skkn mới nhất skkn phát triển một số bài toán vật lý 9 phần sơ đồ mạch điện

Qua nhiều tài liệu, nhiều chuyờn đề bồi dưỡng thường xuyờn, qua quỏ trỡnhcụng tỏc, qua học hỏi đồng nghiệp… tụi rỳt ra được một phương phỏp dạy đạt hiệuquả ngày càng cao hơn cho học sinh

phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta Hơn nữa môn học này càng ngày lại càng càng yêu cầu cao hơn để đáp ứng kịp với công cuộc CNH- HĐH đất nước , nhằm từng bước đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra " Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài", góp phần xây dựng Tổ Quốc ngày một giàu đẹp hơn

Hơn nữa đội ngũ học sinh là một lực lượng dự bị nòng cốt và thật hùng hậu

về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đóng góp một phần không nhỏ trong lĩnh vực này Kiến thức, kỹ năng vật lý cũng được vận dụng vào cuộc sống thực tiễn của đời sống con người.

Bài tập Vật lý giúp học sinh hiểu sâu hơn về hiện tượng Vật lý, những quy luật Vật lý, biết phân tích và ứng dụng chúng vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp dù giáo viên có cố gắng trình bày rõ ràng, hợp lô gíc, phát biểu định nghĩa, định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng phương pháp và có kết quả thì đó mới là điều kiện cần chứ chưa phải là đủ để học sinh hiểu sâu sắc và nắm vững kiến thức Qua nhiều tài liệu, nhiều chuyên đề bồi dưỡng thường xuyên, qua quá trình công tác, qua học hỏi đồng nghiệp… tôi rút ra được một phương pháp dạy đạt hiệu quả ngày càng cao hơn cho học sinh của mình trong giảng dạy, đó là

" Phát triển một số bài toán Vật lí 9 phần sơ đồ mạch điện ".

Để thực hiện được điều đó trước hết người giáo viên phải có đủ kiến thức, có

sự say mê nghề nghiệp, có tấm lòng tận tụy với học sinh Với mỗi bài dạy giáo viên phải nghiên cứu kỹ sách giáo khoa, để hiểu được dụng ý của từng mục trong sách giáo khoa, phải chuẩn bị tốt thí nghiệm, tìm tòi, nghiên cứu thêm tài liệu tham khảo, đặt hệ thống câu hỏi hợp lý, tạo không khí sôi nổi, có liên hệ thực tế, từ đó giáo viên nâng cao dần kiến thức để học sinh tự khai thác nội dung, tự giải quyết vấn đề Những tiết học như vậy tiềm năng trí tuệ, tư chất của học sinh được phát huy tối đa, từ đó mình dễ dàng nhận thấy để có phương án, bồi dưỡng nâng cao kiến thức, năng lực cho học sinh này.

II THỰC TRẠNG:

Học sinh đại trà đa số nhận thức đều có hạn, nên khi giải các dạng bài tập vật lí thường ít hiểu rõ về bản chất của nó Đặc biệt Học sinh đại trà đa số nhận thức đều có hạn, nên khi giải các dạng bài tập Vật lí thường ít hiểu rõ về bản chất của nó Đặc biệt là việc định hướng và tìm ra phương pháp giải cho bài tập đó là rất quan trọng

SL Tỷ lệ SL Tỷ lệ SL Tỷ lệ

Qua thực trạng trên ta thấy: Việc định hướng cho học sinh giải các bài tập Vật

lí là rất quan trọng Đặc biệt là việc hiểu đúng bản chất Vật lí và vận dụng được kiến thức Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải có được một hệ thống bài tập cơ bản, khoa học, giúp cho học sinh vừa ham thích, vừa hiểu và vận dụng được kiến thức đó vào cuộc sống, kĩ thuật

III CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG KHI GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

Mục tiêu cần đạt tới khi giải bài tập Vật lý là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ Quá trình giải một bài toán Vật lý thực chất là tìm hiểu điều kiện bài toán, xem xét hiện tượng Vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức Vật lý, Toán để nghĩ tới những mối liên

hệ có thể qua các đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm Sao cho có thể thấy được đại lượng phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp đại lượng đã cho Từ đó

đi tới chỉ rõ những mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với những cái đã hết, tức là tìm được với giải đáp.

Không thể nói về một phương pháp chung, vạn năng có thể áp dụng đề giải quyết được mọi bài toán Vật lý Tuy nhiên, từ sự phân tích về thực chất hoạt động giải một bài toán Vật lý, thì ta có thể chỉ ra những nét khái quát, xem như một sơ

đồ định hướng các bước chung của tiến trình giải một bài toán Vật lý Đó là cơ sở

để giáo viên xác định phương pháp hướng dẫn học sinh.

PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN.

1.Tính điện trở tương đương của một đoạn mạch chưa nhìn rõ cấu trúc của mạch.

- Bước 1: Tóm tắt đầu bài và đặt tên điện trở (nếu cần).

- Bước 2: Đặt tên các điểm đặc biệt trên mạch (thường là các nút) và tiến hành vẽ lại mạch

Hình 1.

R

R

R1

R2

A

B

Hình 2.

+Vẽ lại mạch cho tớí khi mạch nhìn rõ cấu trúc (chập các điểm có cùng điện thế với nhau).

- Bước 3: Viết cấu trúc mạch và giải bài toán mạch điện hỗn hợp

2 Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp và song song:

- Xác định cấu trúc của mạch Ta có thể chập hai đầu dây dẫn (hoặc hai đầu dụng cụ có R bằng 0) thành một điểm hay tách 1 điểm ra thành 2 đầu của một dây dẫn.

- Sử dụng định luật Ôm cho từng đoạn mạch, kết hợp với tính chất của dòng điện tại nút.

- Tính toán đưa ra kết quả.

II CÁC VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN.

1) Dạng 1:

Bài 1.1: Tính điện trở tương đương của mạch điện Hình 1, biết các điện trở có

giá trị bằng nhau và bằng R

Giải:

- Bước 1: Tóm tắt đầu bài và đặt tên điện trở (nếu cần).

R1 = R2 = R3 = R Tính Rtđ = ?

- Bước 2: Đặt tên các điểm đặc biệt trên mạch (thường là các nút) và lưu ý

cho HS:

+ Các điểm nối với nhau bằng dây nối hoặc (ampekế) có điện trở không đáng

kể được coi là trùng nhau ta tiến hành vẽ lại mạch.

+ Vôn kế có điện trở vô cùng lớn có thể (tháo ra) khi tính toán.

+Trong các bài nếu không có ghi chú gì đặc biệt, người ta thường coi là

R1

R2

A

B

C

R1 R2 R3

Hình 4.

R1

R2

R4

C

A

B

R1 A

R2 R3

R4 D

? Ta có thể nhập nút nào với nhau? Mạch vẽ lại như Hình 4 Nếu HS vẫn chưa vẽ được giáo viên gợi ý thêm ? Giữa 2 điểm Avà C có mấy điện trở? Giữa 2 điểm C và D có mấy điện trở? Giữa 2 điểm Avà C có mấy điện trở ?

Từ đó HS có thể vẽ lại mạch Từ sơ đồ mạch điện ta có:

Bài 1.2: (Mở rộng bài toán 1 1) Từ sơ đồ Hình 3, điều kiện bài toán như bài

1 Thêm R4 = R (ta có hình 5) Hãy tính RAB?

Giải:

Mạch vẽ lại như Hình 6:

Từ sơ đồ mạch điện ta có:

Cấu trúc mạch điện: R1 // [R4 nt (R2 //R3 )]

Điện trở tương đương:

Hình 3.

Hình 5.

Hình 6.

R1

R2

R3 R4

C

A

B

V

R1 A

B

R2

R4

R3 D

Hình 8.

R1

R3 R4

C

A

B

R5

Bài 1.3: (Mở rộng bài toán 1.2) Biết các điện trở có giá trị bằng nhau và

bằng R Mắc thêm một Vôn kế vào như hình 7 Hãy tính RAB?

tương đương như sau (Hình 8):

Từ sơ đồ mạch điện ta có:

Cấu trúc mạch điện: [(R1 nt R2)//R4] nt R3 Điện trở tương đương:

(Từ bài toán trên Nếu thay Vôn kế bằng Ampe kế thì R A bé nên ta có bài toán tương tự bài 2)

Bài 1.4: (Mở rộng bài toán 1.3) Biết các điện trở có giá trị bằng nhau và

bằng R Mắc thêm một điện trở R 5 = R vào như hình 9 Hãy tính RAB?

Giải:

Hình 7.

Hình 9.

A

B

Hình 10.

R1

R5

R4

R2 D

C

R1

R2

M

A

B

A1

A2

Ta có mạch điện tương đương như sau (Hình 10):

Từ sơ đồ mạch điện ta có:

Vì tính chất đối xứng nên có thể chập C với D.

Điện trở tương đương:

* Khi HS quen với việc phân tích sơ đồ thì ta không cần đặc tên các điện trở

R1 = R2 = R3 = R.như trên nữa mà tính Rtđ theo (hình 1) luôn.

Bài 1.5: (Cho các số liệu cụ thể)

R3 = 3 ; RA1 = RA2 0 Xác định chiều và cường độ dòng điện qua các Ampe kế?

Giải:

- Do điện trở của các ampe kế rất nhỏ nên ta có thể chập 2 đầu dây của 2 ampe kế lại Khi đó ta có mạch như sau:

Hình 11.

R1

R2

R3

I1

I2

I3

Hình 12.

B

R1

R3

M

A

B

A1

A2

IA1

IA2 I2

Hình 13.

R1

R3

B

A

D

A2

A1

Hình 14

K1

K2

Cấu trúc mạch: R1 // R2 //R3

- Cường độ dòng điện chạy qua các điện trở là:

- Chiều của dòng điện qua các ampekế:

IA1 = I – I1 = 3 - 0,6 = 2,4A

IA2 = I – I3 = 3 - 2 = 1A.

Bài 1.5.2:

Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 14):

R1= R2 = 6 ; R3 = 3 UAD = 6 V.

Các Ampe kế có điện trở không đáng kể Xác định số chỉ các Ampe kế.

a) Khi K1 ngắt, K2 đóng.

b) Khi K1 đóng, K2 ngắt.

c) Khi K1, K2 đều đóng.

Giải:

A

R2 R1

 I3

I1

I2

R3 R1



Hình15.

a) Khi K1 ngắt, K2 đóng.

- A1 chỉ số O; B trùng D nên mạch điện mắc như sau: R1 nt A2

- A2 chỉ : b) Khi K1 đóng, K2 ngắt

Vậy A1 chỉ :

- C trùng A: B trùng D

=> Cấu trúc mạch như sau: R1 // R2 //R3 (Hình 15)

,

,

Dòng điện trong mạch chính là:

I = I1 + I2 + I3 = 1 + 1 + 2 = 4A.

Biểu diễn chiều của dòng điện trên lược đồ thực ( Dựa vào chiều dòng trên

lược đồ đã rút gọn).(Hình 16)

Số chỉ của Ampe kế A1:

Tại nút A: IA1 + I1 = I

R1

R2

B

A

C

D

A2

Hình 16

IA1

I2 I3

I

A2

A

B

Hình 17.

R1

R3

R2

D

C A

+

A

B

Hình 18.

R1

R3

R2

D

C A

+

IA1 = I - I1 = 4 - 1 = 3A.

Số chỉ Ampe kế A2 : Tại nút D: IA2 + I3 = I IA2 = I - I3 = 4 - 2 = 2A.

* Sau khi KS đã biết phân tích mạch điện ta ra thêm bài tập trên cũng với 4 điện trở nhưng yêu cầu tính các giá trị của các R.

Bài 1.5.3: Cho mạch điên như hình vẽ.

Biết: R1 = R2 = 20 và R1.R4 = R2.R3 Hiêụ điện thế giữa 2 điểm Avà B là UAB

= 18V Bỏ qua điện trở của dây nối và của Ampe kế

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB?

b) Giữ nguyên vị trí R2, R4 và ampekế, đổi chỗ của R3 và R1 thì thấy ampekế chỉ 0,3A và cực dương của ampekế mắc ở C Tính R1, R4?

* Sau khi KS đã biết phân tích mạch điện ta ra thêm bài tập trên cũng với 4 điện trở nhưng yêu cầu tính các giá trị của các R,và các đại lượng vật lý khác.

Giải:

A

Hình 19.

R3

R1

R2

D

C A

+

_

a) Theo đề bài R1.R4 = R2 R3

Đặt

Do Ampe kế có điện trở không đáng kể nên ta chập C với D.

Điện trở tương đương của mạch điện là:

(1) Thay R1 = 20k, R2 = R3 = 20 , R4 = 20/k vào biểu thức (1)

Ta có RAB = 20 b) Khi đổi chỗ R1 và R3 cho nhau, sơ đồ mạch điện như hình 19.

Gọi I là cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.

Chập C với D Do R2 = R3 nên

Cực dương của Ampe kế mắc ở C nên dòng điện qua Ampe kế có chiều từ C dến D

Cường độ dòng điện qua Ampe kế là:

(1) Điện trở của đoạn mạch điện là:

Hình 20.

R1

R3

R2

C

U

A B A

A

Hình 21.

R1

R3

R2

D

C A

+

_

I1 I3

I2

I4

Cường độ dòng điện qua mạch chính là: (2) Thay (2) vào (1) rồi rút gọn ta được: R1 - 2R4 = 20 (3)

Theo đề bài: R1.R4 = R2.R3 = 20.20 => R1.R4 = 400 (4)

Từ (3) và (4) ta có: R1 2 - 20R1 - 800 = 0 Giải phương trình trên, loại nghiệm âm.

Ta được:

là hữu hạn, hiệu điện thế giữa hai điểm AB là không đổi.

a) Chứng minh rằng: Nếu dòng điện qua Ampe kế là IA = 0 thì b) Cho U = 6V, R1 = 3 , R2 = R3 = R4 = 6 Điện trở Ampe kế nhỏ không đáng kể Xác định chiều dòng điện qua Ampe kế và số chỉ của nó?

c) Thay Ampe kế bằng một Vôn kế có điện trở rất lớn Hỏi Vôn kế chỉ bao nhiêu? Cực dương của vôn kế mắc vào điểm C hay D?

Giải:

Gọi dòng điện qua các điện trở R1, R2, R3 ,R4 và qua Ampe kế tương ứng là: I1, I2, I3 ,I4 và IA

Vẽ lại mạch điện ta có:

Từ hình vẽ ta có: UCD = UA = IA RA = 0 => UAC = UAD hay I1R1 = I2.R2 (2)

Tử (1) và (2) ta có:

Vì RA = 0 nên ta chập C với D Khi đó R1//R2 nên R3//R4 nên Hiệu điện thế trên R12:

-> Cường độ dòng điện qua R1 là I1:

Hiệu điện thế trên R34:

-> Cường độ dòng điện qua R3 là I3:

c) Theo bài ra nối vào C, D thay cho Ampe kế khi đó:

Hiệu điện thế trên R1:

Hiệu điện thế trên R2:

Ta có: U1 + UCD = U2 -> UCD = U2 - U1 = 1V Vôn kế chỉ 1V -> Cực dương của vôn kế mắc vào C

2) Dạng 2:

B

A

D

C

B

A

D

C

O

2

1

A

D C

Hình 24.

Bài 2.1: Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 22) Các điện trở có giá trị bằng

nhau và bằng R Hãy tính điện trở tương đương giữa hai điểm A và B?

Ta có: Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:

Bài 2.2: (Mở rộng bài toán 1) Cho mạch điện như hình vẽ Các điện trở có giá

trị bằng nhau và bằng R Hãy tính điện trở tương đương giưa hai điểm A và B?

Vì tính chất đối xứng, có thể chập C,D Ta có mạch điện như sau (Hình 24):

Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:

Bài 2.3: (Mở rộng bài toán 2) Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 25) Các

điện trở có giá trị bằng nhau và bằng R Hãy tính điện trở tương đương giữa hai điểm A và O?

Hình 23.

B

A

D

C

O

Hình 25.

C D

0

A

B Hình 26.

R0

Giải:

Vì tính chất đối xứng, có thể chập C,D (vì có cùng điện thế) Ta có mạch điện như (Hình 26):

Giả sử chưa nối điện trở R0 giữa A và O thì mạch AO sẽ có cấu trúc mạch là:

AC nt [(CO//(DB nt BO)]

Điện trở giữa A và O khi chưa mắc R0 là R1:

Điện trở RAO khi mắc R0 vào (như sơ đồ hình 26) là RAO = (R 0 // R 1 )

3) Dạng 3:

Bài 3.1: Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là dây điện trở có giá trị

bằng nhau và bằng R Hãy tính điện trở RAG?

A

H

F

B

D

C

E

3

4

2

1

12

10

7

6

8

9

5

11

A

DEB

R1,2,3 R4,5,6,7,8,9 R 10 11 12

* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau:

Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có:

Cấu trúc mạch điện:

(R1 // R2 // R3) nt (R4 // R5 // R6 // R7 // R8 // R9) nt (R10 // R11 // R12) Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:

Bài 3.2: (Mở rộng bài 1) Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là dây

điện trở có giá trị bằng nhau và bằng R Hãy tính điện trở RAD?

Hình 27.

Hình 28.

A

H

G

F

B

D

C

E

3

4

2

1

12

10

7

6

8

9

5

11

A

R1

R3

R4

R5

R6

R9

R7

R8

R10 R11

R12

EB

F

Hình 30.

* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau:

Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có cấu trúc mạch như sau:

{{[(R7 // R8) nt R12 nt (R10 // R11)] // (R6 // R9)} nt (R1 // R2) nt (R4 // R5)} // R3 Điện trở tương đương đoạn mạch BC là:

Bài 3.3: (Mở rộng bài toán 2) Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là

Hình 29.

A

H

F

B

D

C

E

3

4

2

1

12

10

7

6

8

9

5

11

A

DEB

HCF

R3

R11

R10

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R2

R1

R13

Hình 32.

* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau:

Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có cấu trúc mạch như sau:

[(R1// R2 // R3) nt (R4 // R5 // R6 // R7 // R8 // R9) nt (R10 // R11 // R12)] // R13

Điện trở tương đương đoạn mạch AG là:

PHẦN II KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I KẾT LUẬN

Phần bài tập vật lý dạng sơ đồ mạch điện liên quan đến đại lượng này rất nhiều gồm bài tập định lượng Việc áp dụng các phương pháp phân tích sơ đồ

Hình 31