Phân loại bài tập theo nhóm kiến thức ở bài thấu kính

I/ MỞ ĐẦU Trong phần Quang học ở chương trình vật lý lớp 11, học sinh được học chương “Mắt và các dụng cụ quang”.Chương này có 8 bài học trong đó bài thấu kính là cơ sở để học sinh giải quyết các bài về dụng cụ quang học.Nếu học sinh không giải quyết một cách triệt để bài toán về thấu kính thì hầu như không giải được các bài tập về dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt. Khi học bài này yêu cầu học sinh phải nắm vững các kiến thức về thấu kính, bao gồm đường đi của tia sáng qua thấu kính,cách dựng hình, các công thức của thấu kính, cách nhận biết loại thấu kính, tính chất vật ảnh cho bởi từng loại thấu kính...để giải bài toán một cách nhanh chóng.Tuy nhiên qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh khi học bài này thường rất khó khăn, chậm nắm bắt được thông tin, lúng túng khi giải bài tập, không xác định được hướng giải quyết bài toán.Trong khi đó thời lượng cho bài này trong chương trình kể cả phần giải bài tập cũng chỉ có hai tiết học.Do đó làm thế nào để giảng dạy tốt bài này và giúp học sinh nắm bắt được kiến thức là một vấn đề khó, đòi hỏi người thầy phải có kinh nghiệm và sự tích cực học tập của học sinh trong thời gian ở nhà mới giải quyết được. Vì vậy để giúp học sinh có thể học tốt bài thấu kính, cũng như làm bài tập ở nhà, tôi đã sắp xếp và phân loại kiến thức cũng như dạng bài tập để các em có thể hệ thống được kiến thức và nắm chắc kiến thức cần lĩnh hội.Qua thực tế áp dụng ở các lớp đã dạy, tôi thấy có hiệu quả rõ rệt. Tuy nhiên trong bài viết này tôi chỉ đề cập đến một dạng bài tập cơ bản của phần thấu kính là bài tập định tính: vẽ hình, xác định loại thấu kính, tính chất vật ảnh...... Bản thân tôi viết bài này với mong muốn để trao đổi cùng với các đồng nghiệp, để cùng nhau góp ý sao cho việc giảng dạy của chúng ta ngày càng có chất lượng và học sinh học tập ngày càng tốt hơn II/ PHÂN LOẠI BÀI TẬP THEO NHÓM KIẾN THỨC Ở BÀI THẤU KÍNH : 1/ Đường đi của tia sáng qua thấu kính: a/ Các tia đặc biệt : + Tia qua quang tâm O thì truyền thẳng. + Tia qua tiêu điểm chính( hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F) cho tia ló song song trục chính. + Tia tới song song trục chính cho tia ló qua tiêu điểm chính F/ (hoặc đường kéo dài qua F/ ) b/ Tia tới bất kỳ: - Vẽ tiêu diện vuông góc trục chính tại tiêu điểm chính ảnh F/ - Vẽ trục phụ song song với tia tới SI,cắt tiêu diện tại tiêu điểm phụ F1 - Vẽ tia ló đi qua tiêu điểm phụ F1 (hoặc đường kéo dài qua tiêu điểm phụ) 2. Vẽ ảnh của vật cho bởi thấu kính: a/ Vật là điểm sáng nằm ngoài trục chính: Vẽ hai trong ba tia đặc biệt. O O O F/ O F/ O F/ O F/ O F/ F1 O F1 F b/ Vật là điểm sáng nằm trên trục chính: Dùng một tia bất kỳ và tia đi theo trục chính c/ Vật là đoạn thẳng AB vuông góc trục chính,A ở trên trục chính thì vẽ ảnh B/ của B sau đó hạ đường vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A/B/. 3/ Tính chất ảnh: + Chùm tia ló hội tụ : Ảnh thật – hứng được trên màn. + Chùm tia ló phân kỳ: Ảnh ảo - không hứng được trên màn 4/ Vị trí vật và ảnh: a/ Với thấu kính hội tụ: Xét vật sáng là đoạn thẳng nhỏ AB vuông góc trục chính + Vật thật ở ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật ,ngược chiều với vật . + Vật thật ở trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo ,cùng chiều với vật,lớn hơn vật. S O F S/ O S/ F/ S O F/ F1 S S/ O F1 F O F A B B/ A/ O F/ A B B/ A/ O F A B B/ A/ O A B B/ A/ F/ + Vật thật ở tiêu diện cho ảnh ở vô cực ,ta không hứng được ảnh. b/ Với thấu kính phân kỳ: + Vật thật là đoạn thẳng nhỏ AB vuông góc trục chính luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật. Lưu ý: Vật thật ,ảnh thật vẽ bằng nét liền,vật ảo ảnh ảo vẽ bằng nét đứt.Tia sáng vẽ bằng nét liền,có dấu mũi tên chỉ chiều truyền của tia sáng. 5/Xác định tính chất vật - ảnh cho bởi thấu kính dựa vào vị trí của vật - ảnh và xác định loại thấu kính dựa vào tính chất vật - ảnh: 5.1/ Đối với vật là một điểm sáng và ảnh là một điểm sáng: a/ Vật thật và ảnh nằm khác phía nhau so với trục chính và so với thấu kính thì cùng tính chất (cùng thật ). Vật thật cho ảnh thật là thấu kính hội tụ Ví dụ 1: Cho xy là trục chính của thấu kính ,S là điểm sáng ở trước thấu kính, S/ là ảnh của S cho bởi thấu kính. Xác định loại thấu kính. Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm,các tiêu điểm chính. Giải : + S: vật thật, S/ ảnh thật  Thấu kính là hội tụ. + Nối S,S/ cắt xy tại O, O là quang tâm. O A B F/ O F/ A B B/ A/ S/  S  x y S/  S  x y O + Dựng thấu kính vuông góc trục chính tại O + Dựng tia tới SI song song trục chính gặp trục chính tại I.Nối IS/ cắt trục chính tại F/. F/ là tiêu điểm chính ảnh.Lấy F đối xứng F/ qua quang tâm O. F là tiêu điểm chính vật. b/Vật và ảnh nằm cùng phía nhau so với trục chính và so với thấu kính thì khác tính chất (Vật thật thì ảnh ảo). - Ảnh ảo của vật thật cho bởi TKHT nằm xa trục chính và xa TK hơn vật, - Ảnh ảo của vật thật cho bởi TKPK nằm gần trục chính ,gần TK hơn vật. Ví dụ 2: Cho xy là trục chính của thấu kính ,S là điểm sáng ở trước thấu kính, S/ là ảnh của S cho bởi thấu kính. Xác định loại thấu kính. Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm, các tiêu điểm chính.( Hình a và hình b) Hình a/ Hình b/ Cách giải : Giống ví dụ 1 S/  S  x y O S/  S  x y O F/ F S/  S  x y S  S/  x y 5.1/ Đối với vật là một đoạn thẳng nhỏ AB đặt vuông góc trục chính: a/ Vật và ảnh ngược chiều nhau: Cùng tính chất  Thấu kính là hội tụ Ví dụ 3: Cho xy là trục chính của thấu kính ,AB là đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc trục chính và ở trước thấu kính, A/B/ là ảnh của AB cho bởi thấu kính. Xác định loại thấu kính. Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm, các tiêu điểm chính. Giải : + Vật ảnh ngược chiều  cùng thật  Thấu kính là hội tụ. + Nối B, B/ căt xy tại O, O là quang tâm. Dựng thấu kính vuông góc trục chính tại O + Dựng tia tới SI song song trục chính gặp trục chính tại I.Nối IB/ cắt trục chính tại F/. F/ là tiêu điểm chính ảnh.Lấy F đối xứng F/ qua quang tâm O. F là tiêu điểm chính vật. A B B/ A/ x y A B B/ A/ x y O A B B/ A/ x y O A B B/ A/ x y O F/ F a/ Vật và ảnh cùng chiều nhau: Khác tính chất  Vật thật - ảnh ảo - Ảnh ảo lớn hơn vật: Thấu kính là hội tụ. - Ảnh ảo nhỏ hơn vật: Thấu kính là phân kỳ. Ví dụ 4: Cho xy là trục chính của thấu kính ,AB là đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc trục chính và ở trước thấu kính, A/B/ là ảnh của AB cho bởi thấu kính. Xác định loại thấu kính. Bằng phép vẽ, hãy xác định quang tâm, các tiêu điểm chính Hình(a và hình b) Hình a/ Hình b/ Cách giải : giống ví dụ 3. 6/Xác định tính chất vật - ảnh cho bởi thấu kính dựa vào phương của tia tới và tia ló: a/ Tia ló có phương đi lại gần trục chính hơn phương của tia tới là thấu kính hội tụ. Ví dụ 5: IK là tia ló của tia tới SI cho bởi thấu kính. Hỏi thấu kính loại gì ? Hãy vẽ tia ló của tia tới PQ. Giải: + Tia ló IK có phương đi lại gần trục chính hơn phương của tia tới SI  thấu kính hội tụ. + Dựng trục phụ song song tia tới SI, cắt tia ló IK tại tiêu điểm phụ F1. A B B/ A/ x y A B B/ A/ x y S I K O x y P Q + Dựng tiêu diện vuông góc với trục chính và đi qua tiêu điểm phụ F1 + Dựng trục phụ song song tia tới PQ cắt tiêu diện tại tiêu điểm phụ F2. Dựng tia ló QF2. b/ Tia ló có phương đi ra xa trục chính hơn phương của tia tới là thấu kính phân kỳ. Ví dụ 6: IK là tia ló của tia tới SI cho bởi thấu kính. Hỏi thấu kính loại gì ? Hãy vẽ tia ló của tia tới PQ. Cách giải: giống ví dụ 5. S I K O x y P Q F1 S I K O x y P Q F1 S I K O x y P Q F1 F2 S I K O x y P Q Ví dụ 7: Một thấu kính rìa mỏng ,một mặt lồi một mặt lõm.Bán kính mặt nọ gấp đôi bán kính mặt kia.Hỏi măt nào có bán kính lớn hơn? Giải: Vẽ hình để học sinh quan sát và rút ra kết luận: Thấu kính rìa mỏng: Bán kính mặt lõm lớn hơn bán kính mặt lồi Ví dụ 8: Một thấu kính rìa dày ,một mặt lồi một mặt lõm.Bán kính mặt nọ gấp đôi bán kính mặt kia.Hỏi măt nào có bán kính lớn hơn? Giải: Vẽ hình để học sinh quan sát và rút ra kết luận Thấu kính rìa dày: Bán kính mặt lõm nhỏ hơn bán kính mặt lồi Ví dụ 9: A/B/ là ảnh của đoạn thẳng nhỏ AB cho bởi một thấu kính.Hỏi thấu kính loại gì ? Bằng phép vẽ xác định quan tâm, trục chính và các tiêu điểm chính. Giải: - Thấu kính hội tụ. - Vẽ hình theo các quy tắc đã học. Thấu kính rìa mỏng Thấu kính rìa dày A B A/ B/ A B A/ B/ O F/ I III/ PHẦN KẾT: Trên đây là các đúc kết rút ra từ thực tiễn giảng dạy của cá nhân. Khi cho các đối tượng học sinh có học lực khác nhau giải quyết các ví dụ này thì tất cả các học sinh từ trung bình khá trở lên đều vận dụng được một cách nhanh chóng. Bên cạnh đó còn không ít học sinh lười học, quen thói nhìn thầy cô viết vẽ gì trên bảng thì cứ thế mà bê nguyên xi vào vở. Do vậy, đối với các đối tượng này cần phải buộc các em làm thất nhiều ví dụ, bài tập mới mong khắc sâu được phương pháp vẽ hình cho học sinh. Mặc dù đã có thử nghiệm nhưng cũng không thể tránh khỏi các thiếu sót, nên chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến để sửa sai và ngày càng hoàn thiện mình hơn trong cả chuyên môn và tay nghề. Người viết Nguyễn Văn Dũng