Sáng kiến kinh nghiệm vật lý

A. Đặt vấn đề.
Để có một lời giải đúng, một hình vẽ chính xác thoả mãn yêu cầu đặt ra của
một bài tập về thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kỳ ở mỗi học sinh lớp 9 là mục
tiêu cần đạt đợc sau khi dạy và học xong phần Thấu kính của chơng trình vật lý bậc
trung học cơ sở.
Quả vậy chỉ với đờng truyền của 3 tia đặc biệt cùng với tính chất tạo ảnh của
hai loại thấu kính và phần lý thuyết buộc các em phải công nhận đó là:
Việc xác định ảnh AB của vật sáng AB đặt vuông góc với

bằng cách chỉ cần tìm
ảnh B của B rồi hạ BA vuông góc với

tại Achứ không cần xác định ảnh của
điểm A.
Còn vị trí của thấu kính ở đâu trên trục chính? Cách tìm hai tiêu điểm F và F? lại còn
những bài toán yêu cầu tìm độ cao của ảnh? tìm vị trí của ảnh? tìm khoảng cách từ
vật đến ảnh? mà học sinh chỉ dựa vào kiến thức của bộ môn hình học.
Nghĩa là Bài tập yêu cầu các em giải định lợng mà Sách thì khẳng định rõ
trong mục tiêu Các kiến thức trong ch ơng III chỉ đợc trình bày ở mức độ định
tính Không trình bày công thức về thấu kính.
(Sách GV VL9 trang 13)
Đây là khó khăn lớn nhất của ngời học cũng nh ngời dạy về phần quang hình
lớp 9.
Trăn trở trên đặt ra cho bản thân khi tôi truyền thụ và giảng giải cùng hớng dẫn
các em giải bài tập về thấu kính bằng một chuyên đề Hớng dẫn học sinh lớp 9 giải
bài tập về thấu kính.
Với hy vọng từ chuyên đề này phần nào khắc phục đợc những khó khăn mà
các em gặp phải và đạt đợc mục tiêu đặt ra khi học phần Thấu kính.
B. Giải quyết vấn đề.
I, Ph ơng pháp nghiên cứu:
1, Với thày:

B ớc 1: Dành thời gian củng cố cho học sinh về hiện tợng khúc xạ ánh sáng;
cách vẽ ba tia đặc biệt, cách xác định ảnh của một vật tạo bởi thấu kính.
4
Qua đó rèn cho học sinh kỹ năng vẽ hình thật chính xác (vẽ góc vuông vẽ hai đờng
song song, cách lấy điểm đối xứng ).
B ớc 2: Phân dạng bài tập có cùng một yêu cầu với cùng một phơng pháp giải
để học sinh hình thành kỹ năng.
B ớc 3: Qua việc giải bài tập về thấu kính bằng phơng pháp hình học xây dựng
cho các em một số công thức về thấu kính để nâng cao kiến thức và mở ra cho học
sinh một khả năng tiếp cận với dạng bài định lợng.
2, Đối với trò:
Yêu cầu tối thiểu ở học sinh khi học Thấu kính phải đầy đủ dụng cụ học tập
(thớc kẻ, com pa).
Ôn lại kiến thức toán học (Hình học) có liên quan chặt chẽ đó là: Tam giác
đồng dạng, bài toán dựng hình, kỹ năng phân tích, chứng minh bài tập hình học
nghĩa là học sinh cần có những kiến thức toán học khá vững vàng.
II, Những công việc cụ thể.
Với chuyên đề HDHS lớp 9 giải bài tập về thấu kính. Tôi phân thành những
chuyên đề nhỏ để phù hợp với hai đối tợng học sinh Đại trà và Khá giỏi.
Chuyên đề 1: Dựng ảnh của vật tạo bởi thấu kính.
Để dựng đợc ảnh của vật tạo bởi thấu kính tôi yêu cầu học sinh phải nắm chắc
về đờng truyền của ba tia đặc biệt và cách tìm ảnh của vật tạo bởi thấu kính.
+ Tia song song với trục chính thì có tia ló đi qua tiêu điểm.
+ Tia đi qua quang tâm thì truyền thẳng.
+ Tia tới đi qua tiêu điểm của thấu kính thì tia ló song song với trục chính.
+ ảnh thật là giao điểm của 2 trong 3 tia ló.
+ ảnh ảo là giao của 2 trong 3 tia ló về phía kéo dài.
+ Vật là một đoạn thẳng

trục chính chỉ cần tìm ảnh của điểm đầu B là B rồi

hạ BA

ta có ảnh AB của AB.
Ví dụ 1: (Bài 43.1 SBT VL9).
Đặt một điểm sáng S trớc TKHT và nằm trong tiêu cự. Hãy dùng ảnh S của S qua
thấu kính đã cho.
5
S là ảnh thật hay ảnh ảo?
H ớng dẫn:
Yêu cầu các em vẽ 2 trong 3 tia tới
đặc biệt và 2 tia ló của chúng.
Vì vật trong tiêu cự (d < f ).
Nếu S là ảnh ảo (chùm tia ló phân kì) nên ảnh là giao của 2 đờng kéo dài các tia ló.
Vẽ SI song song với

, nối IF và kéo dài về phía I.
Vẽ SO

tia ló truyền thẳng, kéo dài SO về phía S.
Chúng cắt nhau tại S.
Ví dụ 2: (C4 SGK trang 117).
Hãy dựng ảnh S của điểm sáng S.
H ớng dẫn:
Điểm sáng S nằm ngoài tiêu cự bằng
cách vẽ đơn giản của hai tia đặc biệt.
S là giao của hai tia đó.
Bài giải:
Từ S dựng tia tới SI song song với

nối IF và kéo dài.

Dựng tia tới SO và kéo dài. IF cắt SO tại S.
Ta có S là ảnh của S.
Ví dụ 3: Dựng ảnh của vật AB trong các trờng hợp sau:
(với d là khoảng cách từ vật tới thấu kính, f là tiêu cự).
a, f < d < 2f b, d < f với mỗi loại thấu kính?
1, Với thấu kính hội tụ:
a, f < d < 2f b, d < f
6
Từ điểm sáng B vẽ 2 tia tới đặc biệt, rồi tìm giao của 2 tia ló tạo bởi thấu kính ta tìm
đợc ảnh B của B.
2, Với thấu kính phân kì:

a,f < d < 2f b, d < f
Tơng tự nh vậy trờng hợp 1 (HS chỉ cần vẽ 2 tia ló đặc biệt sẽ tìm đợc ảnh ảo của vật
tạo bởi thấu kính phân kì).
Khi học sinh đã khá thạo cách vẽ ảnh của vật tạo bởi thấu kính. Tôi dùng bài toán
ngợc (cho ảnh tìm vật và nhận biết thấu kính thuộc loại nào?).
Ví dụ 4: Cho hình vẽ:

là trục chính, O là quang tâm, F và F là hai tiêu điểm của một thấu kính. Hai tia ló
(1) và (2).
Cho ảnh S của điểm sáng S.
1, Thấu kính đã cho là TKHT hay TKPK?
2, Hãy xác định điểm sáng S.
H ớng dẫn:
(dựa vào tính chất tạo ảnh của thấu kính).
1, S là giao của 2 tia ló vì thế S là ảnh thật mà chỉ có thấu kính hội tụ (TKHT) mới
cho ảnh thật. Vậy thấu kính đã cho là TKHT.
2, Tia ló IS đi qua F

tia tới SI song song với

.
Tia ló KS song song với


tia tới SK đi qua F.
Vậy: SI

SK tại S là điểm sáng phải tìm.
7
Ví dụ 5: Cho hình vẽ: Trục chính

, quang tâm O, hai tiêu điểm F và F của
một thấu kính.
Hai tia ló (1) và (2) của 2 tia tới xuất phát
từ một điểm sáng S.
1, Hãy xác định ảnh S và vật sáng S bằng cách vẽ?
2, Thấu kính đã cho thuộc loại gì? vì sao?
H ớng dẫn:
Với bài tập này nên hớng học sinh chỉ việc kéo dài 2 tia ló. Chúng cắt nhau tại S
đồng thời tia ló (1) khi kéo dài đi qua F nên tia tới song song với

; tia ló (2) đi qua
quang tâm nên tia tới là tia kéo dài. Do đó dễ dàng tìm đợc S.
Từ vị trí của S và S với thấu kính

sẽ nhận ra thấu kính thuộc loại nào.
Bài giải:
1, + Kéo dài tia ló (1) nó đi qua F.

+ Kéo dài tia ló (2) về phía O.
Vì là tia đi qua quang tâm nên (2)
chính là tia tới.
Tia ló (1) kéo dài cắt tia ló (2) kéo
dài tại S (ảnh).
+ Từ I kẻ tia song song với

tia này cắt tia ló (2) kéo dài tại S (vật).
1, + Vì ảnh S cùng phía với S so với trục chính nên ảnh S là ảnh ảo của S. Vì S gần
thấu kính hơn vật S nên thấu kính đã cho là TKPK.
Ví dụ 6: Vật sáng AB có độ cao h đợc đặt vuông góc trớc TKHT có tiêu cự f.
Điểm A trên trục chính cách thấu kính một khoảng d = 2f.
1, Dựng ảnh AB tạo bởi thấu kính.
8
2, Vận dụng kiến thức hình học tính
chiều cao h theo h và khoảng cách d
từ ảnh đến thấu kính theo d.
H ớng dẫn:
1, Từ B vẽ 2 tia tới đặc biệt.
Tia BI song song


tia ló?
Tia BH đi qua F

tia ló?
ảnh B của B là giao của 2 tia ló nào?
Tìm A là ảnh của A bằng cách nào?
2, áp dụng các cặp tam giác vuông bằng nhau

h = h và d = d = 2f.
Bài giải:
1, Từ B kẻ tia tới BI song song


tia ló đi qua F
Từ B kẻ tia tới BH đi qua F

tia ló song song với

.
ảnh B là giao của 2 tia ló. Từ B hạ BA




AB là ảnh của AB tạo bởi TKHT.
2, Theo giả thiết: d = AO = 2f

AF = OF.
3 điểm B, F, H thẳng hàng

ã
ã
BFA OFH=

vuông BAF = vuông HOF (g.c.g)

BA = OH = h.
Mặt khác HB song song với

OH = AB

AB = h (1).
Ta có BI song song với



OI = AB = h.
Xét vuông IOF và vuông BAF chúng có
ả
ả
1 2
' 'F F
=
(đối đỉnh vì I, F, B
thẳng hàng) IO = AB = h

OF = FA hay OA = 2f.
Vậy: h = h; d = d = 2f.
Ví dụ 7: Vật sáng AB có độ cao h đợc đặt vuông góc với trục chính của một
TKPK có tiêu cự f.
Điểm A nằm trên trục chính và có vị trí
tại tiêu điểm F.
1, Dựng ảnh AB của AB tạo bởi TK.
9
2, Bằng kiến thức hình học hãy tính độ cao h theo h và khoảng cách d từ ảnh đến
thấu kính theo f.

(HS tự giải bài tập này).
H ớng dẫn:
* Tơng tự nh những bài tập trớc về TKPK.
B là giao của 2 tia ló sau khi kéo dài
(1 tia ló đi qua tiêu điểm và 1 tia đi qua quang tâm).
* Để tìm h theo h và d theo f
Ta xét hình chữ nhật ABIO có B là giao của 2 đờng chéo

B là trung điểm của
BO.
Mà BA song song BA (vì cùng vuông góc với

)

Dựa vào tính chất đờng trung
bình trong tam giác

h =
2
h
và
'
2
f
d =
.
Chuyên đề 2: Xác định quang tâm, tìm tiêu điểm của một thấu kính.
Sau khi học sinh đã vững về đờng truyền của 3 tia đặc biệt kỹ năng vẽ ảnh của vật
bằng 2 trong 3 tia ló khá thành thạo. Tôi nâng kiến thức quang học cho các em qua
chuyên đề 2. Xác định quang tâm hay nói cách khác là tìm vị trí của thấu kính khi

biết vật và ảnh của nó để từ đó tìm F và F đối xứng nhau qua quang tâm O. Và từ vị
trí ảnh, vật, thấu kính cùng tính chất để nhận ra đó là thấu kính gì (TKHT hay
TKPK).
Ví dụ 8:
Cho 3 hình vẽ (H8a, b, c) xx là trục chính của thấu
kính S là ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính.
Hãy dùng cách vẽ để xác định vị trí của TK
và các tiêu điểm chính. Cho biết thấu kính
thuộc loại gì? ảnh S là ảnh thật hay ảnh ảo?
H ớng dẫn:
Theo các bớc nh sau: + Bớc 1: Tia tới qua quang tâm (không bị gãy khúc) truyền
thẳng mà ảnh của vật nằm trên tia ló.
10
Do đó vị trí quang tâm (O) chính là giao điểm của SSvới trục chính xx.
+ Bớc 2:Từ (O) dựng đờng vuông góc với trục chính xx đó là vị trí của thấu kính.
+ Bớc 3: Dựa vào vị trí ảnh S và vật S với thấu kính, hoặc với trục chính để nhận định
S là ảnh thật hay ảnh ảo của S.
+ Bớc 4: Dựa vào 1 trong 2 tia đặc biệt còn lại để tìm F hoặc F.
Bài giải:
8a, + Nối 2 điểm SS.
SS cắt xx tại O chính là quang tâm
(vì tia tới qua quang tâm truyền thẳng).
Từ O dựng thấu kính

xx.
+ Từ S vẽ tia sáng IS song song với xx; nối IS cắt xx

F là tiêu điểm chính thứ 2
của thấu kính.
+ Lấy F đối xứng với F qua O trên xx.

+ Vì ảnh S và vật S nằm ở hai phía của trục chính xx do đó S là ảnh thật của điểm
sáng S.
+ Thấu kính tìm đợc chính là thấu kính hội tụ.
8b, + Nối SS cắt xx

O
Dựng thấu kính

xx tại O
+ Vẽ tia tới SI song song xx
+ Nối IS kéo dài cắt xx tại F.
+ Lấy F đối xứng với F qua O trên xx.
+ Vì S và S cùng phía với trục chính xx nên S là ảnh ảo mặt khác S xa thấu kính
hơn vật S nên thấu kính tìm đợc là thấu kính hội tụ.
8c, + Nối SS cắt xx tại O là quang tâm.
Dựng thấu kính

xx tại O
+ Vẽ tia sáng SI song song xx.
Nối IS cắt xx tại F.
+ Lấy F đối xứng với F qua O trên xx.
11