Sáng kiến kinh nghiệm: mở rộng bài toán vật lý cơ bản thành nhiều bài toán nâng cao chương trình vật lý 9. phần vẽ sơ đồ mạch điện Sáng kiến đã đạt được bậc 4. vì vậy các thầy cô chỉ dùng để tham khảo và áp dụng trong dạy học; không nên dùng sáng kiến này để dự thi và bản quyền nhé
Trang 1PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ
I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Khoa khọc kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ và hiện đại, đất nước luôn cần có những con người để nắm bắt, vận dụng và phát triển nền khoa học mới một cách chủ động, sáng tạo Vì vậy, việc đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiết đặc biệt là bộ môn Vật Lý - Là môn khoa học thực nghiệm, đã được toán học hoá ở mức độ cao, nên nhiều kiến thức và kỹ năng toán học được sử dụng rộng rãi trong việc học tập môn Vật lí Đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực,
tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, giúp học sinh bồi dưỡng phương pháp tự học cho mình, biết rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế một cách say mê, hứng thú
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… chúng 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
" Mở rộng một bài toán Vật lí cơ bản thành các bài toán Vật lý
nâng cao phần sơ đồ mạch điện - Môn Vật lý 9".
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
Trang 2Đặc biệt là việc định hướng và tìm ra phương pháp giải cho bài tập đó là rất quan trọng
Qua khảo sát thực tế ở một số trường THCS về nhu cầu ham thích học, và chất lượng học Vật lí như sau:
Nhu cầu ham thích học Vật lí
Chất lượng giải các bài tập Vật lí
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
III CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG KHI GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
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
Trang 3các 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 CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CƠ BẢN:
1 Bước thứ nhất:
- Tìm hiểu đề bài
- Đọc ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và các cái phải tìm
- Mô tả lại tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh hoạ
- Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các
dữ liệu cần thiết
2 Bước thứ hai:
- Xác lập các mối quan hệ cơ bản của các dữ liệu xuất phát của các đại lượng cần
phải tìm
- Đối chiếu các dữ liệu xuất phát và đại lượng cần phải tìm, xem xét bản chất vật
lý của tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các công thức có liên quan
- Tìm kiếm, lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết để thấy được các mối liên
hệ của đại lượng cần phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đó rút ra cái cần tìm
3 Bước thứ ba:
- Rút ra kết quả cần tìm.
- Từ các mối liên hệ cần thiết đã xác lập được, tiếp tục luận giải, tính toán để rút
ra kết quả cần tìm
4 Bước thứ tư:
- Kiểm tra, xác nhận kết quả.
Trang 4- Để xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một số cách sau đây:
- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa?
- Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không?
- Kiểm tra thứ nguyên xem có phù hợp không?
- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?
- Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không?
II 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
Lưu ý: +Các điểm đặc biệt này thường đặt thẳng hàng.
+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
III 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
Trang 5
Giải:
- 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 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
,
A V
R ≈O R = ∞
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:
3
td
R
R =
Hình 1.
R
R
R1
R
2
A
B
Hình 2.
R1
R
2
A
B
C
R1
R2
R3
Hình 4.
Hình 3.
Trang 6
Bài 1.2: (Mở rộng bài toán 1 1) Từ sơ đồ Hình 3, điều kiện bài toán như bài 1.
Giải:
Mạch vẽ lại như Hình 6:
Từ sơ đồ mạch điện ta có:
Điện trở tương đương:
23
2
R R R R R R
3
R =R +R = + =R
3
.
2
td
R R
R
R
Bài 1.3: (Mở rộng bài toán 1.2) Biết các điện trở có giá trị bằng nhau và bằng R.
R1
R2
R
4
C
A
R1
A
R2
R3
R4
D
R1
R2
R3
R4
C
A
B
V
Hình 5.
Hình 6.
Hình 7.
Trang 7
Giải: Vì Rv rất lớn nên dòng điện không đi qua Vônkế Ta có mạch điện tương
đương như sau (Hình 8):
Từ sơ đồ mạch điện ta có:
Điện trở tương đương:
AB AD
R R
+
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.
Giải:
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
R
1
A
R2
R4
R3
D
Hình 8.
R1
R2
R3
R4
C
A
R5
A
Hình 10.
R1
R5
R4
R2
D
C
Hình 9.
Trang 8
Điện trở tương đương:
AB
* Khi HS quen với việc phân tích sơ đồ thì ta không cần đặc tên các điện trở R1 =
Bài 1.5: (Cho các số liệu cụ thể)
Bài 1.5.1: Cho mạch điện như hình 11: UAB = 6V; R1 = 10Ω; R2 = 15Ω;
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:
- Cường độ dòng điện chạy qua các
điện trở là:
1
1
6 0,6 10
AB U
R
2
6
0, 4 15
AB U
R
3
3
6 2 3
AB U
R
1 2 3 0,6 0, 4 2 3
- Chiều của dòng điện qua các ampekế:
R1
R
2
A
B
A1
A2
R1
R2
R3
I1
I2
I3
Hình 12.
B
A
Hình 11.
Trang 9
Bài 1.5.2:
Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 14):
Các Ampe kế có điện trở không đáng kể Xác định số chỉ các Ampe kế
Giải:
1
6 1 6
A
U
R
- A 2 chỉ số O: C trùng A nên mạch còn lại là: A1 nt R3
3
6 2 3
A
U
R
c) Khi K1, K2 đều đóng
R1
R2
R3
A
B
A1
A2
IA1
IA2
I2
I3
Hình 13.
R1
R3
B
A
D
A1
Hình 14
K1
K2
Trang 10
- C trùng A: B trùng D
6 1 6
U
R
6 1 6
U
R
6 2 3
U
R
Dòng điện trong mạch chính là:
Biểu diễn chiều của dòng điện trên lược đồ thực ( Dựa vào chiều dòng trên lược
đồ đã rút gọn).(Hình 16)
R2
R1
I3
I1
I2
R3
R1
Hình15.
R1
R2
B
A
D
A2
Hình 16
IA1
I2
I3
I
Trang 11
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.
18V Bỏ qua điện trở của dây nối và của Ampe kế
a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB?
* 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:
R R R
=> =
20
20 ; R
Do Ampe kế có điện trở không đáng kể nên ta chập C với D
Điện trở tương đương của mạch điện là:
A
B
Hình 17.
R1
R3
R2
D
C
A
+
A
B
Hình 18.
R1
R3
R2
D
C
A
+
Trang 12
3 4
.
R +R
AB
R R
R R R
R R
Gọi I là cường độ dòng điện chạy trong mạch chính
2
I
I =I =
1
.
R
R R
= +
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:
4
2
A
R I
+
0, 3( )
A
I R R
−
Điện trở của đoạn mạch điện là:
10 2
AB
R
Cường độ dòng điện qua mạch chính là:
18 400 10
AB
U I R
+
A
Hình 19.
R3
R1
R2
D
C
A
+
_
Trang 13
Giải phương trình trên, loại nghiệm âm.
1
400
R
Bài 1.5.4: Cho mạch điên như hình 20 Các điện trở R1, R2, R3 ,R4 và Ampe kế là hữu hạn, hiệu điện thế giữa hai điểm AB là không đổi
R R
R = R .
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:
I3 ,I4 và IA
Vẽ lại mạch điện ta có:
Tử (1) và (2) ta có:
R R =R R =>R R =R R =>R =R =>R =R
Hình 20.
R1
R
3
R2
R4
C
U
A
B
A
A
Hình 21.
R1
R3
R2
D
C
A
+
_
I1
I3
I
2
I4
Trang 14
Vì RA = 0 nên ta chập C với D Khi đó R1//R2 nên 1 2
12
2 3+6
R R R
R R
+
34
3 6+6
R R R
+
2, 4
U
+
1
1
2.4
0.8 3
U
R
3
3
3, 6
0, 6 6
U
R
U
6
0, 5
6 6
U
2
3
U =I R = = V
Vôn kế chỉ 1V -> Cực dương của vôn kế mắc vào C
2) Dạng 2:
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?
AB
R R
R R
+
B
A
D
C
Hình 22.
Trang 15
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:
AB
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?
Giải:
B
A
D
C
O
2
1
A
D C
Hình 24.
B
A
D
C
O
Hình 25.
Hình 23.
Trang 16
Vì tính chất đối xứng, có thể chập C,D (vì có cùng điện thế) Ta có mạch điện như (Hình 26):
nt ntR
=>
1
0,5 (0,5 )
0,5 0,5
+
0,785
0, 467 0,785
AO
R R
R R
+
3) Dạng 3:
Bài 3.1: Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là dây điện trở có giá trị bằng
C D
0
A
Hình 26.
R0
A
H
F
B
D
C
E
3
4
2
1
12
10
7
6
8
9
5
11
Hình 27.
Trang 17
* 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:
AB
Bài 3.2: (Mở rộng bài 1) Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là dây điện
* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau:
A
DEB
R1,2,3 R4,5,6,7,8,9 R10 11 12
A
H
F
B
D
C
E
3
4
2
1
12
10
7
6
8
9
5
11
Hình 28.
Hình 29.
Trang 18
Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có cấu trúc mạch như sau:
Điện trở tương đương đoạn mạch BC là:
5
BC
R
R
+ +
+ + +
2
AD
R
R
Bài 3.3: (Mở rộng bài toán 1) Cho mạch điện như hình vẽ Các đoạn dây là dây
A
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R9
R7
R8
R10 R
11
R12
F
Hình 30.
A
H
F
B
D
C
E
3
4
2
1
12
10
7
6
8
9
5
11
Hình 31
Trang 19
* 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:
5
AG
R
+ +
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 mạch điện như trên sẽ giúp cho học sinh dễ hiểu hơn về bản chất của các dạng bài tập liên quan Thực tế qua nội dung học này giúp học sinh nắm được các dạng bài tập về sơ đồ mạch điện Các bài tập đã giúp học sinh xoáy sâu vấn đề, biết vận dụng để phân tích mạch điện trong các dạng bài tập khó hơn, tạo cho các em niềm say mê, hứng thú và sáng tạo hơn trong việc giải các bài tập môn vật lý cũng như trong thực tiễn về các vấn đề Vật lý
Sau khi áp dụng day ôn tập thêm cho học sinh thì kết quả đạt cao hơn nhiều, Cụ thể: Học sinh biết giải các dạng bài tập, hiểu đúng bản chất vấn đề và biết vận dụng kiến thức trên 90%
A
R3
R11
R10
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R2
R1
R13
Hình 32.