Giáo án Bài 8. Thấu kính

Xác định vấn đề bài học: HS dự đoán chùm sáng song song sẽ hội tụ hay loe ra khi đi qua thấu kính, từ đó hình thành câu hỏi cần giải quyết.

GV đặt thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì trước chùm sáng song song (đèn pin chiếu xa hoặc ánh sáng từ cửa sổ) và hỏi: Chùm sáng sau mỗi thấu kính sẽ thu lại hay loe ra? Vì sao em đoán như vậy?

HS nêu được dự đoán: chùm sáng song song qua thấu kính hội tụ thì các tia ló tiến lại gần nhau và gặp nhau tại một điểm; qua thấu kính phân kì thì các tia ló loe ra. HS nêu được câu hỏi: Các tia ló gặp nhau ở đâu? Vị trí vật ảnh hưởng thế nào đến ảnh?

HS phân biệt được thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì qua đường đi của chùm tia tới song song trục chính; nêu được khái niệm tiêu điểm và đường kéo dài của tia ló.

Nhóm đôi quan sát mô phỏng 3D 'Chùm tia song song' với thấu kính hội tụ, sau đó với thấu kính phân kì, và điền Phiếu học tập số 1 (phần A và B).
Câu hỏi: (1) Chùm tia ló qua thấu kính hội tụ gặp nhau ở đâu? (2) Chùm tia ló qua thấu kính phân kì có gặp nhau thật không? Đường kéo dài của các tia ló gặp nhau ở đâu? (3) Kí hiệu điểm gặp nhau thật là gì?

• Thấu kính hội tụ: chùm tới song song trục chính cho tia ló hội tụ ở tiêu điểm $F'$ trong mô hình.
• Thấu kính phân kì: chùm tới song song cho tia ló có đường kéo dài gặp nhau ở tiêu điểm $F$; mắt nhìn thấy các tia loe ra như phát ra từ $F$.
• Kết luận HS rút ra: Phân biệt hai loại thấu kính dựa vào việc tia ló thực sự gặp nhau (hội tụ) hay chỉ có đường kéo dài gặp nhau (phân kì).

HS nêu được ba tia sáng đặc biệt dùng để dựng ảnh và mô tả được đặc điểm tia đi qua quang tâm: truyền gần như thẳng trong mô hình thấu kính mỏng.

Trong mô phỏng, GV bật chế độ hiện ba tia đặc biệt từ đầu vật sáng AB (cao 5 cm). HS quan sát và điền Phiếu học tập số 1 (phần C).
Câu hỏi: (1) Tia tới song song trục chính cho tia ló đi qua đâu? (2) Tia tới đi qua quang tâm có đổi hướng không? (3) Tia tới đi qua tiêu điểm $F$ cho tia ló có đặc điểm gì?

• Tia 1: tới song song trục chính, tia ló đi qua tiêu điểm $F'$ (với thấu kính hội tụ).
• Tia 2: tới quang tâm $O$, truyền gần như thẳng trong mô hình thấu kính mỏng.
• Tia 3: tới qua tiêu điểm $F$, tia ló song song với trục chính.
• Giao điểm của ba tia ló (hoặc đường kéo dài của chúng) xác định vị trí ảnh của điểm đầu vật $A$.

HS mô tả được ảnh của vật ở $2f$ qua thấu kính hội tụ (thật, ngược chiều, bằng vật); nêu được vật trong tiêu cự cho ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật; giải thích được vì sao ảnh ảo không hứng được trên màn.

Nhóm đôi dùng mô phỏng, đặt vật AB ở vị trí $2f$, sau đó kéo vật lại gần $F$ và đặt vật trong tiêu cự. Ghi kết quả vào Phiếu học tập số 2.
Câu hỏi: (1) Vật ở $2f$ cho ảnh ở đâu, thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn, bằng hay nhỏ hơn vật? (2) Khi vật ở trong tiêu cự, ảnh có hứng được trên màn không? Vì sao? (3) Vì sao ảnh ảo chỉ là đường kéo dài nét đứt?

• Vật ở $2f$: ảnh thật, ngược chiều và bằng vật, nằm ở phía bên kia thấu kính, cách thấu kính khoảng $2f$.
• Dịch vật lại gần $F$: ảnh lớn dần và lùi xa thấu kính.
• Vật trong tiêu cự: ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật (đường kéo dài nét đứt).
• Ảnh ảo không hứng được trên màn vì tia ló không thực sự hội tụ tại vị trí ảnh; chỉ có đường kéo dài của chúng gặp nhau nên mắt nhìn thấy như từ đó.
• Thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, nhỏ hơn vật.

HS củng cố khái niệm hội tụ, phân kì, tia qua quang tâm và nhận biết đặc điểm ảnh của thấu kính hội tụ theo vị trí vật.

HS làm nhanh các câu hỏi sau:

1. Trong bài này, hội tụ có đặc điểm nào? A. mọi vật đặt đâu cũng cho ảnh thật; B. luôn có rìa dày hơn giữa trong không khí; C. chùm tới song song trục chính cho tia ló hội tụ ở tiêu điểm trong mô hình.
2. Trong bài này, phân kì có đặc điểm nào? A. chùm tới song song cho tia ló có đường kéo dài gặp nhau ở tiêu điểm; B. mọi tia ló thực gặp nhau phía sau; C. luôn cho ảnh thật trên màn với vật thật.
3. Thấu kính hội tụ luôn cho ảnh thật với mọi vị trí vật. Nhận định này đúng hay sai?
4. 'Trong mô hình thấu kính mỏng truyền gần như thẳng' mô tả khái niệm nào?

Đáp án:

1. C — Hội tụ: chùm tới song song trục chính cho tia ló hội tụ ở tiêu điểm trong mô hình.
2. A — Phân kì: chùm tới song song cho tia ló có đường kéo dài gặp nhau ở tiêu điểm.
3. Sai — Vật đặt trong tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn, cùng chiều; vị trí vật quyết định loại ảnh.
4. Tia qua quang tâm — cần phân biệt với hội tụ và phân kì.

HS vận dụng ba tia đặc biệt để vẽ ảnh của vật ở $2f$, xác định tính chất ảnh và lập luận về trường hợp vật trong tiêu cự.

Nhóm đôi thực hiện Phiếu học tập số 2 (phần Vẽ và lập luận):
6. Thấu kính hội tụ mỏng. Vật AB đặt ở $2f$ trước kính. Vẽ hai tia: tia song song trục rồi qua $F'$; tia qua quang tâm truyền thẳng. Vẽ theo tỉ lệ khoảng cách $d = d' = 2f$ và nhận xét ảnh.
7. Vật ở $2f$ trước thấu kính hội tụ mỏng cho ảnh ở đâu và tính chất gì?
8. Vì sao ảnh ảo của thấu kính không hứng được trên màn?

6. Ảnh $A'B'$ nằm ở phía bên kia thấu kính, cách thấu kính khoảng $2f$; ảnh thật, ngược chiều và bằng vật.
7. Ở $2f$ phía kia, ảnh thật ngược chiều và bằng vật theo dựng tia; không áp dụng nếu vật nằm trong tiêu cự.
8. Tia ló không thực hội tụ ở vị trí ảnh, chỉ đường kéo dài gặp nhau nên mắt thấy như từ đó. Cần phân biệt ảnh ảo với vật nhỏ khó thấy.
   Gợi ý chấm câu 7: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ khoa học; 40% suy luận theo dựng tia; 20% kết luận về tính chất ảnh và điều kiện áp dụng.

HS vận dụng kiến thức đã học để bác bỏ một nhận định sai về ảnh qua thấu kính hội tụ, đồng thời đề xuất cách kiểm chứng bằng thí nghiệm.

Tình huống: Một bạn khẳng định: 'Thấu kính hội tụ luôn cho ảnh thật với mọi vị trí vật.'
Nhiệm vụ nhóm 4 người: (1) Bác bỏ nhận định bằng một lí do khoa học; (2) nêu một hệ quả của cách hiểu sai (gợi ý: khi đặt màn để hứng ảnh của vật trong tiêu cự); (3) viết lại kết luận đúng; (4) đề xuất cách kiểm chứng bằng thí nghiệm ảo 'Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ' hoặc mô phỏng.

Lập luận mẫu: Nhận định sai vì vật đặt trong tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn và cùng chiều với vật trong mô hình; vị trí vật quyết định loại ảnh.
Hệ quả: Nếu tin nhận định sai, em sẽ đặt màn để hứng ảnh của vật trong tiêu cự nhưng không thu được ảnh rõ.
Kết luận đúng: Thấu kính hội tụ cho ảnh thật khi vật đặt ngoài tiêu cự; khi vật đặt trong tiêu cự, ảnh là ảo.
Đề xuất kiểm chứng: đặt vật trong tiêu cự, quan sát ảnh qua thấu kính và thử hứng trên màn.
Gợi ý chấm: 40% lí do đúng; 30% hệ quả phù hợp; 30% phát biểu sửa đúng, không khẳng định quá mức.