyền của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ + Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới. + Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm. + Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính. F F' S’ + Tia tới song song với trục phụ thì tia ló đi qua (hay có đường nối dài của tia đi qua) tiêu điểm phụ. F O F/ d2: Tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ Đặc điểm của ảnh Khoảng cách từ vật đến Cùng chiều hay Thật Lớn hơn hay thấu kính (d) ngược chiều so hay ảo nhỏ hơn vật với vật Vật ở rất xa thấu kính Thật Ngược chiều Nhỏ hơn vật d > 2f Thật Ngược chiều Nhỏ hơn vật f < d < 2f Thật Ngược chiều Lớn hơn vật d = 2f Thật Ngược chiều Bằng vật d < f ảo Cùng chiều Lớn hơn vật e. Thấu kính phân kì: e1: Đường truyền của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kỳ: + Tia tới song song với trục chính thì cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm. + Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới. 4
5. F' O F + Tia tới có đường kéo dài đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính. F F' O + Tia tới song song với trục phụ thì tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm phụ. F F' O e2: Tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính phân kỳ: + Vật đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo, cùng chiều nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính. + Vật đặt rất xa thấu kính cho ảnh ảo có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự. 3. Mắt và các dụng cụ quang học - Máy ảnh : + Vật kính máy ảnh là một thấu kính hội tụ. + ảnh trên phim là ảnh thật, nhỏ hơn vật và ngược chiều với vật. 5
6. P B A O Q - Mắt: - Thể thuỷ tinh là một thấu kính hội tụ. - Màng lưới như phim ở máy ảnh. - Điểm cực viễn là điểm xa nhất mà khi đặt vật ở đó mắt không điều tiết mà vẫn có thể nhìn rõ được( CV ). Mắt tốt có điểm cực viễn ở vô cực. - Điểm cực cận : là điểm gần mắt nhất mà khi có một vật ở đó mắt có thể nhìn rõ được ( CC ). Mắt tốt có điểm cực cận cách mắt khoảng 25cm. - Mắt cận : Là mắt chỉ nhìn rõ những vật ở gần mà không nhìn rõ được những vật ở xa. Kính cận là thấu kính phân kì. - Người mắt cận phải đeo thấu kính phân kì để nhìn rõ được các vật ở xa. B F, A CV Mắt Kinh cận - Mắt lão : Là mắt của người già, nhìn rõ được những vật ở xa mà không nhìn rõ được những vật ở gần. Kính lão là thấu kính hội tụ. - Mắt lão phải đeo thấu kính hội tụ để nhìn rõ những vật ở gần. B • F • CC A Mắt Kính lóo - Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn dùng để quan sát các vật nhỏ. 6
7. - Số bội giác của kính lúp và tiêu cự của kính ( đo bằng cm ) liên hệ với nhau bằng biểu thức : G = 25 f - Vật cần quan sát phải đặt trong khoảng tiêu cự của kính để cho một ảnh ảo lớn hơn vật B' B O F' A' F A II. Một số dạng toán quang hình học thường gặp. Dạng 1: Xác định loại thấu kính, quang tâm, tiêu điểm. Phương pháp chung để giải - Dựa vào đặc điểm của ảnh ta có thể biết được đó là ảnh thật hay ảnh ảo. Biết được tính chất của ảnh, từ đó ta có thể biết được đó là thấu kính loại gì? - Nắm vững đường đi của các tia sáng đặc biệt. - Dựa vào đường truyền của tia sáng đi qua quang tâm để xác định quang tâm của thấu kính. - Dựa vào đường truyền của tia sáng song song với trục chính ta xác định được tiêu điểm của thấu kính. Ví dụ 1: Trên hình vẽ dưới đây, AB là vật sáng, A'B' là ảnh của AB cho bởi thấu kính, xy là trục chính của thấu kính. Hỏi thấu kính thuộc loại gì? Dùng hình vẽ hãy xác định quang tâm, tiêu điểm của nó. B' B x y A A' Hướng dẫn: - Dựa vào vị trí của vật AB và ảnh A'B' so với trục chính và so sánh độ lớn chủa chúng để nhận định định ảnh A'B' là ảnh thật hay ảnh ảo, từ đó kết luận loại thấu kính. - Tia tới đi qua quang tâm truyền thẳng mà ảnh nằm trên tia đó. Do đó vị trí quang tâm O chính là giao điểm của BB' với xy. - Từ O dựng đường thẳng vuông góc với trục chính, đó là vị trí của thấu kính. 7
8. - Dựa vào đường truyền của các tia sáng đặc biệt còn lại để xác định tiêu điểm của thấu kính. Giải: B' I x B y F' O A A/ F - Vì AB cùng chiều với vật sáng AB, mà A'B' > AB nên A'B' là ảnh ảo. Vậy thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ. - Giả sử ta dựng được thấu kính như hình vẽ: + Tia sáng từ B tới B kéo dài qua ảnh B'. + Tia tới BI song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F'. Từ đó ta có cách xác định thấu kính, quang tâm, tiêu điểm như sau: + Nối B với B' cắt trục chính xy tại O thì O là quang tâm của thấu kính. Từ O dựng thấu kính hội tụ vuông góc với trục chính. + Kẻ tia BI// xy, nối IB' cắt xy tại F' thì F' là tiêu điểm của thấu kính. Lấy F đối xứng với F' ta được tiêu điểm còn lại. Bài tập áp dụng Trên các hình vẽ dưới đây, AB là vật sáng, A'B' là ảnh của AB cho bởi thấu kính, xy là trục chính của thấu kính. Hỏi thấu kính thuộc loại gì? Dùng hình vẽ hãy xác định quang tâm, tiêu điểm của nó. B B B' A' A A A' B' Hình a Hình b Trong chương trình SGK chỉ cung cấp cho học sinh đường truyền của 3 tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ hoặc đường truyền của 2 tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì, vì vậy có một số trường hợp đặc biệt học sinh không thể sử dụng được những kiến thức đó để vẽ ảnh, xác định tiêu điểm Sau đây là ví dụ: Ví dụ 2: Bằng cách vẽ hãy xác định ( có phân tích) - Loại thấu kính. 8