Giáo án Vật lý 11 - Bài 48 - Thấu kính mỏng - Giáo viên: Ngô Thị Thùy Dung

Tiết: Ngày soạn:/./2008 Bài 48 Thấu kính mỏng I, Mục tiêu 1. Về kiến thức: Cần nắm vững các điểm sau: - Cấu tạo của thấu kính - Phân loại thấu kính: Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ - Các yếu tố của thấu kính (đường kính khẩu độ, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm, tiêu cự, tiêu diện, độ tụ). - Điều kiện cho ảnh rõ của thấu kính. - Phân biệt được sự khác nhau về tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của hai loại thấu kính. - Nắm được đường đii của tia sáng qua hai loại thấu kính (đối với các tia đặc biệt cũng như với các tia bất kỳ) và sự tạo ảnh của một vật cho bởi thấu kính. - Biết cách vẽ đường đi của tia sáng qua hai loại thấu kính. - Biết cách xác định ảnh của một vật bằng các vẽ các tia sáng. - Biét vận dụng các công thức trên để xác định vị trí của vật (hay ảnh), tính độ phóng đại cảu ản và độ tụ của thấu kính. - Nhận ra các điểm giống nhau và các điểm khác nhau khi vẽ đường đi của tia sáng qua hai loại thấu kính. 2. Về kỹ năng: - Vẽ đường đi của tia sáng qua hai loại thấu kính - Thiết kế các phương án thí nghiệm - Rèn luyện kỹ năng logic toán hcọ để xây dựng các công thức vật lý - Quan sát GV tién hành thí nghiệm, từ đó rút ra kết luận II, Chuẩn bị Giáo viên: - Chuẩn bị bộ thí nghiệm quang laze biểu diễn của Trung Quốc - Quang hình học - mô phỏng và thiết kế - Máy chiếy projecter Học sinh: Ôn lại các kiến thức về thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ đã học ở lớp 9 THCS III, Kiến thức hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Ghi bảng HĐ1: Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát: HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời HS nhận thức được vấn đề của bài học GV nêu câu hỏi kiểm tra kiến thức cũ Kể tên các loại thấu kính mà em đã biết? ĐVĐ: Chúng ta đã học về thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ ơt lớp 9 THCS, ngày hôm nay chúng ta tiếp tục nghiên cứu về hai loại thấu kính này để biết các xác định vị trí, tính chất của ảnh cảu vật tạo bởi hai thấu kính đó. HĐ2: Ôn tập và bổ sung thêm các kiến thức về cấu tạo của hai loại thấu kính: HS làm việc cá nhân với phiếu học tập, sau đó thảo luận chung toàn lớp HS tiếp thu, ghi nhớ - Có hai loại thấu kính: thấu kính mép (rìa) mỏng và thấu kính mép dày. Thấu kính mép mỏng là thấu kính hội tụ, thấu kính mép dày là thấu kính phân kỳ - Tia sáng đi qua quang tâm O truyền thẳng HS tiếp thu, ghi nhớ GV yêu cầu HS làm việc với phiếu học tập để ôn tập các kiến thức vê câu stạo của hai loại thấu kính, đồng thời bổ sung thêm mọt số kiến thức về hai loại thấu kính. GV thông báo cho HS định nghĩa thấu kính Thấu kính là mọt khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và mọt mặt cầu. GV định hướng để HS ôn tập - Có mấy loại thấu kính? Phân biệt sự khác nhau về hình sang giữa chúng? - Đường truyền của tia sáng qua quang tâm O? GV bổ sung: - Ta chỉ xét các thấu kính mỏng, nghĩa là các thấu kính có bề dày ở tâm rất nhỏ. - R1, R2 là bán kính các mặt cầu (mặt phẳng được coi là có án kính bằng vô cực) - Đường thẳng C1C2 nối các tâm của hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm của mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng) được gọc là trục chính. - Điểm O là điểm mà trục chính cắt thấu kính được gọi là trục chính - được gọi là đường kính mở hay đường kính khẩu độ . - Đường thẳng bất lỳ đi qua quang tâm O được gọi là trục phụ. - Điều kiện tương điểm: Các tia sáng tới thấu kính phải lập một góc nhỏ với trục chinh. Trong điều kiện này, ứng với một điểm vật chỉ có một điểm ảnh nên vật cho ảnh rõ nét. HĐ3: Tìm hiểu các khái niệm tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự: HS thảo luận chung toàn lớp - Chiếu một chùm sáng song song với trục chính tới thấu kính hội tụ, giao của chùm tia ló là tiêu điểm của thấu kính. - Dùng bộ thí nghiệm quang laze để tạo ra chùm tia sáng chiếu tới thấu kính hội tụ, giao của chùm tia ló phía sau thấu kính chính là tiêu điểm của thấu kính đó. HS qua sát Gv tiến hành thí nghiệm HS quan sát GV trình chiếu phần mềm mô phỏng quang hình học HS chú ý quan sát GV mô phỏng đường đi của tia sáng khi nguồn sáng đặt tại tiêu điểm vật. - Chùm tia ló là chùm song song HS thảo luận cung toàn lớp - Làm thí nghiệm như đối với thấu kính hội tụ HS quan sát GV tiến hành thí nghiệm - Không xác định được tiêu điểm của thấu kính phân kỳ - Các tia ló có đường kéo dài giao nhau tại một điểm - Giống như thấu kính hội tụ, thấu kính phân kỳ có tiêu điểm vật nằm khác phía so với tiêu điểm ảnh - Chùm ló là chùm song song. Dùng bút dạ kéo dài chúm sáng tới cắt nhau tại điểm F, đó chính là tiêu điểm vật. - Điều chỉnh chúm sáng tới sao cho chùm ló là chúm song song - HS vẽ đường đi của tia sáng như thí nghiệm biểu diễn vào vở ghi HS tiếp thu, ghi nhớ GV nêu câu hỏi vầ vấn đề cần nghiên cứu - Làm thế nào để xác định được tiêu điểm của thấu kính? GV nêu câu hỏi thiết kế phương án thí nghiệm - Hãy thiết kế phương án thí nghiệm để xác định tiêu điểm của thấu kính hội tụ. GV tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS chú ý quan sát. Sau khi tiến hành thí nghiệm để HS quan sát, GV sử dụng quang hình học mo phỏng và thiết kế trình chiếu để HS quan sát. GV thông báo - Tiêu điểm của thấu kính hội tụ mà ta vừa xác định ở trên gọi là tiêu điểm ảnh F của thấu kính hội tụ - Ngoài tiêu điểm ảnh , thấu kính hội tụ còn có một tiêu điểm F gọi là tiêu điểm vật. GV sử dụng Quang hình học - mô phỏng và thiết kế trình chiếu cho HS quan sát để biết đặc điểm cảu tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ và yêu cầu HS trả lời câu hỏi: - Nếu nguồn sáng là một điểm sáng đặt tại tiêu điểm vật phát ra các tia sáng tới thấu kính, thì chùm tia ló phía sau thấu kính có đặc điểm gì? GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu tiếp - ở trên ta vừa xác định được tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật cảu thấu kính hội tụ, đối với thấu kính phân kì thì ta phải làm thế nào? GV tiến hành thí nghiệm đối với thấu kính phân kì, yêu cầu HS quan sát và rút ra kết luận GV dùng bút dạ và thước kẻ kéo dài các tia ló trên bảng biểu diễn của bộ thí nghiệm và yêu cầu HS quan sát để rút ra kết luận. GV thông báo - Điểm giao nhau của chùm tia ló mà ta vừa xác định ở trên gọi là tiêu điểm ảnh F' cảu thấu kính phân kì. GV nêu các câu hỏi gợi ý để HS xác định tiêu điểm vật của thấu kính phân kì. - Tiêu điểm vật cảu thấu kính phân kì nừam cùng phía hay khác phía với tiêu điểm ảnh so với thấu kính? - Phải làm thí nghiệm thế nào để xác định tiêu điểm vật của thấu kính phân kì? - Sử dụng chùm sáng tới thấu kính phân kì sao cho các tia sáng có đường kéo dài hội tụ tại tiêu điểm vật của thấu kính phân kì thì chùm ló có đặc điểm gì? Khí đó phải làm thế nào để xác định tiêu điểm cật của thấu kính đó? - Nhưng ta chưa biết được tiêu điểm vật thì phải làm thế nào? Gv tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS quan sát, sau đó yêu cầu một HS lên xác định tiêu điểm vật cảu thấu kính phân kỳ. (Lưu ý: GV phải ước lượng trước tiêu điểm của thấu kính phân lì, đói diện với tiêu điểm ảnh vừa xcs định ở trên, để nhanh chóng đưa ra kết quả thí nghiệm) GV thông báo - Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật F được gọi là tiêu diện vật. - Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh F' được gọi là tiêu diện ảnh. - Điểm cắt trục phụ bất kỳ với tiêu diện vật hay tiêu diện ảnh dợc gọi là tiêu điểm vật phụ thuộc hay tiêu điểm ảnh phụ. - Chiếu mọt chùm tia tới song song với trục phụ thì các tia ló (hoặc các đường kéo dài) sẽ cắt nhau tại tiêu điểm ảnh phụ . Ngược lại nếu đặt một nguồn sáng điểm tại một tiêu điểm phụ F1 thì chùm tia ló ra khỏi thấu kính là mọt chùm song song với trục phụ đi qua F1. - Tiêu cự là độ dài đại số, được kí hiệu là f, có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm chính tới quang tâm thấu kính. Quy ước: f > 0 với thấu kính hội tụ f < 0 với thấu kính phân kỳ HĐ4: Ôn tập và bổ sung kiến thức về đường đi của tia sáng qua thấu kính HS làm việc cá nhân, sau đó thảo luận chung toàn lớp - Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F'. - Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló tương ứng song song với trục chính. - Tia tới qua quang tâm O thì đi thẳng. HS tiếp thu, ghi nhớ HS làm việc cá nhân, sau đó thảo luận chung toàn lớp GV yêu cầu HS vẽ tiếp đường đi của các tia ló qua thấu kính trong phiếu học tập, từ đó rút ra đường đi của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính? GV thông báo - Đối với tia tới bất kỳ chiếu tới thấu kính, tia ló tương ứng (hoặc có đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh phụ nằm trên trục phụ song song với tia tới đó. GV yêu cầu HS vẽ tiếp các tia ló của các tia tới bất kỳ trong bài 3 của phiếu học tập. HĐ5: Tìm hiểu các xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng HS thảo luận nhóm, sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả HS thảo luận nhóm, sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả. Kết quả: Đối với thấu kính hội tụ - Khi vật AB đặt ngoài tiêu điểm, ảnh A'B' là ảnh thật, ngược chiều với vật. - Khi vật AB đặt trong tiêu điểm, ảnh A'B' là ảnh ảo, cùng chiều với vật. - Khi vật ở tiêu điểm, ảnh ở vô cực. Đối với thấu kính phân kỳ - Vật AB trước thấu kính, luôn cho ảnh ảo cùng chiều và bé hơn vật. GV thông báo các xác định ảnh của vật qua thấu kính. Xét một ật nhỏ, phẳng AB đặc đặt vuông góc với trục chính. Giả sử A ở trên trục chính. Trước hết, xác định ảnh B' của, sau đó từ B' hạ đường thẳng vuông góc xuống trục chính, ta được ảnh A'B' của vật AB . Để xác định ảnh B', từ B vẽ ]ờng đi của hai trong các tia đặc biệt. ảnh B' là giao điểm cảu các tia ló. GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu - ảnh của một vật qua thấu kính phụ thuộc ntn vào khoảng cách từ vật đến thấu kính? GV gợi ý - Để trả lời được câu hỏi này, GV yêu cầu HS vẽ ảnh cảu một vật tạo bởi các thấu kính trong câu 4 của phiếu học tập. HĐ6: Tìm hiểu độ tụ của thấu kính HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời - Thấu kính hội tụ có tác dụng làm hội tụ, chùm tia sáng đi qua, thấu kính phân kỳ có tac sdụng là phân kỳ chùm tia sáng đi qua. HS tiếp thu, ghi nhớ GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu - Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ có tác dụng gì đối với chùm ánh sáng chiếu qua nó? GV nêu câu hỏi gợi ý - Xét chùm ánh sáng song song với trục chính qua thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ, chùm tia ló qua hai thấu kính có đặc điểm gì? Từ đó cho biết tác dụng của hai thấu kính đối với cùm sáng qua hai thấu kính đó? GV thông báo Để xác định khả nưang làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít, người ta dùng một đại lượng gọi là độ tụ, độ tụ được định nghĩa: Đơn vị cảu độ tụ là điôp 9dp0 9với tiêu cự f tính ra mét). Với thấu kính hội tụ: D > 0. Với thấu kính phân kỳ: D < 0 Công thức đọ tụ của thấu kính là: Trong đó n là chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với môi trường xung quanh thấu kính. R1, R2 là bán kính của cá mặt của thấu kính Quy ước: R1, R2 > 0 với các mặt lồi, R1, R2 < 0 với các mặt lõm, R1 (hay R2) = với mặt phẳng Một thấu kính có độ tụ D càng lớn thì có khả năng hội tụ chùm tia sáng đi qua càng mạnh. Thấu kinh phân kỳ không làm hội tụ, mà ngược lại làm phân kỳ chùm tia nên có độ tụ âm. HĐ7 Xây dựng công thức liên hệ giữa các vị trí của vật và ảnh HS thảo luận theo nhóm, sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả Ta có: Tam giác BIJ và FOJ đồng dạng nên: Tam giác BIJ và FOJ đồng dạng nên: Cộng vế với vế của hai phương trình trên ta được: Suy ra: Chia vế với vế của hai phương trình đầu tiên ta được: GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu -Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, d' là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, giữa chúng có mối liên hệ gì? Có biểu thức toán học nào biểu diễn mối liên hệ đó không? GV nêu các câu hỏi gợi ý - Xét các tam giác đồng dạng nào có chứa d và d' để thành lập mối quan hệ giữa chúng - Hai tam giác vuống B'OI và FOI; hai tam giác BIJ và FOJ có đồng dạng không? Hãy rút ra biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa d và d'? GV thông báo: Quy ước: d > 0 với vật thật; d' > 0 với ảnh thật; d' < 0 với ảnh ảo. f > 0 với thấu kính hội tụ; f < 0 với thấu kính phân kỳ GV nêu câu hỏi về cấn đề cần nghiên cứu tiếp - Hãy tìm biểu thức liên hệ giữa chiều cao cảu vật và ảnh với khoảng cách d và d'? GV thông báo Người ta định nghĩa số phóng đại: Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0 Nếu ảnh và vật ngược chiều, k < 0 HĐ8: Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo HS suy nghĩ cá nhân tìm câu trả lời GV nêu câu hỏi củng cố kiến thức - Nêu sự giống và khác nhau cảu các tia sáng đặc biệt đo qua thấu kính phân kỳ và thấu kính hội tụ? - Làm các bài tập từ bài 1 đến bài 12 SGK - Ôn tập lại các kiến thức về lăng kính và thấu kính.