XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN QUANG HÌNH HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH LÀO - Full 10 điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH -----  ----- SITHPHAKONE OUANLAMPHANH XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN QUANG HÌNH HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH LÀO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Qu ả ng Nam, tháng 4 n ă m 2015 L Ờ I C ẢM ƠN Khóa lu ậ n này c ủa tôi đượ c th ự c hi ện dướ i s ự hướ ng d ẫ n c ủ a th ầ y giáo Th s Nguy ễn Duy Linh Trướ c h ết cho tôi đượ c bày t ỏ lòng bi ết ơn sâu sắ c nh ất đế n v ớ i th ầ y - người đã tậ n tình d ạ y bão, dìu d ắt, hướ ng d ẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình h ọ c t ậ p và hoàn thành khóa lu ậ n này Tôi xin chân thành c ảm ơn Ban giám hiệu trường Đạ i h ọ c Qu ả ng Nam, các Th ầ y Cô giáo trong khoa Lý - Hóa - Sinh đã giúp đỡ và t ạo điề u ki ệ n thu ậ n l ợ i cho tôi và các b ạ n sinh viên khác trong quá trình h ọ c t ập cũng như thự c hi ệ n khóa lu ậ n này Cu ố i cùng tôi xin g ử i l ờ i c ảm ơn đến các thành viên trong gia đình, ngườ i thân đã luôn động viên, đưa ra nhữ ng l ờ i khuyên trong lúc tôi g ặp khó khăn và c ảm ơn các bạ n cùng l ớp Đạ i h ọ c V ật lí K12 đã có những đóng góp trong quá trình th ự c hi ện đề tài Qu ảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác gi ả khóa lu ậ n sithphakone OUANLAMPHANH L ỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ u c ủ a tôi Các bài t ập tôi đã tự gi ả i và tham kh ả o nêu trong khóa lu ậ n này là trung th ực, được các đồ ng tác gi ả cho phép s ử d ụng và chưa công bố trong b ấ t kì m ộ t công trình nào khác Qu ảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác gi ả khóa lu ậ n sithphakone OUANLAMPHANH DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: S ự ph ả n x ạ ánh sáng 5 Hình 2: S ự t ạ o ảnh qua gương phẳ ng 6 Hình 3: Sự phản xạ toàn phần 9 Hinh 4: Khúc xạ ánh sáng 10 Hình 5: Lăng kính 11 Hình 6: B ả n m ặ t song song 12 Hình 7: M ặ t c ầ u khúc x ạ 13 Hình 8: M ặ t c ầ u khúc x ạ 13 Hình 9: Th ấ u kính h ộ i t ụ 15 Hình 10: Th ấ u kính phân k ỳ 15 Hình 11: C ấ u t ạ o c ủ a m ắ t 16 Hình12: góc trông c ủ a m ắ t 17 Hình 13: M ắ t c ậ n th ị 18 Hình 14: Mắt viễn thị 18 Hình 15: Máy ảnh 19 Hình 16: Sự tạo ảnh của vật qua kính lúp 20 Hình 17 : Cấu tạo của kính hiển vi 22 Hình 18: Sự tạo ảnh của vật qua kính hiển vi 22 MỤC LỤC A M Ở ĐẦ U 1 1 M ụ c tiêu c ủ a đ ề tài 2 2 Đ ố i tƣ ợ ng nghiên c ứ u 2 3 Ph ạ m vi nghiên c ứ u 2 4 Phƣơng pháp nghiên c ứ u 2 5 Gi ả thuy ế t khoa h ọ c 2 6 Đóng góp của đề tài 2 7 C ấ u trúc c ủ a đ ề tài 2 B N Ộ I DUNG 3 CHƢƠNG 1 TÓM T Ắ T LÝ THUY Ế T 3 1 1 Ph ả n x ạ ánh sáng 3 1 1 1 Hi ện tƣợng và đị nh lu ậ t ph ả n x ạ ánh sáng 3 1 1 2 S ự ph ả n x ạ ánh sáng qua gƣơng phẳng và gƣơng cầ u 3 1 1 3 Hiện tƣợng phản xạ toàn phần 7 1 2 1 Định nghĩa và điịnh luật sự khúc xạ ánh sáng: 7 8 1 2 2 Chiết suất 8 1 2 3 S ự khúc x ạ ánh sáng qua m ộ t s ố d ụ ng c ụ quang h ọ c 9 1 2 3 2 Sự khúc xạ ánh sáng qua bản mặt song song 9 1 3 M ắ t và các d ụ ng c ụ quang h ọ c 14 1 3 1 M ắ t 14 1 3 2 Máy ả nh 17 1 3 3 Kính lúp 18 1 3 4 Kính hi ể n vi 19 1 3 5 Kính thiên văn 21 C HƢƠNG 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢ I BÀI T Ậ P PH Ầ N QUANG HÌNH H Ọ C 23 2 1 Phân lo ại và phƣơng pháp giả i các d ạ ng bài t ậ p ph ả n x ạ ả nh sáng 23 2 1 1 Phƣơng pháp giả i 23 2 1 2 Nh ững điề u c ần lƣu ý khi giả i bài t ậ p v ề ph ả n x ạ 23 2 1 3 Các d ạ ng bài t ập thƣờ ng g ặ p 24 2 1 4 Các d ạ ng bài t ậ p v ề gƣơng phẳ ng 25 2 1 5 Các d ạ ng bài t ậ p v ề gƣơng cầ u: 29 2 2 Phân lo ại và phƣơng pháp giả i các d ạ ng bài t ậ p khúc x ạ ánh sáng và ph ả n x ạ toàn ph ầ n 35 2 2 1 Phƣơng pháp giả i 35 2 2 2 Các d ạng bài toán thƣờ ng g ặ p 36 2 2 3 Các d ạ ng bài t ậ p v ề s ự khúc x ạ 42 2 2 4 Các d ạ ng bài t ậ p v ề b ả n m ặ t song song 45 2 2 5 Các d ạ ng bài t ậ p v ề lăng kính 48 2 2 6 Các d ạ ng bài t ậ p v ề th ấ u kính 52 2 2 7 Các d ạ ng bài t ậ p v ề quang h ệ 60 2 2 8 Các d ạ ng bài t ậ p ph ả n x ạ toàn ph ầ n 61 2 3 Phân lo ại và phƣơng pháp giả i các d ạ ng bài t ậ p v ề m ắ t và các d ụ ng c ụ quang h ọ c 67 2 3 1 Các d ạ ng bài t ậ p v ề m ắ t 67 2 3 2 Các d ạ ng bài t ậ p v ề m ấ y ả nh 72 2 3 3 Các d ạ ng bài t ậ p v ề kính lúp 78 2 3 4 Các d ạ ng bài t ậ p v ề kính hi ể n vi 81 2 3 5 Các d ạ ng bài t ậ p v ề kính thiên văn 84 CHƢƠNG 3 BÀI TẬ P T Ự GI Ả I 87 3 1 Bài t ậ p t ự lu ậ n 87 3 2 Bài t ậ p tr ắ c nghi ệ m 90 C K Ế T LU Ậ N 96 D TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 97 1 A M Ở ĐẦ U Trong thời đại bùng nổ thông tin như ngày nay thì tri thức khoa học là vô tận Vì vậy, quá trình dạy học không còn chú trọng dạy tri thức nữa mà chuyển dần sang dạy cách học, rèn luyện cho người học năng lực tự học để họ có thể học tập suốt đời Trong quá trình h ọ c t ậ p b ộ môn nào đó nói chung và b ộ môn v ậ t lý nói riêng, m ụ c tiêu chính c ủ a ngư ờ i h ọ c là vi ệ c h ọ c t ậ p nh ữ ng ki ế n th ứ c v ề lý thuy ế t, hi ể u và v ậ n d ụ ng đư ợ c các lý thuy ế t chung vào nh ữ ng lĩnh v ự c c ụ th ể Đ ố i v ớ i b ộ môn v ậ t lý thì lĩnh v ự c đó là vi ệ c gi ả i bài t ậ p v ậ t lý Bài t ậ p v ậ t lý có vai trò đ ặ c bi ệ t quan tr ọ ng trong quá trình nh ậ n th ứ c và phát tri ể n năng l ự c tư duy c ủ a ngư ờ i h ọ c, giúp cho ngư ờ i h ọ c ôn t ậ p, đào sâu, m ở r ộ ng ki ế n th ứ c, rèn luy ệ n k ỹ năng, k ỹ x ả o, ứ ng d ụ ng v ậ t lý vào th ự c ti ể n, phát tri ể n tư duy sáng t ạ o Bài t ậ p v ậ t lý thì r ấ t phong phú và đa d ạ ng, mà m ộ t trong nh ữ ng k ỹ năng c ủ a ngư ờ i h ọ c v ậ t lý là ph ả i gi ả i đư ợ c bài t ậ p v ậ t lý Đ ể làm đư ợ c đi ề u đó đòi h ỏ i ngư ờ i h ọ c ph ả i n ắ m v ữ ng lý thuy ế t, bi ế t v ậ n d ụ ng lý thuy ế t vào t ừ ng lo ạ i bài t ậ p và ph ả i bi ế t phân lo ạ i t ừ ng d ạ ng bài t ậ p c ụ th ể , có như v ậ y thì vi ệ c áp d ụ ng lý thuy ế t vào vi ệ c gi ả i bài t ậ p v ậ t lý s ẽ đư ợ c d ễ dàng hơn Quang hình h ọ c nghiên c ứ u d ự a trên qui lu ật phương truyề n c ủ a ánh sáng và là m ộ t ngành v ớ i nhi ề u ứ ng d ụ ng trong th ự c ti ễ n Đây là họ c ph ầ n quan tr ọ ng c ủ a ngành v ậ t lý, nó là ti ền đề để h ọ c các môn h ọ c khác trong v ật lý Tuy đây là môn h ọ c quen thu ộc, không quá khó để ti ế p c ận nó nhưng để h ọ c t ốt cũng không ph ả i d ễ vì để v ậ n d ụ ng nh ữ ng lý thuy ế t chung vào m ộ t bài t ậ p c ụ th ể ta ph ả i bi ế t bài t ập đó thuộ c d ạ ng bài t ậ p nào, lo ạ i bài t ậ p gì và ph ả i v ậ n d ụ ng nh ữ ng ki ế n th ứ c lý thuy ết nào để gi ải đượ c và gi ải như thế nào để có k ế t qu ả t ố t nh ấ t V ớ i m ục đích giúp các bạ n sinh viên Lào có th ể định hướ ng t ốt hơn về bài t ập cũng như họ c t ố t h ọ c ph ầ n Quang hình h ọ c vì v ậ y tôi ch ọn đề tài " Xây d ự ng h ệ th ố ng bài t ậ p ph ầ n quang hình h ọc theo định hướ ng phát tri ển năng lự c t ự h ọ c cho h ọ c sinh Lào " 2 1 M ụ c tiêu c ủ a đ ề tài Phân d ạ ng và phương pháp giải các dạng bài tập phần quang hình học một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, nhằm giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập 2 Đ ố i tƣ ợ ng nghiên c ứ u - S ự ph ả n x ạ và khúc x ạ ánh sáng, m ắ t và các d ụ ng c ụ quang h ọ c - Phân lo ạ i và phương pháp gi ả i các bài t ậ p v ậ t ly ph ầ n " quang hình h ọ c" 3 Ph ạ m vi nghiên c ứ u Ph ầ n " Quang hình h ọ c" 4 Phƣơng pháp nghiên c ứ u - Phương pháp nghiên c ứ u ly thuy ế t: đ ọ c tài li ệ u, giáo trình, tìm ki ể m và t ổ ng h ợ p tài li ệ u, gi ả i bài t ậ p - Phương pháp phân d ạ ng bài t ậ p 5 Gi ả thuy ế t khoa h ọ c N ế u đ ề tài thành công thì s ẽ tr ở thành tài li ệ u b ổ ích cho h ọ c sinh trong vi ệ c nghiên c ứ u và gi ả i bài t ậ p liên quan đ ế n quang hình h ọ c 6 Đóng góp của đề tài Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 11, làm tài liệu tham khảo cho học sinh Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về phân loại và giải các bài tập phần Nhiệt học 7 C ấ u trúc c ủ a đ ề tài Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, đề tài có ba chương: Chương I Tóm tắt lý thuyết phần quang hình học Chương II Phân loại và phương pháp giải bài tập phần quang hình Chương III Bài tập tự giải 3 B N Ộ I DUNG CHƢƠNG 1 TÓM T Ắ T LÝ THUY Ế T 1 1 Ph ả n x ạ ánh sáng 1 1 1 Hi ện tƣợ ng và đị nh lu ậ t ph ả n x ạ ánh sáng Khi cho m ộ t chùm tia sáng t ớ i g ặ p m ặ t phân cách gi ữa hai môi trườ ng trong su ốt đồ ng tính (ch ẳ ng h ạ n gi ữa không khí nước và nước), thì ngườ i ta th ấ y có hi ện tượ ng chùm sáng b ị đổi hướ ng, tr ở l ại môi trường cũ gọ i là hi ện tượ ng ph ả n x ạ ánh sáng Tia ph ả n x ạ n ằ m trong m ặ t ph ẳ ng t ớ i (m ặ t ph ẳ ng ch ứ a tia t ớ i và pháp tuy ế n v ớ i m ặ t ph ả n x ạ v ẽ t ừ điể m t ớ i) và góc ph ả n x ạ b ằ ng góc t ớ i: i ‟ = -i Đường đi củ a tia sáng: Hình 1: S ự ph ả n x ạ ánh sáng 1 1 2 S ự ph ả n x ạ ánh sáng qua gƣơng phẳng và gƣơng cầ u 1 1 2 1 Gƣơng phẳ ng a Đị nh nghĩa Gương phẳ ng là m ộ t m ặ t ph ẳ ng nh ẵ n có kh ả năng phả n x ạ g ần như hoàn toàn ánh sáng chi ế u t ớ i i i '''' S N R I 4 * S ự t ạ o ảnh qua gương phẳ ng: Hình 2: S ự t ạ o ảnh qua gương phẳ ng b Tính ch ấ t c ủ a ảnh qua gương: + Ả nh và v ậ t luôn trái b ả n ch ấ t (v ậ t th ậ t cho ả nh ả o, v ậ t ả o cho ả nh th ậ t) + Ả nh và v ật đố i x ứng nhau qua gương + Ả nh và v ật luôn có độ l ớ n b ằng nhau nhưng không chồ ng khít lên nhau c Thị trường của gương phẳng: G ọi s, s‟ là vị trí c ủ a v ậ t và ảnh; k là độ phóng đạ i c ủ a ả nh; L là kho ả ng cách t ừ v ật đế n ả nh, ta có: s + s‟ = 0 k = = 1 L = = 2s Dấu “ - “ thể hiện sự trái bản chất của ảnh đối với vật 1 1 2 2 Gƣơng cầu a Định nghĩa: Gương cầu là một phần của gương mặt cầu phản xạ ánh sáng, có 2 loại gương cầu: gương cầu lõm và gương cầu lồi Gương cầu lồi ( gương mắt cá hay gương phân kỳ ) là gương có bề mặt là một phần của hình cầu và bề mặt cong phản xạ hướng về phía nguồn sáng S P ‟ S P 5 c Công th ức gương cầ u: f = Độ phóng đạ i: Vật - ảnh cùng c hi ề u: k > 0 V ậ t- ảnh ngượ c chi ề u: k< 0 =>A‟B‟= | k| AB = '''' d AB d  Kho ả ng cách t ừ v ật đế n ảnh: L =|d‟ – d| (gương cầ u lõm: f = ; gương cầ u l ồ i: : f = - ) C O + O θ + Tr ụ c ph ụ 6 d Tính chất ảnh: Vị trí, tính chất của vật Gương cầ u lõm(f > 0) Gương cầu lồi(f < 0) v ật thật d = ∞: ảnh thật, ngược chiều, tại tiêu điểm ảnh d > 2f: ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật d = 2f: ảnh thật, ngược chiều lớn hơn vật f < d < 2f:ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật d = f ảnh ở ∞ d |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, nhỏ hơn vật |d| = |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vậ t |f| < |d| < |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật d= f ảnh ở ∞ |d| < |f| ảnh thật, cùng chiều, lớn hơn vật 7 1 1 3 Hiện tƣợng phản xạ toàn phần 1 1 3 1 Định nghĩa S ự ph ả n x ạ toàn ph ầ n là hi ện tượ ng toàn b ộ tia t ớ i b ị ph ả n x ạ tr ở l ạ i môi trườ ng cũ khi gặ p m ặ t phân cách gi ữa hai môi trườ ng trong su ố t 1 1 3 2 Điề u ki ện để x ả y ra hi ện tƣợ ng ph ả n x ạ toàn ph ầ n - Môi trườ ng t ớ i ph ả i chi ết quang hơn môi trườ ng khúc x ạ (n 1 > n 2 ) - Góc t ớ i ph ả i l ớn hơn góc giớ i h ạ n ph ả n x ạ toàn ph ầ n: i i gh , v ớ i: sini ig = n 12 (n 2 < n 1 ) Đường đi củ a tia sáng: Hình 3: Sự phản xạ toàn phần 1 1 3 3 Phân bi ệ t ph ả n x ạ toàn ph ầ n và ph ả n x ạ thông thƣ ờ ng Gi ố ng nhau: - Cũng là hi ệ n tư ợ ng ph ả n x ạ , (tia sáng b ị h ắ t l ạ i môi trư ờ ng cũ) - Cũng tuân theo đ ị nh lu ậ t ph ả n x ạ ánh sáng Khác nhau: Hi ệ n tư ợ ng ph ả n x ạ thông thư ờ ng x ả y ra khi tia sáng g ặ p m ộ t m ặ t phân cách c ủ a hai môi trư ờ ng và không c ầ n thêm đi ề u ki ệ n gì 1 2 K húc xạ ánh sáng: 1 2 1 Định nghĩa và điịnh luật sự khúc xạ ánh sáng: Khi cho m ộ t chùm tia sáng t ớ i g ặ p m ặ t phân cách gi ữa hai môi trườ ng trong su ốt đồ ng tính (ch ẳ ng h ạ n gi ữa không khí nước và nước), thì ngườ i ta th ấ y có hi ện tượ ng chùm sáng b ị gãy khúc hay chùm tia sáng đổi phương khi truyền từ i i g S R I n n 8 môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng Hinh 4 : Khúc xạ ánh sáng Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn là một đại lượng không đổi với hai môi trường đã cho trước: = n 21 1 2 2 Chiết suất 1 2 2 1 Chi ế t su ấ t t ỉ đố i N ế u g ọ i v 1 và v 2 và v ậ n t ố c truy ền sáng trong môi trường 1 và môi trườ ng 2, thì th ự c nghi ệ m ch ứ ng t ỏ r ằ ng chi ế t su ấ t t ỉ đố i n 21 b ằ ng: n 12 = = 1 2 2 2 Chi ế t su ấ t tuy ệt đố i: Chi ế t su ấ t tuy ệt đố i c ủ a m ột môi trường (thườ ng vi ế t g ọ n là chi ế t su ấ t) là chi ế t su ấ t t ỉ đố i c ủa môi trường đó đố i v ớ i chân không và kí hi ệ u b ằ ng ch ữ n n = c: t ốc độ ánh sáng trong không khí; v: t ốc độ ánh sáng trong môi trường đang xét; n: Chi ế t su ấ t c ủa môi trường đó Hệ qu ả : n không khí và chân không b ằ ng 1 và là nh ỏ nh ấ t n c ủa các môi trường khác đề u l ớn hơn 1 S N I T i r 9 1 2 3 S ự khúc x ạ ánh sáng qua m ộ t s ố d ụ ng c ụ quang h ọ c 1 2 3 1 Sự khúc xạ ánh sáng qua lăng kính a Định nghĩa: Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng tính, hình lăng trụ đứng có thiết diện là hình tam giác, góc giữa các mặt phẳng của lăng kính là góc chiết quang của lăng kính Hình 5: Lăng kính b Đặc điểm đường đi của tia sáng qua lăng kính G ọ i n là chi ế t su ấ t t ỉ đố i c ủa lăng kính với môi trườ ng ch ứ a nó langkinh moitruong n n n  = Chi ề u l ệ ch c ủ a tia sáng: n > 1: L ệ ch v ề đáy lăng kính, trườ ng h ợp này thườ ng di ễ n ra n < 1: L ệ ch v ề đỉnh lăng kính, trườ ng h ợ p này ít g ặ p 1 2 3 2 Sự khúc xạ ánh sáng qua bản mặt song song a Định nghĩa Bản mặt song song là một môi trường trong suốt, đồng tính, giới hạn bởi hai mặt song song đặt trong một (hoặc hai) môi trường có chiết suất khác nhau b Đặc điểm ảnh qua bản mặt song song Sự tạo ảnh qua bản mặt song song tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng Ảnh và vật luôn bằng nhau và có bản chất khác nhau: vật thật - ảnh ảo, vật ảo - ảnh i