Khóa luận tốt nghiệp đại học: Xây dựng hệ thống bài tập phần quang hình học theo định hướng phát triển năng lực tự học cho học sinh Lào

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận tốt nghiệp đại học "Xây dựng hệ thống bài tập phần quang hình học theo định hướng phát triển năng lực tự học cho học sinh Lào" trình bày các nội dung chính sau: Tóm tắt lý thuyết phần quang hình học; Phân loại và phương pháp giải bài tập phần quang hình; Bài tập tự giải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Xây dựng hệ thống bài tập phần quang hình học theo định hướng phát triển năng lực tự học cho học sinh Lào

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 Quảng Nam, tháng 4 năm 2015
LỜI CẢM ƠN Khóa luận này của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.s Nguyễn Duy Linh. Trước hết cho tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến với thầy - người đã tận tình dạy bão, dìu dắt, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Quảng Nam, các Thầy Cô giáo trong khoa Lý - Hóa - Sinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi và các bạn sinh viên khác trong quá trình học tập cũng như thực hiện khóa luận này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thành viên trong gia đình, người thân đã luôn động viên, đưa ra những lời khuyên trong lúc tôi gặp khó khăn và cảm ơn các bạn cùng lớp Đại học Vật lí K12 đã có những đóng góp trong quá trình thực hiện đề tài. Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận sithphakone OUANLAMPHANH
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các bài tập tôi đã tự giải và tham khảo nêu trong khóa luận này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa công bố trong bất kì một công trình nào khác. Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận sithphakone OUANLAMPHANH
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sự phản xạ ánh sáng .................................................................................5 Hình 2: Sự tạo ảnh qua gương phẳng. ...................................................................6 Hình 3: Sự phản xạ toàn phần ...............................................................................9 Hinh 4: Khúc xạ ánh sáng ...................................................................................10 Hình 5: Lăng kính ...............................................................................................11 Hình 6: Bản mặt song song .................................................................................12 Hình 7: Mặt cầu khúc xạ ....................................................................................13 Hình 8: Mặt cầu khúc xạ ....................................................................................13 Hình 9: Thấu kính hội tụ .....................................................................................15 Hình 10: Thấu kính phân kỳ ................................................................................15 Hình 11: Cấu tạo của mắt ....................................................................................16 Hình12: góc trông của mắt ..................................................................................17 Hình 13: Mắt cận thị............................................................................................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. MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 2 2. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 2 5. Giả thuyết khoa học ....................................................................................... 2 6. Đóng góp của đề tài ........................................................................................ 2 7. Cấu trúc của đề tài ......................................................................................... 2 B. NỘI DUNG ..................................................................................................... 3 CHƢƠNG 1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT ............................................................ 3 1.1. Phản xạ ánh sáng ......................................................................................... 3 1.1.1. Hiện tƣợng và định luật phản xạ ánh sáng ............................................. 3 1.1.2. Sự phản xạ ánh sáng qua gƣơng phẳng và gƣơng cầu........................... 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. Sự khúc xạ ánh sáng qua một số dụng cụ quang học............................ 9 1.2.3.2. Sự khúc xạ ánh sáng qua bản mặt song song ...................................... 9 1.3. Mắt và các dụng cụ quang học ................................................................. 14 1.3.1. Mắt........................................................................................................... 14 1.3.2 Máy ảnh.................................................................................................... 17 1.3.3 Kính lúp.................................................................................................... 18 1.3.4. Kính hiển vi.............................................................................................. 19 1.3.5. Kính thiên văn ........................................................................................ 21 CHƢƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN QUANG HÌNH HỌC ....................................................................................... 23 2.1. Phân loại và phƣơng pháp giải các dạng bài tập phản xạ ảnh sáng ...... 23 2.1.1. Phƣơng pháp giải.................................................................................... 23
2.1.2. Những điều cần lƣu ý khi giải bài tập về phản xạ ................................ 23 2.1.3. Các dạng bài tập thƣờng gặp ................................................................ 24 2.1.4. Các dạng bài tập về gƣơng phẳng ......................................................... 25 2.1.5. Các dạng bài tập về gƣơng cầu: ............................................................ 29 2.2. Phân loại và phƣơng pháp giải các dạng bài tập khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần ............................................................................................ 35 2.2.1. Phƣơng pháp giải.................................................................................... 35 2.2.2. Các dạng bài toán thƣờng gặp ............................................................... 36 2.2.3. Các dạng bài tập về sự khúc xạ ............................................................. 42 2.2.4. Các dạng bài tập về bản mặt song song ................................................ 45 2.2.5. Các dạng bài tập về lăng kính ............................................................... 48 2.2.6. Các dạng bài tập về thấu kính ............................................................... 52 2.2.7. Các dạng bài tập về quang hệ ................................................................ 60 2.2.8. Các dạng bài tập phản xạ toàn phần..................................................... 61 2.3. Phân loại và phƣơng pháp giải các dạng bài tập về mắt và các dụng cụ quang học .......................................................................................................... 67 2.3.1. Các dạng bài tập về mắt ......................................................................... 67 2.3.2. Các dạng bài tập về mấy ảnh ................................................................. 72 2.3.3. Các dạng bài tập về kính lúp ................................................................. 78 2.3.4. Các dạng bài tập về kính hiển vi ........................................................... 81 2.3.5. Các dạng bài tập về kính thiên văn ....................................................... 84 CHƢƠNG 3. BÀI TẬP TỰ GIẢI .................................................................... 87 3.1. Bài tập tự luận ........................................................................................... 87 3.2. Bài tập trắc nghiệm ................................................................................... 90 C. KẾT LUẬN .................................................................................................. 96 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 97
A. MỞ ĐẦU 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 học tập bộ môn nào đó nói chung và bộ môn vật lý nói riêng, mục tiêu chính của người học là việc học tập những kiến thức về lý thuyết, hiểu và vận dụng được các lý thuyết chung vào những lĩnh vực cụ thể. Đối với bộ môn vật lý thì lĩnh vực đó là việc giải bài tập vật lý. Bài tập vật lý có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình nhận thức và phát triển năng lực tư duy của người học, giúp cho người học ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, ứng dụng vật lý vào thực tiển, phát triển tư duy sáng tạo. Bài tập vật lý thì rất phong phú và đa dạng, mà một trong những kỹ năng của người học vật lý là phải giải được bài tập vật lý. Để làm được điều đó đòi hỏi người học phải nắm vững lý thuyết, biết vận dụng lý thuyết vào từng loại bài tập và phải biết phân loại từng dạng bài tập cụ thể, có như vậy thì việc áp dụng lý thuyết vào việc giải bài tập vật lý sẽ được dễ dàng hơn. Quang hình học nghiên cứu dựa trên qui luật phương truyền của ánh sáng và là một ngành với nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Đây là học phần quan trọng của ngành vật lý, nó là tiền đề để học các môn học khác trong vật lý. Tuy đây là môn học quen thuộc, không quá khó để tiếp cận nó nhưng để học tốt cũng không phải dễ vì để vận dụng những lý thuyết chung vào một bài tập cụ thể ta phải biết bài tập đó thuộc dạng bài tập nào, loại bài tập gì và phải vận dụng những kiến thức lý thuyết nào để giải được và giải như thế nào để có kết quả tốt nhất. Với mục đích giúp các bạn sinh viên Lào có thể định hướng tốt hơn về bài tập cũng như học tốt học phần Quang hình học vì vậy tôi chọn đề tài " Xây dựng hệ thống bài tập phần quang hình học theo định hướng phát triển năng lực tự học cho học sinh Lào " 1
1. Mục tiêu của đề tài Phân dạng 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. Đối tƣợng nghiên cứu - Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng, mắt và các dụng cụ quang học. - Phân loại và phương pháp giải các bài tập vật ly phần " quang hình học" 3. Phạm vi nghiên cứu Phần " Quang hình học" 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu ly thuyết: đọc tài liệu, giáo trình, tìm kiểm và tổng hợp tài liệu, giải bài tập. - Phương pháp phân dạng bài tập. 5. Giả thuyết khoa học Nếu đề tài thành công thì sẽ trở thành tài liệu bổ ích cho học sinh trong việc nghiên cứu và giải bài tập liên quan đến quang hình học. 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. Cấu trúc của đề 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 2
B. NỘI DUNG CHƢƠNG 1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1.1. Phản xạ ánh sáng 1.1.1. Hiện tƣợng và định luật phản xạ ánh sáng Khi cho một chùm tia sáng tới gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính (chẳng hạn giữa không khí nước và nước), thì người ta thấy có hiện tượng chùm sáng bị đổi hướng, trở lại môi trường cũ gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng. Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến với mặt phản xạ vẽ từ điểm tới) và góc phản xạ bằng góc tới: i‟ = -i. Đường đi của tia sáng: N R S i i' I Hình 1: Sự phản xạ ánh sáng. 1.1.2. Sự phản xạ ánh sáng qua gƣơng phẳng và gƣơng cầu 1.1.2.1. Gƣơng phẳng a. Định nghĩa Gương phẳng là một mặt phẳng nhẵn có khả năng phản xạ gần như hoàn toàn ánh sáng chiếu tới. 3
* Sự tạo ảnh qua gương phẳng: P S P‟ S Hình 2: Sự tạo ảnh qua gương phẳng. b. Tính chất của ảnh qua gương: + Ảnh và vật luôn trái bản chất (vật thật cho ảnh ảo, vật ảo cho ảnh thật). + Ảnh và vật đối xứng nhau qua gương. + Ảnh và vật luôn có độ lớn bằng nhau nhưng không chồng khít lên nhau. c. Thị trường của gương phẳng: Gọi s, s‟ là vị trí của vật và ảnh; k là độ phóng đại của ảnh; L là khoảng cách từ vật đến ảnh, 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 4
Trục phụ + θ O + O C c. Công thức gương cầu: f= Độ phóng đại: Vật- ảnh cùng chiều: k > 0 Vật- ảnh ngược chiều: k< 0 d' =>A‟B‟= |k|.AB =  AB d Khoảng cách từ vật đến ảnh: L =|d‟ – d|. (gương cầu lõm: f = ; gương cầu lồi: : f = - ) 5
d. Tính chất ảnh: Vị trí, tính chất Gương cầu lõm(f > 0) Gương cầu lồi(f < 0) của vật vật thật d = ∞: ảnh thật, ngược chiều, tại Luôn cho ảnh ảo, tiêu điểm ảnh. cùng chiều, d > 2f: ảnh thật, ngược chiều, nhỏ nhỏ hơn vật. 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, cùng chiều, nhỏ hơn vật. ngược chiều, nhỏ hơn vật. |d| = |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật. |f| < |d| < |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật. d= f ảnh ở ∞. |d| < |f| ảnh thật, cùng chiều, lớn hơn vật. 6
1.1.3 Hiện tƣợng phản xạ toàn phần 1.1.3.1 Định nghĩa Sự phản xạ toàn phần là hiện tượng toàn bộ tia tới bị phản xạ trở lại môi trường cũ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. 1.1.3.2 Điều kiện để xảy ra hiện tƣợng phản xạ toàn phần - Môi trường tới phải chiết quang hơn môi trường khúc xạ (n1 > n2). - Góc tới phải lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần: i igh, với: siniig= n12 (n2
môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. N S i I r T 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: = n21 1.2.2. Chiết suất 1.2.2.1. Chiết suất tỉ đối Nếu gọi v1 và v2 và vận tốc truyền sáng trong môi trường 1 và môi trường 2, thì thực nghiệm chứng tỏ rằng chiết suất tỉ đối n21 bằng: n12 = = 1.2.2.2. Chiết suất tuyệt đối: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường (thường viết gọn là chiết suất) là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không và kí hiệu bằng chữ n. n= c: tốc độ ánh sáng trong không khí; v: tốc độ ánh sáng trong môi trường đang xét; n: Chiết suất của môi trường đó. Hệ quả: n không khí và chân không bằng 1 và là nhỏ nhất. n của các môi trường khác đều lớn hơn 1. 8
1.2.3. Sự khúc xạ ánh sáng qua một số dụng cụ quang học 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 A i 𝛿 i‟ I r r S T I ‟ B C Hình 5: Lăng kính b. Đặc điểm đường đi của tia sáng qua lăng kính nlangkinh Gọi n là chiết suất tỉ đối của lăng kính với môi trường chứa nó n  = nmoitruong Chiều lệch của tia sáng: n > 1: Lệch về đáy lăng kính, trường hợp này thường diễn ra. n < 1: Lệch về đỉnh lăng kính, trường hợp này ít gặp. 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 9
thật.Ảnh bị dời đi theo chiều truyền ánh sáng so với vật (n>1).Tia ló ra khỏi bản mặt JR luôn song song với tia tới SI. c. Công thức về bản mặt song song R J r I i H I ‟ K S S’ n e Hình 6: Bản mặt song song Ta có: = ̅̅̅̅ IH – JH = e – JH. Mà JH = I‟ Htgi = THtgr hay I‟Hsini = IHsinr =n I‟H = Vậy: = ̅̅̅̅ = e( – ) Với e là bề dày và n là chiết suất của bản mặt. Chú ý: khoảng dời ảnh không phụ thuộc vào vị trí đặt vật. Ảnh luôn dời theo chiều ánh sang tới. 10
1.2.3.3. Sự khúc xạ ánh sáng qua các mặt cầu a. Định nghĩa mặt cầu khúc xạ Mặt cầu khúc xạ là mặt cầu ngăn cách bởi hai môi trường đồng tính trong suốt có chiết suất khác nhau. Trục phụ O Trục chính Hình 7: Mặt cầu khúc xạ (a) b. Công thức mặt cầu khúc xạ + M n‟ n i’ i P O C P’ Hình 8: Mặt cầu khúc xạ (b) Các công thức của mặt cầu khúc xạ: . = . Tức là: n( ) = n‟( ). Hay: . * Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm, độ phóng đại: Độ tụ của mặt cầu khúc xạ kí hiệu là: = 11
Trong đó: n‟ là chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ. n là chiết suất của môi trường chứa tia tới. Tiêu cự của mặt cầu khúc xạ: Khi s = ∞, thì s‟ = f „Ta có: s‟ = f „ = f „ : được gọi là tiêu cự thứ hai của mặt cầu khúc xạ. Khi s‟ =∞, thì s = f . Ta có: s = f = . f: được gọi là tiêu cự thứ nhất của mặt cầu khúc xạ. Từ trên ta rút ra hệ thức quan trọng: . Hoặc ta có thể suy ra: . Gọi y là chiều cao của vật, y‟ là chiều cao của ảnh: . 1.2.3.4. Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính mỏng a. Định nghĩa Thấu kính là một khối trong suốt, đồng chất, giới hạn bởi hai mặt cầu khúc xạ có trục chính trùng nhau, trong đó có ít nhất một mặt có độ cong khác không. Mỗi thấu kính có: Mặt phẳng Mặt phẳng tiêu diện tiêu diện F O F/ O / F F • Điểm vật là giao của các tia sáng tới. Có hai loại : + Điểm vật tạo ra chùm sáng phân kì tới thấu kính là điểm vật thật (là giao của các tia sáng tới có thật) + Điểm vật tạo ra chùm sáng hội tụ tới thấu kính là điểm vật ảo (là giao của các tia sáng tới do kéo dài gặp nhau). 12
S S Vậtảo Vật thật F’ F O F O F’ • Điểm ảnh là giao của các tia ló Có hai loại : + Điểm ảnh của chùm tia ló hội tụ là điểm ảnh thật (là giao của các tia ló có thật) + Điểm ảnh của chùm tia ló phân kì là điểm ảnh ảo (là giao của các tia ló do kéo dài gặp nhau). S O S O F F F’ F’ Ảnh ảo Ảnh thật 2 3 O F‟ x F y 1 Hình 9: Thấu kính hội tụ 2 x y F F 1 3 Hình 10: Thấu kính phân kỳ 13
c. Công thức thấu kính Vật thật: d > 0, vật ảo: d < 0; ảnh thật: d‟> 0, ảnh ảo: d < 0. Thấu kính hội tụ: f > 0, D > 0; thấu kính phân kì: f < 0, D < 0. Mặt cầu lồi: R > 0, mặt cầu lõm: R < 0, mặt phẳng: R = . Các công thức : D= ( )( ); ; k ; L . 1.3. Mắt và các dụng cụ quang học 1.3.1. Mắt 1.3.1.1 Chức năng của mắt Mắt giống như một thấu kính hội tụ. Nó có chức năng tạo ra ảnh thật, nhỏ hơn vật trên một lớp tế bào nhạy với ánh sáng, để từ đó tạo ra những tín hiệu thần kinh đưa lên não. 1.3.1.2 Cấu tạo quang học của mắt Bộ phận chính của mắt là thủy tinh thể, tác dụng như thấu kính hội tụ gọi là thấu kính mắt, độ cong của hai mặt thủy tinh thể thay đổi được nhờ vận dụng các cơ vòng. Hình 11: Cấu tạo của mắt (1) Giác mạc: lớp màng cứng trong suốt. (2) Thủy dịch: chất lỏng trong suốt (3) Lòng đen: màn chắn, ở giữa có lỗ trống, để điều chỉnh chùm sáng đi vào mắt. (4) Con ngươi: có đường kính thay đổi tùy theo cường độ sáng. (5) Thể thủy tinh: khối đặc trong suốt có dạng thấu kính hai mặt lồi 14