Báo cáo Biện pháp Nâng cao hiệu quả dạy học, phát huy khả năng sáng tạo ở người học trong quá trình dạy bài Thấu kính mỏng thông qua một số dạng bài tập về thấu kính

Nội dung tài liệu: Báo cáo Biện pháp Nâng cao hiệu quả dạy học, phát huy khả năng sáng tạo ở người học trong quá trình dạy bài Thấu kính mỏng thông qua một số dạng bài tập về thấu kính

1. II. NỘI DUNG THỰC HIỆN BIỆN PHÁP 2.1. Bài toán xác định loại thấu kính Bài tập cơ bản: Cho tia tới song song trục chính của 1 thấu kính. Vẽ đường đi của tia ló. Bài tâp mở rộng 1. Trên hình 2 xy là trục chính của thấu kính. xác định loại thấu kính. X Y X Y Hình 1a’ Hình 1b’ * Định hướng tư duy HS: - Đặc điểm của phương tia ló so với phương tia tới thấu kính (hội tụ, phân kỳ)? *Hướng dẫn giải: Hình a: Tia ló bị bẻ gãy ra xa so với phương tia tới nên TK là TKPK. • Phát triển bài tập: - Cho chùm ló, vẽ tia tới và xác định loại thấu kính. - Cho vật ảo( chùm tới là chùm hội tụ). Bài tập mở rộng 2: Có hai hộp đựng thấu kính. Một hộp đựng thấu kính hội tụ, một hộp đựng thấu kính phân kỳ. Để xác định loại thấu kính trong mỗi hộp người ta chiếu chùm tia sáng song song vào hộp (vào thấu kính) thu được chùm tia ló như hình vẽ 2a và 2b. Hãy cho biết hộp nào đựng thấu kính hội tụ, hộp nào đựng thấu kính phân kỳ? Hình 2b Hình 2a
2. * Định hướng tư duy HS: - Đặc điểm của chùm tia ló khỏi thấu kính ( hội tụ, phân kỳ ) khi chùm tia tới là chùm song song? - Nhận xét về hai chùm tia ló đã cho? * Hướng dẫn giải: Trên hình 1a: Sau khi khúc xạ qua thấu kính chùm tia ló rời xa quang trục chính – chùm tia phân kỳ. Do vậy hộp a đựng thấu kính phân kỳ(Hình 1a’). Trên hình 1b: Sau khi khúc xạ qua thấu kính chùm tia ló là chùm tia hội tụ. Do vậy hộp b đựng thấu kính hội tụ (Hình 1b’). Hình 2a’ Hình 2b’ * Hướng phát triển bài tập: - Cho chùm tới song song trục phụ. - Cho 1 tia song song trục chính; 1 tia bất kì - Cho 1 tia qua quang tâm O; 1 tia bất kì. - Đảo chiều ánh sáng, để HS xác định đúng tiêu điểm vật, tiêu điểm ảnh của TK 2.2. Bài toán vẽ ảnh Bài tập cơ bản: Cho AB là vật đặt trên trục chính của 1 thấu kính hội tụ và vuông góc với trục chính cho ảnh thật. Vẽ ảnh A’B’ qua thấu kính. B Hình 3 • A F O F
3. Bài tập mở rộng 1. Cho vật sáng S và ảnh S ’, xy là trục chính của thấu kính(Hình 4). Xác định loại thấu kính và vị trí, tiêu cự của nó? S • S • S’ • x S’ • y x y ’ Hình 4a S • Hình 4b S • x y Hình 4c * Định hướng tư duy HS: - Đặc điểm ảnh của 1 điểm sáng tạo bởi thấu kính (hội tụ, phân kỳ)? - Đặc điểm của tia tới đi qua quang tâm O? *Hướng phát triển bài tập: - Cho S, S’ nằm trên trục chính, cho O - Cho S, S’ nằm trên trục chính, cho F - Cho 3 điểm A, B, Cnằm trên truch chính của thấu kính. Đặt vật ở A cho ảnh ở B, đặt vật ở B cho ảnh ở C. Xác định loại TK, vị trí tiêu cự TK Bài tâp mở rộng 2. Trên hình 5 xy là trục chính của thấu kính. Vẽ tiếp đường đi của tia ló. x Y x Y Hình 5a’ Hình 5b’
4. * Định hướng tư duy HS: - Các tia tới cùng đi qua vật? ; Các tia ló cùng đi qua? - Tia tới qua quang tâm O thì tia ló là tia nào? * Hướng phát triển bài tập: Cho chùm tới song song trục phụ. - Cho 1 tia song song trục chính; 1 tia bất kì - Cho 1 tia qua quang tâm O; 1 tia bất kì. Bài tập mở rộng 3. Cho AB là vật đặt trên trục chính của 1 thấu kính hội tụ nghiêng góc 450 cho ảnh thật. Vẽ ảnh A’B’ qua thấu kính. B • A O F Hình 6 * Định hướng tư duy HS: - Vật trên trục chính thì ảnh nằm ở đâu? - Tia tới chứa vật thì tia ló đi như thế nào? * Hướng dẫn giải: - Kéo dài AB cắt thấu kính tại I. - Dựng IY nghiêng 450 so với XX’ cắt XY’ tại A’ - Nối BO kéo dài cắt IY tại B’ Bài tập mở rộng 3: Trong một cái hộp người ta đựng 1 thấu kính. Nếu ta đặt 1 vật sáng trước nó thì trên màn hình thu được 1 ảnh thật, đồng dạng và ngược chiều (như hình vẽ 4). Cho biết đó là thấu kính gì? Xác định các yếu tố của dụng cụ đó? A’ B THẤU KÍNH A B’ Hình 7
5. * Định hướng tư duy HS: - Dụng cụ quang học nào vật thật có thể cho ảnh thật khác phía với nó? - Nêu đường đi của các tia sáng đặc biệt đi qua dụng cụ quang học trên? * Hướng dẫn giải: - AB là vật thật, A’B’ là ảnh thật nằm khác phía với vật so với dụng cụ quang học nên trong hộp đen là thấu kính hội tụ. - Xác định quang tâm O: Nối A với A’, B với B’ cắt nhau tại O. - Kéo dài AB và A’B’ cắt nhau tại điểm I – I là điểm thuộc thấu kính (AB kéo dài là tia tới, tia ló đi qua A’B’). - Nối OI: Thấu kính trùng với OI. - Trục chính của thấu kính đi qua O và vuông góc với OI. I A’ B A O B’ F’ Hình 8 • - Từ B vẽ tia tới song song với trục chính, tia ló qua B’ cắt trục chính tại F’. - Từ B’ vẽ tia ló song song với trục chính, tia tới qua B cắt trục chính tại F. Hướng phát triển bài tập: - Cho vật thật, ảnh ảo
6. - Cho vật ảo, ảnh ảo(ảnh thật) Bài tập mở rộng 4: Cho AB là vật. Xác định ảnh A’B’. B • A F O F Hình 9 Định hướng tư duy: - Với thấu kính hội tụ vật nằm trong tiêu điểm cho ảnh ảo, vật nằm ngoài tiêu điểm cho ảnh thật. - Tia tới và tia khúc xạ luôn gặp nhau tại thấu kính - Vật và ảnh di chuyển cùng chiều. Hướng dẫn giải: - Dựng ảnh A’ của A, ảnh B’ của B - Kéo dài AB cắt thấu kính tại I - Ảnh của À nằm trên đường IA’ kéo dài ra vô cùng - Ảnh của BF nằm trên IB’ kéo dài 2.3. Bài tập có nhiều cách giải Bài tập cơ bản: Một vật sáng AB đặt song song và cách màn một khoảng D = 120cm. Người ta đặt một thấu kính hội tụ ở giữa vật và màn sao cho trục chính vuông góc với vật, ảnh thu được trên màn cao gấp 3 lần vật. Xác định vị trí đặt vật và tiêu cự của thấu kính. Giải bằng 2 phương pháp: Phương pháp đại số và phương pháp dựng hình. Bài tập mở rộng1. Ở hình vẽ 10 S là điểm sáng, S’ là ảnh; F là tiêu điểm vật của thấu kính.
7. a. Bằng phương pháp hình học, và bằng tính toán hãy xác định quang tâm của thấu kính. Áp dung. L = SS’ = 45cm; SF = 5cm. • • • S F S’ F F Hình 10 F Định hướng tư duy: Giả sử bài toán đã dựng được ta có hệ thức sau: | + ′| = 퐿 | ― | = 푙 Với SS’ = L; SF=l. Suy ra: d2 = L.l hay OS2 = SS’ . SF. Âp dụng công thwusc thấu kính và các hẹ thức trên tính được d = 15cm d+d’ = 45 → d’ = 30cm và f = 10cm d+d’ = - 45→ d’ = - 60cm và f = 20cm Hướng dẫn giải: - Dựng đường tròn đường kính SS’ ’ - Kẻ đường vuông góc với SS tại F cắt đường tròn tại A1 và A2 - Vẽ đường tròn tâm S bán kính R = S A1 = SA2 cắt SS’ tại O1 và O2 là 2 vị trí quang tâm. • • • O2 F S O1 S F F F’ Hình 11
8. Bài toán mở rộng 2: Cho vật sáng AB đặt song song và cách màn quan sát khoảng L. Di chuyển thấu kính hội tụ giữa vật và (1) (2) màn dọc theo trục chính luôn vuông l M B góc với màn thì người ta thấy có 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên A d d' màn cách nhau khoảng l. Xác định tiêu cự của thấu kính. L * Định hướng tư duy: ’ ’ - Tìm mối quan hệ giữa d1, d1 với d2, d2 ? - Viết sơ đồ tạo ảnh để rõ hơn về các đại lượng. - Vẽ hình và kí hiệu các đại lượng đã cho trên đó. - Có 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn nghĩa là có mấy vị trí của vật và ảnh? Vì sao có kết quả này? * Hướng dẫn giải: Lời giải thứ nhất: Theo đại số TK (2) Sơ đồ tạo ảnh: AB ’ ’ (1) A B l d d' M Khoảng cách giữa vật và thấu kính là d; B Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính khi A d d' ảnh rõ nét trên màn là d' = L- d Áp dụng công thức thấu kính: L 1 1 1 1 1 f d d ' d L d d2 - Ld + Lf = 0 (1) = L2- 4Lf (2)
9. L L d1 = ; d2 = (3) 2 2 2 2 2 2 L l d2 - d1 = = l L - 4Lf = l (4) f = (5) 4L Lời giải thứ hai: Áp dụng nguyên lý tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng ta có: d1 = d2' , d2 = d1' (1) (2) L l L l l Do đó: d1 = , d'1 = d2 M 2 2 B d'2 Áp dụng công thức thấu kính: A d 1 d'1 1 1 1 L f d1 d1 ' L2 l 2 Ta được kết quả: f = 4L Nhận xét: - Áp dụng nguyên lý tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng ta giải bài toán cụ thể như trên đơn giản hơn. Tuy nhiên với cách giải này ta không trả lời được câu hỏi: Khi nào thì có 1 vị trí, 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn như là đối với cách 1có thể đưa ra các trường hợp L 4f ( >0). * Hướng phát triển bài tâp: - Vật AB qua thấu kính hội tụ cho ảnh rõ nét trên màn ta có thể mở rộng cho vật và ảnh gián tiếp (AB là ảnh của vật khác qua thấu kính và ảnh A'B' là vật của thấu kính sau). 2.4. Bài tập thực nghiệm: Em hãy thiết kế một số phương án xác định tiêu cự của kính cận mà bạn (trong lớp) đang đeo?
10. * Định hướng tư duy HS: - Xác định loại thấu kính? - Dựa vào đặc điểm tiêu điểm chính của thấu kính và một số bài toán về thấu kính đã được học, em hãy xác định cơ sở lý thuyết của phương án thí nghiệm ?. - Có thể có nhiều phương án khác nhau, hãy chọn ra phương án dễ thực hiện và theo em là chính xác nhất (phương án tối ưu nhất). * Hướng dẫn giải: - Phương án 1: Dùng hệ thấu kính phân kì – thấu kính hội tụ đồng trục để xác định tiêu cự của thấu kính phân kì. Trong trường hợp này, thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo A 1B1 cùng chiều và nhỏ hơn vật AB. Ảnh ảo A 1B1 lại đóng vai trò là vật thật của thấu kính hội tụ. Đặt thấu kính hội tụ cách thấu kính phân kì một khoảng thích hợp để thu được ảnh thật A 2B2 ngược chiều và lớn hơn A1B1 trên màn ảnh. Đo khoảng cách từ vật đến thấu kính phân kì (d). - Giữ cố định thấu kính hội tụ và màn ảnh, đánh dấu vị trí O 1, đặt thấu kính phân kì và bỏ nó ra. Sau đó dịch vật AB về phía thấu kính hội tụ sao cho ảnh của AB qua thấu kính hội tụ lại hiện rõ nét trên màn ảnh. Khi đó vị trí mới của vật AB chính là vị trí mới của ảnh ảo A 1B1 tạo bởi thấu kính phân kì lúc đầu. Đo khoảng cách từ vật AB đến O 1 chính là d ' (d’ có giá trị âm). Tiêu cự của thấu kính phân kì được xác định theo công dd' thức: f = d d' - Phương án 2: Phương pháp dùng chùm sáng tới song song. Chiếu chùm sáng song song vào thấu kính phân kì theo phương của trục chính. Dịch chuyển màn dọc theo trục chính của thấu kính cho tới khi hứng được trên màn một vết sáng có đường kính gấp đôi đường kính của phần diện tích được chiếu sáng của thấu kính.
11. Đo khoảng cách từ thấu kính đến màn, đó chính là giá trị tuyệt đối của tiêu cự thấu kính phân kì. Hình 12