Skkn qui tắc chuyển mạch trong các bài toán điện – vật lí thcs

Trong phần điện học – Vật lí THCS, tôi có nhận thấy có rất nhiều dạng bài tập hay vàkhó – nhiều bài tập có mạch không tường minh với nhiều câu hỏi tính toán các đạilượng trong mạch điện

A MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Giải toán vật lí là một công việc không thể thiếu được trong quá trình học tập vànghiên cứu vật lí của người học sinh Thông qua việc giải bài tập vật lí học sinh thêmmột lần nữa được củng cố kiến thức và khắc sâu lí thuyết ngoài ra còn tạo được niềmtin say mê môn học khi tự mình giải quyết được những vấn đề khoa học hóc búa,gieo mầm cho việc nghiên cứu khoa học sau này

Trong phần điện học – Vật lí THCS, tôi có nhận thấy có rất nhiều dạng bài tập hay vàkhó – nhiều bài tập có mạch không tường minh với nhiều câu hỏi tính toán các đạilượng trong mạch điện hoặc khảo sát các hiện tượng vật lí liên quan thông qua sựbiến thiên của một đại lượng vật lí của mạch điện … Nhưng để có được câu trả lờiđúng thì các em cần phải thực hiện tốt được một bước quan trọng của bài toán điệnnói chung là phân tích được mạch điện – tức là các em phải phân tích và chỉ ra đượccác mối quan hệ về điện của các phần tử có trong mạch điện về cách mắc Đây có thểcoi là chìa khóa ban đầu cho sự thành công của một bài tập điện Nhưng ở khâu quan

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

1skkn

trọng tôi nhận thấy các em còn khá lúng túng để tìm ra hướng đi hay qui luật của nómặc dù kiến thức cơ bản của các em tương đối chắc.

Là một giá viên bồi dưỡng học sinh giỏi tôi luôn luôn suy nghĩ, tìm tòi làm saotìm ra phương pháp dạy học có hiệu qur nhất, sao cho học sinh giải được các bài tậpđiện một cách thuận lợi nhất và hứng thú Mặt khác, hàng năm Huyện, Tỉnh luôn tổchức kì thi học sinh giỏi vật lí cho học sinh THCS nhằm phát hiện và bồi dưỡng các

em có năng khiếu Trong các kì thi này các dạng bài tập điện với mạch không tườngminh thường xuyên xuất hiện và có sức hấp dẫn rất lớn đối với thầy và trò chúng tôi.Vậy làm thế nào để giải quyết được vấn đề này?

Với suy nghĩ như vậy, tôi quyết định chọn đề tài: “Qui tắc chuyển mạch trong các bài toán Điện – Vật lí THCS”.

II PHẠM VI VÀ MỤC ĐÍCH CỦA CHUYÊN ĐỀ:

1 Phạm vi của chuyên đề:

- Nghiên cứu các qui tắc chuyển mạch từ một mạch không tường minh sang mạchtường minh hặc tìm ra qui luật về cách mắc các phần tử trong mạch điện để ápdụng các định luật, các qui tắc về điện … thực hiện các bước tính toán tiếp theotheo yêu cầu của bài toán Những bài tập về điện thường xuyên xuất hiện trongcác kì thi học sinh giỏi và thi vào lớp 10 chuyên vật lí trong khu vực hàng năm

2 Mục đích của chuyên đề:

- Trao đổi với đồng nghiệp và học sinh về phương pháp và kĩ năng chuyển mạch, vẽ

lại mạch điện trong các bài tập điện có mạch không tường minh từ đó đưa ra “Qui tắc chuyển mạch trong các bài toán Điện – Vật lí THCS” Trong chương trình bồi

dưỡng học sinh khá, giỏi vật lí THCS

- Giúp học sinh hiểu nắm bắt được và bước dầu biết vận dụng linh hoạt “Qui tắcchuyển mạch trong các bài toán điện” Trong chương trình bồi dưỡng học sinh khá,giỏi vật lí THCS để có hướng giải tiếp theo trong các cho các bài tập điện hay và khóxuất hiện trong các đề thi học sinh giỏi các cấp và thi vào các trường chuyên lớp chọnvật lí

- Mặt khác, chuyên đề này nhằm mục đích nâng cao trình độ chuyên môn và tích lũythêm kinh nghiệm trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi cho giáo viên Mở rộnghiểu biết cho học sinh, giúp các hiểu sâu sắc hơn và có điều kiện hoàn thiện vềphương pháp giải bài tập vật lí Qua đó rèn luyện năng lực tư duy sáng tạo cho họcsinh

B NỘI DUNG

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

3skkn

I ÔN LẠI MỘT SÓ KIẾN THỨC VÀ QUI TẮC CHUYỂN MẠCH:

1 Một số kĩ năng cơ bản:

* Nếu đề bài không kí hiệu các điểm nút của mạch (là điểm giao nhau của ít nhất badây dẫn) thì đánh số các điểm nút đó bằng kí hiệu Nếu dây nối có điện trở khôngđáng kể thì hai đầu đây nối chỉ ghi bằng một kí hiệu chung

* Để đưa mạch về dạng đơn giản có các quy tắc sau:

VÏ mạch điện tương đương:

Ta thường gặp hai trường hợp sau:

 Trường hợp 1: Mạch điện gồm một số điện trở xác định, nhưng khi ta thay

đổi hai nút vào hoặc ra của dòng điện mạch chính thì ta được các sơ đồ tương đương khác nhau.

 Trường hợp 2: mạch điện có điện trở, nút vào ra xác dịnh, nhưng khi khóa

K thay nhau đóng hoặc mở, ta cũng có sơ đồ tương đương khác nhau Để có

sơ đồ tương đương ta làm như sau:

 Nếu khóa K mở, ta bỏ hẳn tất cả những thứ nối tiếp với K về cả hai phía

 Nếu khóa K đóng, ta chập hai nút ở hai bên khóa K với nhau thành điểm

 Xác định xem có mấy điểm điện thế

2 Một số qui tắc chuyển mạch:

2.1 Qui tắc 1: Chập các điểm có cùng điện thế:

- “Ta có thể chập hai hay nhiều điểm có cùng điện thế thành một điểm khi biến đổimạch điện tương đương”

(Do V A - V B = U AB = IR AB → Khi R AB = 0 ; I ≠ 0 hoặc R AB ≠ 0 ; I = 0 → V A = V B Tức

A và B có cùng điện thế ).

Các trường hợp cụ thể:

+ Các điểm được nối với nhau bằng dây dẫn và ampe kế có điện trở rất nhỏ có thể bỏqua … được coi là có cùng hiệu điện thế Hai nút ở hai đầu R5 (điện trở đường tréo)trong mạch cầu cân bằng

+ Các điểm đối xứng với nhau qua trục đối xứng của mạch đối xứng Trục đối xứng

là đường thẳng hoặc mặt phẳng đi qua điểm vào và điểm ra của mạch điện, chia mạchđiện thành hai nửa đối xứng

Các trường hợp cụ thể : các vật dẫn nằm trong mạch hở ; một điện trở khác 0 mắcsong song với một vật dẫn có điện trở bằng 0 (điện trở bị nối tắt) ; vôn kế có điện trởrất lớn (lí tưởng).

2.4 Qui tắc 4: Mạch tuần hoàn:

- Nếu một mạch điện có các mắt xích giống hệt nhau lặp đi lặp lại một cách tuầnhoàn thì điện trở tương đương sẽ không thay đổi nếu ta thêm vào (hoặc bớt đi) mộtmắt xích

2.5 Qui tắc 5: Chuyển mạch Y→∆:

*/ Phương pháp chung: Nếu mạch điện là mạch cầu không cân bằng thì ta phảichuyển mạch sao thành tam giác và ngược lại (Y ↔ ∆)

- Vẽ lại mach tương đương rồi áp dụng định luật Ôm, tính điện trở toàn mạch, tínhcác dòng qua các điện trở, …

Z

II MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỂN HÌNH VÀ CÁCH GIẢI:

*Bài toán 1: ( Áp dụng qui tắc tổng quát – qui tắc 1)

Tính điện trở tương đương của đoạn

R1 và R2 mắc song song với đoạn dây dẫn AN,

điện trở của đoạn dây dẫn AN coi như bằng

không nên điện trở tương đương của R1, R2

với đoạn dây AN cũng bằng không Mạch AB chỉ còn điện trở R4

Vây điện trở tương đương của đoạn mạch là: RAB = R4 = 6

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

b) K 1 mở, K 2 đóng:

Tương tự như câu trên dòng điện qua AN

rồi phân nhánh qua R3 và R4 (mắc song song nhau)

RAB = R34 =

c, K 1 đóng, K 2 mở:

Do dây nối MB nên R1, R2 không còn mắc song song

với dây AN nữa

Cho khung dây hình lập phương, trong đó 12 cạnh có cùng điện trở r Tính RAC = ?

Giải:

Do tính đối xứng của hình lập phương qua trục AC’ Nên ta thấy các điểm B, D, A’ có

điện thế bằng nhau (chập 3 điểm lại) Các điểm C, B’, D’ có cùng điện thế (chập lại).

Ta được sơ đồ tương đương nhơ hình vẽ

sau:

*Bài toán 3: ( Áp dụng qui tắc 2: Tách nút)

Trong hình vuông ABCD, có 12 đoạn dây có điện trở như nhau bằng r Tìm RAC

Giải :

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

11skkn

Do tính cất đối xứng : ta thấy IMO = IOE vµ INO = IOF Nên ta tách nút O thành 2điểm O1 và O2 khi đó ta được 2 mạch song song như hình vẽ.

RAB =(R13 R24)/ (R13 + R24 ) = 35/17

*Bài toán 5: (Áp dụng qui tắc 3: Bỏ điện trở)

Cho mạch điện như hình vẽ

- Ta thấy: và Mạch cầu cân bằng:

I4 = 0 (A) và VC = VD nghĩa là có thể điện trở R4 khỏi mạch điện để tính điện trởtương đườn của đoạn mạch Khi đó các

điện trở trong mạch được mắc như sau:

- Do đó: R13 = R1 + R3 = 2 + 6 = 8

R25 = R2 + R5 = 6 + 18 = 24

RAB = (R13 R25) : (R13+ R25) = 6

Vậy RAB = 6

*Bài toán 7: (Áp dụng qui tắc 4: Mạch tuần hoàn)

Cho mạch điện như hình vẽ, các ô điện trở kéo dài đến vô cùng Tính điện trởtương đương toàn mạch Ứng dụng cho R1 = 0.4 ; R2 = 8

Bài giải:

- Gọi Rx là điện trở tương đương của đoạn mạch

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

-skkn

Do số cặp R1, R2 là vô cùng nên ta có thể mắc

thêm một cặp R1, R2 vào đầu đoạn mạch mà điện

trở tương đương vẫn không thay đổi

*Bài toán 8: (Áp dụng qui tắc 5: Chuyển mạch sao thành tam giác)

Cho mạch cầu như hình vẽ Tính điện trở tương đương của mạch Biết R1 =10, R2 = 15 , R3 = 20 , R4 =17.5 , R5 = 25

Rx

R2

R1

BA

3

R

1

Bài giải:

Ta thÊy:

Mạch cầu có: R1.R4 R2.R3 Mạch cầu

này không cân bằng

Nên ta sử dụng công thức biến mạch

tam giác (R1, R2, R5) thành mạch sao (R12, R15, R25) ta có:

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

A

R2 5

R1 5

skkn

Vậy điện trở tương đương của toàn mạch là:R = 15,5

Mắc theo sơ đồ như hình vẽ:

Tính điện trở tương đương của

đoạn mạch AB trong các trường hợp:

Bài 4: Tính điện trở tương đương của các đoạn mạch AB gồm những đoạn dây dẫn

có cùng điện trở R mắc theo sơ đồ:

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

b ,

c ,

skkn

Đáp số: a, R AB = R; b, R AB = ; c, R AB = ; d, R AB = ; e, R AB = ; f,

R AB =

BA

d

,

e ,

f ,

B A

Bài 5: Cho mạch điện như hình, dây có tiết diện đều, điện trở của dây có chiều dài

bằng bán kính vòng tròn là r dòng điện đi vào ở tâm một vòng tròn và đi ra ở tâmmột vòng tròn khác Tính điện trở của mạch trên mỗi hình

O2

a

P

skkn

Nhánh trên song song nhánh dưới suy ra R tđ = 1,1r.

Bài 6: Tính điên trở tương đương của đoạn mạch sau đây trong 2 trường hợp:

Bài 7: Cho mạch điên như hình vẽ, mỗi giá trị điện trở có giá trị như nhau và bằng R.

Tính điện trở tương đương toàn mạch

a) Mắc 5 điện trở giống nhau theo sơ đồ a Tính điện trở tương đương củamạch AB.

b) Mắc lại 5 điện trở đó thành mạch CD sao cho RCD = 1.6

c) Mắc các điện trở nói trên thành mạch điện có sở đồ như hình b Phải mắcthêm vào giữa hai đầu CD một điện trở R0 bằng bao nhiêu để điện trở tương đươngtoàn mạch RAB không phụ thuộc vào số mắt của mạch?

Bài 9: Tìm điện trở tương đương của đoạn mạch AB gồm một số vô hạn những mắt

cấu tạo từ ba điên trở như nau R

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

23 …

.B

bD

A

a

skkn

Đáp số:

Bài 10: Cho 12 điện trở được ghép thành mạch như hình vẽ.

Tính điện trở tương đương của cả đoạn mạch

C KẾT LUẬN

Trên đây là hệ thống kiến thức cơ bản và một số bài tập cùng kỹ năng giải giúphọc sinh hiểu sâu thêm về loại bài tập tính tổng trở mạch điện dòng một chiều, cácbài tập nâng cao có chọn lọc được sắp xếp từ dễ đến khó thuận lợi trong quá trình tưduy của học sinh đồng thời giúp các em phát huy khả năng phân tích bài toán, nhìn và

vẽ lại mạch, có nhiều bài có thể sử dụng nhiều cách giải khác nhau cùng dẫn đến kếtquả phát huy sự sáng tạo độc lập của học sinh

GV: TriÖu Nh Vò - Trêng THCS Tam D¬ng

25skkn

Tuy nhiên, chuyên đề chúng tôi làm vẫn còn có thể có nhưng thiếu sót Rấtmong nhận được những đóng góp và bổ sung thêm những ý kiến và bài tập hay từ cácbạn để chuyên đề chúng tôi hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Kí duyệt của nhà trường: Tam Dương, ngày 18 tháng 2 năm 2014

Giáo viên thực hiện:

Triệu Như Vũ