SKKN Giải bài tập về thấu kính bằng phương pháp dựng hình

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ 
TRƯỜNG THPT NGUYỄN HOÀNG
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
TÊN ĐỀ TÀI
GIẢI BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH BẰNG 
PHƯƠNG PHÁP DỰNG HÌNH
Người thực hiện: Thịnh Thị Tình
Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hoàng
SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lí
THANH HOÁ, NĂM 2017
MỤC LỤC
 Trang
Phần I. Mở đầu 3 
Lí do chọn đề tài.. 3
Mục đích nghiên cứu 3
Đối tượng nghiên cứu 4
Phương pháp nghiên cứu 4
Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 4
Phần II. Nội dung 4 
1. Cơ sở lí thuyết 4
1.1. Đường truyền của tia sang qua thấu kính 4
1.2. Vẽ ảnh của một vật qua thấu kính 5 
1.3. Tính chất ảnh 5
1.4. Vị trí vật và ảnh 6
2.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 7 
3.Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề 7 
3.1. Xác định tính chất vật - ảnh dựa vào vị trí vật - ảnh và xác 
 định loại thấu kính dựa vào tính chất vật - ảnh 7
 3.1.1. Trường hợp vật là một điểm sang 7
 3.1.2. Trường hợp vật là một vật sáng AB đạt vuông góc với 
 trục chính của thấu kính 9
3.2. Xác định tính chất vật - ảnh dựa vào phương tia sáng tới và tia ló 11
4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nhgiệm 14
Phần 3. Kết luận – Kiến nghị 14
PHẦN I. MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài.
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 đưa ra một dạng bài tập mới có thể giải quyết vấn đề khó khăn trên, để các em có thể hệ thống được kiến thức và nắm chắc kiến thức cần lĩnh hội một cách dẽ dàng hơn đó là phương pháp dựng hình. Qua thực tế áp dụng ở các lớp đã dạy, tôi thấy có hiệu quả rõ rệt. Và tôi chọn “ Giải bài tập về thấu kính bằng phương pháp dựng hình” là tên của đề tài này.
Mục đích nghiên cứu.
 Bản thân tôi viết bài này với mong muốn giúp học sinh có một cách giải bài tập về thấu kính tốt hơn, sáng tạo hơn, và các em hệ thống được nội dung kiếm thức bài thấu kính dẽ dàng hơn. Đồng thời đề tài này tôi dùng 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.
Đối tượng nghiên cứu.
 Bài tập định tính của thấu kính: vẽ hình, xác định loại thấu kính, nêu tính chất ảnh của một vật qua thấu kính.
Phương pháp nghiên cứu.
 Trong đề tài tôi sử dụng các phương pháp chủ yếu là nghiên cứu lý luận về đường truyền tia sáng qua thấu kính mỏng.
Những điểm mới của sáng kiến.
 Trong sáng kiến này tôi đã đặc biệt nhấn mạnh bản chất của tia sáng, và cách dựng các tia sáng qua thấu kính mỏng. Đây là dạng bài tập định tính có liên quan đến kĩ thật dụng hình trong môn Toán, giúp học sinh sáng tạo hơn và có hứng thú hơn khi học Vật lí. 
 PHẦN II. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
 Cơ sở lí thuyết.
1.1. Đường đi của tia sáng qua thấu kính:
 a. Các tia đặc biệt :
+ Tia qua quang tâm O thì truyền thẳng.
O
O
O
F/
+ Tia qua tiêu điểm chính( hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F) cho tia ló song song trục chính.
O
F/
+ Tia tới song song trục chính cho tia ló qua tiêu điểm chính F/ (hoặc đường kéo dài qua F/ )
O
F/
O
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)
O
F1
F
O
F/
F1
1.2. Vẽ ảnh của vật cho bởi thấu kính:
 Vật là điểm sáng nằm ngoài trục chính: Vẽ hai trong ba tia đặc biệt.
O
S/
F/
S
O
F
S/
S
O
F1
F
O
F/
F1
 S
S/
Vật là điểm sáng nằm trên trục chính: Dùng một tia bất kỳ và tia đi theo trục chính
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/.
O
F/
A
B
B/
A/
O
F
A
B
B/
A/
1.3. 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
1.4. Vị trí vật và ảnh:
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 .
O
F
A
B
B/
A/
O
A
B
B/
A/
+ Vật thật ở trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, cùng chiều với vật, lớn hơn vật. 
F/
+ Vật thật ở tiêu diện cho ảnh ở vô cực, ta không hứng được ảnh.
O
A
B
F/
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.
O
F/
A
B
B/
A/
 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.
Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
 Qua một số năm giảng dạy ở các khóa học tôi thấy việc học môn khoa học tự nhiên nói chung và môn Vật lí nói riêng, muốn học sinh rèn luyện được tư duy sáng tạo trong việc học tập và giải quyết các bài tập định tính trong Vật lí thì bản thân mỗi giáo viên cần phải có nhiều phương pháp và nhiều cách giải quyết. Đặc biệt muốn cho học sinh hiểu rõ bản chất Vật lí của một sự kiện, hiện tượng nào đó thì cần làm rõ các bài tập định tính của nội dung kiến thức có liên quan.Trong những năm giảng dạy trước đây số học sinh khá giỏi rất ít. Tuy nhiên có nhiều nguyên nhân có cả khách quan và chủ quan song đòi hỏi người thầy phải tìm tòi, nghiên cứu tìm ra phương pháp và cách giải qua một số bài tập định tính, 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 đính là rèn luyện kĩ năng sáng tạo Vật lí, trước những tình huống cụ thể tôi cho học sinh tìm ra cách giải quyết, đồng thời cho học sinh biết đâu là cách trình bày tối ưu nhất cho bài toán đó. Trên cơ sở đó học sinh có thể khái quát thành các bài toán tổng quát và xác định được các bài toán tương tự.
 Qua những năm trực tiếp giảng dạy cho học sinh, được gần gũi tiếp xúc với học sinh, tôi thấy các em cũng muốn học nhưng do học mấy móc nên rất dễ quên dẫn đến các em 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 các em có thể hiểu chắc, hiểu rõ, nắm được bản chất của vấn đề, tìm ra được cách giải quyết hay nhất cho mỗi mỗi bài toán ấy.
 Từ những thực trạng trên tôi mạnh dạn đua ra cách giải bài tập thấu kính bằng phương pháp dựng hình. Nhằm giúp học sinh có định hướng đúng đắn về những bài tập định tính v thấu kính, đồng thời nâng cao chất lượng học tập của học sinh nói chung và môn Vật lí nói riêng.
Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề.
 3.1. 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: 
 3.1.1. Trường hợp vật là một điểm sáng thì ảnh cũng là điểm sáng.
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.
S/ · 
S · 
x 
y 
 Giải : 	+ S: vật thật, S/ ảnh thật Þ Thấu kính là hội tụ.
	+ Nối S,S/ cắt xy tại O, O là quang tâm. 
S/ · 
S · 
x 
y 
O
	+ Dựng thấu kính vuông góc trục chính tại O
S/ · 
S · 
x 
y 
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.
S/ · 
S · 
x 
y 
O
F/
F
 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)
S/ · 
S · 
x 
y 
Hình a.
S · 
S/ · 
x 
y 
Hình b.
Cách giải : Giống ví dụ 1
3.1.2 Trường hợp vật là một đoạn thẳng nhỏ AB đặt vuông góc trục chính:
Vật và ảnh ngược chiều nhau: Cùng tính chất Þ 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.
A
B
B/
A/
x
y
Giải : 	+ Vật ảnh ngược chiều Þ cùng thật Þ Thấu kính là hội tụ.
+ Nối B, B/ căt xy tại O, O là quang tâm.
A
B
B/
A/
x
y
O
	Dựng thấu kính vuông góc trục chính tại O
A
B
B/
A/
x
y
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
O
F/
F
 b. Vật và ảnh cùng chiều nhau: Khác tính chất Þ 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
A
B
B/
A/
x
y
 Hình(a và hình b) 
Hình a.
A
B
B/
A/
x
y
Hình b.
Cách giải : giống ví dụ 3.
3.2. Xác định tính chất vật - ảnh cho bởi thấu kính dựa vào phương của tia tới và tia ló:
3.2.1. 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.
 S
 I
K
 O
 x
 y
 P
 Q
Giải: 
+ Tia ló IK có phương đi lại gần trục chính hơn phương của tia tới SI Þ thấu kính hội tụ.
+ Dựng trục phụ song song tia tới SI, cắt tia ló IK tại tiêu điểm phụ F1.
 S
 I
K
 O
 x
 y
 P
 Q
F1
	+ Dựng tiêu diện vuông góc với trục chính và đi qua tiêu điểm phụ F1
 S
 I
K
 O
 x
 y
 P
 Q
 F1
	+ Dựng trục phụ song song tia tới PQ cắt tiêu diện tại tiêu điểm phụ F2. Dựng tia ló QF2.
 S
 I
K
 O
 x
 y
 P
 Q
 F1
F2
3.2.2. Tia ló có phương đi ra xa trục chính hơn phương của tia tới là thấu kính phân kỳ.
 S
 I
K
 O
 x
 y
 P
 Q
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.
Thấu kính rìa mỏng
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
Thấu kính rìa dày
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.
A
 B
A/
B/
Giải: 	- Thấu kính hội tụ.
	- Vẽ hình theo các quy tắc đã học.
A
 B
A/
B/
O
F/
I
Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm.
 Qua tiết học này tôi nhận thấy kết quả là có trên 90% số học sinh làm tốt các bài toán định tính về thấu kính. Nghĩa là các em biết vẽ ảnh của một vật qua thấu kính, từ đó xác định được vị trí, tính chất của vật - ảnh và ngược lại từ vị trí vật - ảnh xác định được loại thấu kính, tính chất của vật - ảnh.
 Năm học 2016 – 2017, tôi đã áp dụng sáng kiến kinh nghiệm này giảng dạy ở các lớp và tôi nhận thấy hiệu quả rõ rệt, cụ thể là:
Lớp
Tổng số
Giỏi
Tỉ lệ
Khá
Tỉ lệ
T bình
Tỉ lệ
Yếu
Tỉ lệ
Kém
Tỉ lệ
11C4
40
12
30%
20
50%
6
15%
2
5%
0
0
11C5
37
10
27%
18
48,6%
6
16,2%
3
8,2%
0
0
11C6
42
14
33,3%
20
47,6%
6
14,3%
2
5,8%
0
0
PHẦN III. PHẦN KẾT
Kết luận.
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.
Kiến nghị
Mặc dù đã dành nhiều thời gian và tâm huyết với đề tài, nhưng vì là giáo viên trẻ, kinh nghiệm còn chưa nhiều, năng lực bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi các thiếu sót. Tôi rất mong được các đồng nghiệp tham khảo và đóng góp ý kiến để tôi có thể từng bước hoàn thiện mình hơn, năng cao nghiệp vụ giảng dạy của mình.
Xác nhận của thủ trưởng đơn vị	 Thanh hóa, ngày 10 tháng 5 năm 2017
	 Tôi cam đoan đây là SKKN của 	 mình, không sao chép của người khác.
 Thịnh Thị Tình