Phương pháp giải bài tập thấu kính Vật lý 9

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP THẤU KÍNH VẬT LÝ 9. 1. Đặt vấn đề (Lý do chọn đề tài). Chúng ta đang sống trong một thế giới bùng nổ về tri thức, có rất nhiều kiến thức mà giáo viên không thể truyền tải đến học sinh được, vậy nên cách tốt nhất là phải hướng dẫn cho học sinh cách tự học tự nghiên cứu sáng tạo. Vật lí là môn khoa học khá trừu tượng, nhưng lại rất gần gũi trong cuộc sống hàng ngày. Các bài tập về thấu kính trong chương trình học kỳ II Vật lý lớp 9 là một nội dung rất phức tạp, khó tiếp thu, khó vận dụng đối với học sinh. Trong quá trình giảng dạy, tôi luôn muốn tìm biện pháp làm giảm đi tính phức tạp cho các bài tập về thấu kính, tìm ra những cách giải mới, phù hợp, đơn giản, dễ hiểu, dễ nhớ, không nặng nề thuật toán để học sinh học có hiệu quả hơn ở phần này. Như chúng ta đã biết phương pháp dạy học ngày nay là phải phát huy tính tích cực, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; thầy là người chỉ đạo, trọng tài, tổ chức hướng dẫn người học giúp người học tìm ra kiến thức. Công tác ở một xã vùng ba đặc biệt khó khăn trong huyện, cuộc sống và việc học của các em còn gặp muôn vàn khó khăn, tôi luôn nghĩ làm sao để lôi cuốn được việc học tập các em nhiều nhất, bằng cách làm đơn giản các bài toán đến mức có thể. Các bài tập Vật lí 9 rất nhiều, các bài tập về thấu kính là một phần nhỏ trong số đó, với mong muốn các em nhìn nhận các bài toán về thấu kính một cách đơn giản, dễ hiểu đây chính là lí do tôi chọn sáng kiến “Phương pháp giải bài tập thấu kính” 2. Giải quyết vấn đề (Nội dung sáng kiến kinh nghiệm) 2.1. Cơ sở lý luận của vấn đề. Làm thế nào dể học sinh tiếp thu hết được kiến thức trong bài học? Ðây là câu hỏi mà mọi giáo viên khi soạn, giảng dều luôn dặt ra cho mình. Mỗi người lại có những cách truyền tải khác nhau, tôi luôn cố gắng làm mọi cách để học sinh tiếp thu được bài học ngay tại lớp, bằng cách làm đơn giản mọi vấn đề đến mức có thể. Khi mà học sinh nắm được kiến thức cơ bản của bài học ngay tại lớp thì học sinh sẽ có hứng thú hơn với môn học và sẽ kích thích tính tự học tự sáng tạo của các em 2.2. Thực trạng của vấn đề cần nghiên cứu. Khi làm bài tập thấu kính của chương trình Vật lý 9, học sinh vấp phải hai khó khăn lớn. Khó khăn thứ nhất là không vẽ đúng hình. Khó khăn thứ hai là không biết chọn cặp tam giác đồng dạng để giải bài tập hoặc có chọn được cặp tam giác thì chưa hẳn đã liên kết các cặp tam giác với nhau được, hầu hết các em cứ loay hoay mất nhiều thời gian. Khó khăn thứ nhất có thể giải quyết tốt khi giáo viên giảng dạy kỹ phần lý thuyết và cho học sinh vẽ các tia đặc biệt nhiều lần. Nhưng khó khăn thứ hai lại không dễ giải quyết bởi chúng có quan hệ với kiến thức hình học lớp 8 phần tam giác đồng dạng, mặt khác lại đòi hỏi khả năng quan sát, tư duy cao. Thời lượng môn Vật lý không cho phép luyện tập nhiều để học sinh nhớ lại kiến thức toán học của năm học trước. Do đó, tôi muốn tìm ra những cách giải mà hàm lượng toán học phải sử dụng là tối thiểu để học sinh có thể sử dụng tốt nhất, hiệu quả nhất. Kết quả khảo sát đầu năm học 2011 -2012 như sau: Lớp Sĩ số Điểm dưới 5 Điểm 5,6 Điểm 7,8 Điểm 9,10 SL % SL % SL % SL % 9A 41 37 4 0 0 9B 37 34 3 0 0 9C 35 32 3 0 0 Từ kết quả đó lại càng khiến cho tôi phải suy nghĩ là phải làm thế nào để chất lượng học sinh đi lên, cá nhân tham khảo một số tài liệu của các tác giả Và từ đó đúc rút ra một số kinh nghiệm dạy học phần bài tập về thấu kính áp dụng từ năm học 2011-2012 đến nay. 2.3. Các biện pháp đã tiến hành giải quyết vấn đề. 2.3.1. Các bài toán dạng thuận: Ảnh tạo bởi thấu kính gồm 3 dạng: - Thấu kính hội tụ cho ảnh thật - Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo - Thấu kính phân kỳ cho ảnh ảo Tương ứng với 3 dạng ảnh đó là 3 bài tập như sau: Bài tập 1: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 15cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh Bài tập 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 10cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh Bài tập 3: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính phân kỳ, cách thấu kính 15cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh. Những bài tập trên là những bài tập mà tôi tạm gọi là “các bài tập dạng thuận”, khác với các bài dạng nghịch là từ ảnh yêu cầu tìm ra kích thước, vị trí của vật. Những bài dạng thuận là những bài căn bản nhất mà học sinh buộc phải nắm được trước khi đi vào các dạng bài tập khác hoặc bài tập nâng cao. Để giải bài tập này, học sinh phải sử dụng 2 trong số 3 tia đặc biệt để dựng ảnh trên hình vẽ rồi sau đó sử dụng các công thức toán học nhằm tìm ra lời giải đáp. Mấu chốt là ở chỗ học sinh sẽ sử dụng 2 tia sáng nào, xét cặp tam giác đồng dạng có phù hợp hay không? Theo sách giáo viên thì hầu như chỉ có 1 cách dựng ảnh, đó là sử dụng tia sáng đi qua quang tâm O của thấu kính và tia sáng song song với trục chính. Đa số giáo viên đều sử dụng cách dựng ảnh đó và dẫn đến cách giải khá phức tạp với học sinh. Cụ thể như sau: H I F’ F D A B’ A' B Bài tập 1: Cho biết: Cho biết: AB = 6 cm d = 15 cm f = 10 cm Dựng ảnh A’B’ A’B’ = ?cm d = ? cm Giải: a. Ảnh A’B’ là ảnh thật, ngược chiều với vật. b. Theo hình vẽ ta có hai cặp tam giác đồng dạng Đáp số: A’B’ = 12 cm Bài tập 2: Cho biết: Dựng ảnh A’B’ A’B’ = ?cm d = ? cm Theo hình vẽ ta có hai cặp tam giác đồng dạng Ta có hai cặp tam giác đồng dạng: Thế vào (2) => Đáp số: A’B’ = 18 cm d = 30 cm Bài tập 3: Cho biết: AB = 6 cm d = 10 cm f = 5 cm a. Dựng ảnh A’B’ b. A’B’ = ?cm d’ = ? cm Thế vào (2) Đáp số: A’B’ = 1,98 cm d = 3,3 cm . Qua một thời gian giảng dạy, tôi nhận thấy với cách làm trên học sinh có thể vẽ hình rất dễ dàng nhưng lúng túng ở mặt tính toán vì các bước giải nhiều, gồm có 2 mấu chốt chính, đó là bắc cầu giữa 2 cặp tỷ lệ và giải phương trình để tìm ra các số liệu của ảnh mà đề bài yêu cầu. Do đó, tôi chọn lựa cách vẽ ảnh bao gồm 2 tia, một tia qua quang tâm O và một tia đi qua tiêu điểm. Cụ thể cách làm của tôi như sau: Bài tập 1: I A' F A D B B’” Theo hình vẽ ta có: FA = OA - OF = 15 – 10 = 5 cm ΔFAB~ΔFOI => Ta có: A’B’ = OI = 12 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => Bài tập 2: O A B F A' B' I FA = OF - OA = 15 – 10 = 5 cm ΔFAB~ΔFOI => Ta có: A’B’ = OI = 18 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => Bài tập 3: F' Ocó một I B B' A' A F’A = OF’ + OA = 15 + 10 = 25 cm ΔF’AB~ΔF’OI => Ta có: A’B’ = OI = 3,6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => Như vậy, cách giải của tôi chỉ có một phương pháp duy nhất cho cả 3 dạng tạo ảnh của thấu kính. Tuy vậy, khuyết điểm của nó là vẽ hình tương đối phức tạp hơn, chưa kể tia sáng đi qua tiêu điểm cho tia ló song song trục chính của thấu kính phân kỳ không nằm trong sách giáo khoa. Sau một thời gian nghiên cứu, tôi có những nhận định sau về cách giải của mình: - Cách vẽ hình khó nhưng không phải vì vậy mà bỏ qua các tia này, như vậy sẽ dẫn đến học lệch, cứ chọn cách vẽ dễ nhất, học sinh sẽ không có khả năng vẽ các tia khó, sau này khi học lên cấp III, các em sẽ rất vất vả khi phải học vẽ lại các tia này. - Tia sáng qua tiêu điểm F của thấu kính phân kỳ có nêu ra trong sách giáo viên và được chú thích rằng có thể giảng dạy nếu đó là lớp học sinh khá, giỏi. Do đó, tôi đã giảng thêm tia sáng này vào trong bài “Thấu kính phân kỳ” theo cách mà chẳng những không làm nặng nề thêm cho bài học mà còn giúp cho bài học đầy đủ và dễ thực hiện hơn. Do đó, tôi xác định phương pháp vẽ hình và làm các bài tập dạng thuận như vậy là phù hợp với học sinh, không đi quá xa chương trình học, cũng như giúp học sinh không học lệch. 2.3.2. Các bài toán dạng nghịch: Trong khi thực hiện sáng kiến kinh nghiệm này, tôi phát hiện ra những bài toán dạng nghịch, nghĩa là bài toán cho biết tiêu cự của thấu kính và ảnh qua thấu kính, đòi hỏi tìm ra kích thước và vị trí của vật cũng có thể dùng một cách giải đơn giản. Điều thú vị là cách giải này lại dựa trên cách vẽ hình mà sách giáo viên hướng dẫn để giải các bài toán dạng thuận. Khi dạy cho học sinh cả 2 dạng bài tập thuận và nghịch, là đã dạy cho các em vẽ đủ 3 tia sáng, không sợ học sinh quên mất cách vẽ tia sáng nào. Các bài tập cụ thể và cách giải như sau: Bài tập 1: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh thật cao 12 cm, cách thấu kính 30 cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. Xác định kích thước và vị trí của vật. Tóm tắt: h’ = A’B’ = 12 cm d’ = OA’ = 30 cm f = 10 cm h = AB = ? d = OA = ? Cách giải: FA’ = OA’ - OF = 30– 10 = 20 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => Đáp số: h = AB = 6 cm; d = OA = 15 cm Bài tập 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh ảo cao 18cm, cách thấu kính 30cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. Xác định kích thước và vị trí của ảnh Tóm tắt: h’ = A’B’ = 18 cm d’ = OA’ = 30 cm f = 15 cm h = AB = ? cm d = AO = ? cm Cách giải: F’A’ = OF’ + OA’ = 15 + 30 = 45 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’ => Đáp số: h = AB = 6 cm; d = OA = 10 cm Bài tập 3: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính phân kỳ, cho ảnh cao 3,6 cm và cách thấu kính 6cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm. Xác định kích thước và vị trí của ảnh Tóm tắt: h’ = A’B’ = 3,6 cm d’ = OA’ = 6 cm f = 15 cm h = AB = ? d = AO = ? Cách giải: F’A’ = OF’ – OA’ = 15 – 6 = 9 cm ΔF’A’B’~ΔF’OI => Ta có: AB = OI = 6 cm ΔOAB~ΔOA’B’=> Đáp số: h = AB = 6 cm; d = OA = 10 cm 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm. - Số học sinh hiểu bài, biết vẽ hình, chọn cặp tam giác đồng dạng và vận dụng các kiến thức vào tự giải các bài tập phần thấu kính nhiều lên. - Các tiết dạy bài “Thấu kính phân kỳ” đều không bị “cháy giáo án” do dạy thêm tia đặc biệt thứ ba. - Cách làm của tôi được Ban Giám Hiệu ủng hộ và cho vào áp dụng từ năm học 2011-2012 đến nay, kết quả đạt được thông qua bài kiểm tra của học sinh theo từng kì học. Tỷ lệ học sinh đạt trên trung bình cao hơn, cụ thể như sau: 3. Kết luận: Qua kết quả kiểm tra trong hai năm học tôi nhận thấy số lượng học sinh làm bài đạt điểm trung bình và điểm khá tăng dần lên, đặc biệt học sinh có hứng thú khi tham gia học môn Vật lí, Kết quả cụ thể như sau: Lớp Sĩ số Điểm dưới 5 Điểm 5,6 Điểm 7,8 Điểm 9,10 SL % SL % SL % SL % 9A 41 9B 37 9C 35 Sáng kiến này áp dụng cho mọi đối tượng học sinh vì giúp các em có thêm một cách khác để tư duy giải các bài tập về thấu kính, đồng thời cũng là một tài liệu tham khảo để đồng nghiệp vận dụng vào giảng dạy hướng dẫn học sinh giải các bài tập thấu kính lớp 9 các trường Trung Học Cơ Sở. Trong quá trình áp dụng giảng dậy hai năm học vừa qua tôi thấy rút ra được bài học kinh nghiệm như sau: - Thứ nhất rèn cho học sinh bước đầu làm các bài tập về thấu kính là phải vẽ hình chính xác, và có các kí hiệu trên hình vẽ. - Thứ hai là biết nhận dạng các tam giác đồng dạng và lập được tỉ số đồng dạng từ các tam giác đó dựa vào những dữ kiện đã biết để tìm được những dữ kiện còn lại. Trong đề tài này tôi đã làm được một số việc sau đây: - Giáo viên đã nắm vững kiến thức về bài tập phần thấu kính. - Ban giám hiệu cùng với tổ chuyên môn nhà trường cho ứng dụng sáng kiến vào giảng dạy. - Học sinh có hứng thú khi tham gia học môn Vật lí. * Để áp dụng tốt sáng kiến kinh nghiệm vào giảng dạy đạt hiệu quả cao, tôi có kiến nghị như sau: Rèn cho học sinh cách vẽ hình của bài toán, phân tích hình vẽ dựa trên cơ sở tam giác đồng dạng từ đó thấy được cách giải. Đối với Nhà trường: + BGH tạo điều kiện cho giáo viên được tham gia giảng dạy đồng thời trang bị đầy đủ các thí nghiệm để giáo viên khắc sâu đến học sinh những bài tập về thấu kính trong cả những tiết học thực hành + Chuyên môn Nhà trường tăng cường dự giờ thăm lớp để kịp thời giúp đỡ cho giáo viên. + Giáo viên cần phối hợp nhiều phương pháp trong dạy học. - Đối với Phụ huynh học sinh: + Quan tâm hơn nữa tới việc học tập của học sinh. Khi viết sáng kiến này tôi đã được sự quan tâm của BGH, tổ chuyên môn và các đồng nghiệp nhưng không tránh khỏi có những sai sót. Rất mong sự góp ý của các quý thầy cô, đồng nghiệp cùng các độc giả để sáng kiến này hoàn thiện hơn. Chiềng Công , ngày 8 tháng 01 năm 2013 Người viết Nguyễn Duy Chiến Xác nhận của Hội đồng khoa học Trường THCS Chiềng Công