MỘT vài KINH NGHIỆM HƯỚNG dẫn GIẢI bài tập CHƯƠNG DÒNG điện KHÔNG đổi THEO CHỦ đề t

Việc làm nàyrất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắmđược phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới chocác dạng bài tươn

MỤC LỤC Trang

A PHẦN MỞ ĐẦU I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Theo thời gian, sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng đạt được nhữngthành tựu to lớn; những kiến thức khoa học ngày càng sâu và rộng hơn Khoahọc kỹ thuật đã có những tác động quan trọng góp phần làm thay đổi bộ mặt của

xã hội loài người, nhất là những ngành khoa học kỹ thuật cao

Cũng như các môn khoa học khác, Vật lý học là bộ môn khoa học cơ bản,làm cơ sở lý thuyết cho một số môn khoa học ứng dụng mới ngày nay Sự pháttriển của Vật lý học dẫn tới sự xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới: Kỹ thuậtđiện, kỹ thuật điện tử, tự động hoá và điều khiển học, công nghệ thông tin…

Do có tính thực tiễn, nên bộ môn Vật lý ở các trường phổ thông là mônhọc mang tính hấp dẫn Tuy vậy, Vật lý là một môn học khó vì cơ sở của nó là

toán học Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú Trong phân phối chương trình

học ở trường THPT số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố kiến thứccho học sinh Chính vì thế, phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất

nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này Giúp học sinh việc

phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết Việc làm nàyrất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắmđược phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới chocác dạng bài tương tự

Dòng điện không đổi là một phần của điện học, nghiên cứu các vấn đề cơbản về dòng điện không đổi, bao gồm các khái niệm liên quan đến dòng điện,nguồn điện, điều kiện để có dòng điện Trong đó, định luật Ôm là một nội dungquan trọng nhất của chương, bao gồm định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ chứađiện trở R, định luật Ôm đối với toàn mạch, định luật Ôm đối với các loại đoạnmạch Những vấn đề này là cơ sở để nghiên cứu các vấn đề khác về dòng điện

Do đó, việc đi sâu nghiên cứu nội dung kiến thức của phần này là rất cần thiết

Với sự cấp thiết như vậy, tôi chọn đề tài “MỘT VÀI KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

THEO CHỦ ĐỀ TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 11 THPT”

Đề tài này nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết, có một

hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cáchgiải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập Từ

đó hoc sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí, cũng như giúp các

em học sinh có thể nhanh chóng giải các bài toán trắc nghiệm về bài tập dòngđiện không đổi phong phú và đa dạng

Hiện tại cũng có nhiều sách tham khảo cũng đã trình bày về vấn đề này ởcác góc độ khác nhau Ở chuyên đề này trình bày việc phân loại các dạng bàitập và hướng dẫn cách giải có tính hệ thống với những chú ý giúp các em nắmsâu sắc các vấn đề liên quan Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thờigian ngắn đã nắm được các dạng bài tập nắm được phương pháp giải và từ đó cóthể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các bài tương tự

GV: NguyÔn v¨n b×nh M«n VËt lý 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Với dung lượng kiến thức nhiều mà dung lượng thời gian ngắn , học sinhkhó có thể nắm được và hiểu được toàn bộ kiến thức cơ bản, ý nghĩa vật lý vàchắc chắn sẽ gặp khó khăn để vận dụng kiến thức đó vào giải bài tập Tôi thựchiện đề tài này với mục đích giúp khắc sâu kiến thức cho học sinh về ý nghĩa vật

lý của lý thuyết cụ thể được thực hiện trong khi giáo viên cùng học sinh phânbiệt được các dạng bài tập và vận dụng phương pháp chung của từng dạng mà

đề tài xây dựng Giúp học sinh tháo gỡ khó khăn trên và làm quen với các côngthức giải nhanh và những dạng bài toán liên quan đến dòng điện không đổi

III ĐỐI TƯỢNG, KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU:

1 Đối tượng nghiên cứu:

Học sinh trung học phổ thông lớp 11 nghiên cứu quá trình dạy học bài tập

ở Trường THPT theo hướng phát triển tư duy và năng lực phát triển sáng tạo

2 Khách thể nghiên cứu:

Quá trình áp dụng chủ đề: các dạng bài tập về dòng điện không đổi

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Xác định về nhận thức cách giải các bài toán liên quan đến dòng điệnkhông đổi trong chương trình vật lý 11 THPT để định hướng cho học sinh trongviệc rèn luyện kỹ năng vận dụng

Nắm lại một cách kỹ lưỡng về cơ sở lý thuyết về dòng điện không đổi,định luật Ohm cho toàn mạch, định luật Jun-Lenz, chú ý đến một số dạng bài tập

cụ thể Mỗi dạng bài tập thì phải nắm lý thuyết gì, phương pháp giải như thếnào, trên cơ sở lý thuyết của sách giáo khoa vật lý 11 và kiến thức bổ sung,nhằm mục đính giúp học sinh hệ thống kiến thức và rèn luyện kỹ năng tínhnhanh, đáp ứng theo hướng làm bài trắc nghiệm

Cụ thể hệ thống kiến thức chung của chương, phân dạng bài tập, bổ sungkiến thức, phương pháp và kỹ năng để giải dạng bài tập này

Trong giải pháp thực hiện mỗi dạng bài tập có đưa ra phương pháp chung,kiến thức cần nhớ, ví dụ minh họa, hướng dẫn lược giải những bài tập minh họa

và đưa ra một số bài tập tự giải

Yêu cầu tối thiểu là học sinh phải nắm được kiến thức cơ bản của chương,hiểu được bài giải minh họa, nắm được phương pháp chung của từng dạng bài

V NHIỆM VỤ:

Đưa ra hệ thống kiến thức và các phương pháp giải nhanh các dạng bàitập của phần dòng điện không đổi thuộc chương trình Vật lý lớp 11 Giúp cácbạn học sinh nắm vững kiến thức và khắc phục được những sai sót của mình khigiải bài tập phần này Đồng thời, giúp các bạn học sinh hiểu rõ hơn về các dạngbài tập và phương pháp giải của từng dạng Nhằm mang lại cho các bạn học sinhkết quả cao trong các kì đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp…

B PHẦN NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

I.1.Dòng điện không đổi-Nguồn điện:

1.Dòng điện – Các tác dụng của dòng điện:

-Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các điện tích (các hạt tải điện)

-Chiều dòng điện là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương.

-Dòng điện có các tác dụng nhiệt, tác dụng quang, tác dụng hóa và đặc trưngnhất là tác dụng từ

2.Cường độ dòng điện – Định luật Ohm:

-Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện, được

xác định bằng thương số giữa điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳngcủa vật dẫn trong thời gian t

t

q I

t

q

I 

-Định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ có điện trở R: cường độ dòng điện chạy

qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào haiđầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở R

3.Nguồn điện – Suất điện động:

-Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện

trong mạch

-Suất điện động của nguồn là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công

của nguồn điện, được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khidịch chuyển một điện tích dương q bên trong nguồn từ cực âm đến cực dương và

độ lớn của điện tích q đó:

E =

I.2.Điện năng và công suất điện – Định luật Jun-Lenz:

1.Công và công suất của dòng điện:

-Công của dòng điện chạy qua một đoạn mạch là công dịch chuyển các điện tích

tự do trong đoạn mạch và bằng tích hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch vớicường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó:

A = q.U = U.I.t

GV: NguyÔn v¨n b×nh M«n VËt lý 3

-Công suất của dòng điện trên đoạn mạch bằng công dòng điện thực hiện trongmột đơn vị thời gian:

P = = U.I-Định luật Jun-Lenz: Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trởvật, bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn:

Q = R.I2.t

2.Công và công suất của nguồn điện:

Công của nguồn điện: A = q.E = E.I.t

Công suất nguồn điện: P = = E.I

3.Công và công suất của dụng cụ tiêu thụ điện:

Dụng cụ tiêu thụ điện chỉ tỏa nhiệt:

 Nhiệt lượng: Q = R.I2.t

 Công: A = U.I.t = R.I2.t = t

 Công suất: P = U.I = R.I2 =

Máy thu điện:

 Suất phản điện: Ep = : công có ích (điện năng có ích)

: điện lượng qua mạch

 Điện năng: Ap= + =Ep.I.t+rp .t=U.I.t

 Công suất: P = = Ep.I + rp.I2

 Hiệu suất máy thu điện: H = 1 –

I.3.Định luật Ohm đối với toàn mạch:

1.Định luật Ohm đối với toàn mạch:

Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn và

tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch

I =

2.Hiện tượng đoản mạch:

Khi điện trở mạch ngoài nhỏ không đáng kể R 0 thì nguồn điện bị đoản mạch.

3.Mạch ngoài có máy thu:

Cường độ dòng điện chạy trong mạch:

I =

E, rp: suất phản điện và điện trở trong của máy thu

4.Hiệu suất nguồn điện:

 Nguồn điện: H = =

I.4.Định luật Ohm đối với các loại đoạn mạch:

1.Định luật Ohm đối với mạch chứa nguồn:

Dòng điện ra khỏi nguồn ở cực dương chiều từ A đến B, biểu thức định luậtOhm:

I = 2.Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu:

Dòng điện vào cực dương, chạy từ A đến B, biểu thức định luật

Ohm:

I =

3 Biểu thức tổng quát của định luật Ohm đối với các loại đoạn mạch:

Xét đoạn mạch AB có chiều dòng điện từ A đến B

Quy ước: E là giá trị đại số của suất điện động

Nguồn: E > 0; Máy thu: E < 0; E = -EP

GV: NguyÔn v¨n b×nh M«n VËt lý 5

-Suất điện động của bộ nguồn: E = e1 + e2 + e3 + …… + en

-Điện trở trong của bộ nguồn: r = r1 + r2 +r3 +……+ rn

2.Mắc song song (các nguồn giống nhau):

II.1.CHỦ ĐỀ I: CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN- HIỆU ĐIỆN THẾ

II.1.1 Phương pháp giải:

1 Áp dụng các công thức định nghĩa cường độ dòng điện: I =

Với điện lượng (C)

thời gian (S)

Với S: tiết diện thẳng của dây dẫn (m2)

n: mật dọ hạt mang điện tự do (m-3)q: điện tích hạt mang điện tự do(C)V: vận tốc trung bình của hạt mang điện ( )i: đơn vị )

3 Áp dụng định luật về dòng điện phân nhánh (điểm nút)

=

4 Lập hệ thức tính tổng các hiệu điện thế của từng phần mạch điện [2] II.1.2 Bài tập mẫu:

Bài 1: Một dây dẫn hình trụ có bán kính tiết diện ngang là R = 0,5 mm Hạt

mang điện tự do trong dây dẫn là các electron tạo thành dòng điện không đổi cócường độ I = 1,57A Biết điện tích mỗi hạt electron là e= -1,6.10-19 Tính :

a Mật độ dòng điện và số electron đi qua tiết diện ngang của dây trong 10s.

b Vận tốc trung bình của các electron tạo nên dòng điện biết mật độ electron

tự do là n = 5.1028 m-3 [2]

Giải

a Mật độ dòng điện và số electron đi qua tiết diện ngang

- Diện tích tiết diện ngang:

V = = 0,25 10-3 (m/s)

mang điện tự do trong dây dẫn là các electron tạo thành dòng điện khôngđổi,trong thời gian t = 10s có điện lượng q= 9,6 C Biết điện tích mỗi hạtelectron là e= -1,6.10-19 Tính :

a Mật độ dòng điện và cường độ dòng điện qua dây dẫn.

b số electron đi qua tiết diện ngang của dây trong 10s.

c Vận tốc trung bình của các electron tạo nên dòng điện biết mật độ

b.Số electron đi qua tiết diện ngang

-Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian t= 10s:

q= I.t = 0,96.10 = 15,7 (C )-Số electron: Ne = = = 9,8125.1019

c.Vận tốc trung bình của electron: i= n.e.V

Bài 2: Một dòng điện không đổi chạy trong dây dẫn có cường độ 1,6 mA Tính

điện lượng và số eletron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian

ĐS: q = 5,67C ; 3,6.1019

Bài 3: Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng

thời gian 2 s là 6,25.1018 e Khi đó dòng điện qua dây dẫn có cường độ bao

ĐS: I = 0,5A.

Bài 4:Dòng không đổi I=4,8A chạy qua dây kim loại tiết diện thẳng S=1cm2.Tính:

a.Số e qua tiết diện thẳng trong 1s

b.Vận tốc trung bình trong chuyển động định hướng của e, biết n=3.1028(hạt/

II.2.CHỦ ĐỀ 2: ĐỊNH LUẬT OHM CHO ĐOẠN MẠCH – ĐIỆN TRỞ II.2.1 Phương pháp giải:

DẠNG 1 : ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN-SỰ PHỤ THUỘC VÀO NHIỆT ĐỘ

* Tính điện trở của một đoạn dây dẫn cho biết chiều dài, tiết diện dây và điện trởsuất khi đó chỉ cần áp dụng công thức : R

S



- Chú ý: các đơn vị đo khi tiến hành tính toán

*Điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ: 0

0

(1 ) (1 )

-Biết cách vẽ, kí hiệu các dụng cụ điện và sơ đồ mạch điện; biết cách chuyển sơ

đồ từ dạng phức tạp sang đơn giản

-Sử dụng các công thức để tính cường độ dòng điện:

I=q t ; I=U R (Định luật Ohm)-Trong mạch điện, ampe kế mắc nối tiếp với mạch điện và có điện trở rất bé.Vôn kế mắc song song với mạch và có điện trở rất lớn

Công thức tính điện trở vật dẫn: R=

s

l

-Đối với mạch mắc nối tiếp: U=U1+U2+…+Un

R R

1

1 1 1

2 1

R 5

D C

Trong đó ,

AB

R = R - RAB [2]

DẠNG 4: ĐIỆN TRỞ MẠCH PHỨC TẠP

Đoạn mạch có cấu tạo phức tạp khi tính điện trở của mạch cần vẽ lại

sơ đồ mắc điện trở trong mạch

* Nếu đề bài không kí hiệu các điểm nút của mạch (là điểm giao nhau của

ít nhất ba dây dẫn) thì đánh số các điểm nút đó bằng kí hiệu Nếu dây nối cóđiện trở không đáng 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:

a) Qui tắc 1: Chập các điểm có cùng điện thế.

Các điểm có cùng điện thế là các điểm sau đây:

+ Các điểm được nối với nhau bằng dây dẫn và ampe kế có điện trở rấtnhỏ có thể bỏ qua

-Khi đó ta bỏ qua R5 và tính toán bình thường

c) Quy tắc 3: Mạch tuần hoàn

Nếu một mạch điện có các mắt xích giống hệt nhau lặp đi lặp lại một cáchtuần hoàn thì điện trở tương đương sẽ không thay đổi nếu ta thêm vào (hoặc bớtđi) một mắt xích

d) Quy tắc 4: Mạch cầu (không cân

bằng) Biến đổi   

* Từ   Y :

R AO =

BC AC AB

AC AB

R R

R

R R



 ; R BO =

BC AC AB

BC BA

R R R

R R



R CO =

BC AC AB

CA CB

R R

R

R R

A A U B

C R1 M R2 N R3 P R4 Q

K 1

K 2 + -

3 1

R R R

R R



 , R M =

5 3 1

5 1

R R R

R R



 , R N =

5 3 1

5 3

R R R

R R

* - Nếu R tđ < R 0 thì mạch gồm R0 song song với R1 , tính R1

- Làm tương tự như trên [3]

DẠNG 6: DÙNG PHƯƠNG TRÌNH NGHIỆM NGUYÊN DƯƠNG XÁC ĐỊNH SỐ ĐIỆN TRỞ

Dựa vào cách ghép , lập phương trình ( hoặc hệ phương trình):

- Nếu các điện trở ghép nối tiếp: xR1 + yR2 + zR3 = a và

x + y + z = N , với x,y,z là số điện trở loại R1,R2,R3 và N là tổng số điện trở

-Khử bớt ẩn số để đưa về phương trình 2 ẩn, tìm nghiệm nguyên dương [3] DẠNG 7: DÙNG ĐỊNH LUẬT OHM CHO ĐOẠN MẠCH CHỈ CHỨA R

-Tính điện trở tương đương R của mạch

-Tính cường độ của mạch chính: I =

-Tính cường đọ qua mạch rẽ: I = [1]

II.2.2 Bài tập mẫu:

Bài 1: Hai dây dẫn, một bằng đồng , một bằng nhôm có cùng điện trở,cùng khối

lượng Hỏi chiều dài của 2 dây dẫn hơn kém nhau bao nhiêu lần Cho biết khốilượng riêng và điện trở suất của 2 dây là: DAl=2700 kg/m3; DCu=8900 kg/m3 [2]

Giải:

Do khối lượng của hai dây bằng nhau nên ta có:

m1=m2 V1.D1=V2.D2 l1.S1.D1= l2.S2.D2 (1) Viết biểu thức của R1;R2 cho

R1=R2

Cuối cùng ta được:

1 1

2 2 2

l





Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ.

Hiệu điện thế UAB=24 V Ampe kế có

GV: NguyÔn v¨n b×nh M«n VËt lý 11

điện trở RA=1Ω , các điện trở R1=2 Ω, R2=3 Ω, R3=R4=4 Ω Tính số chỉ củaampe kế khi:

-K2 đóng thì xảy ra hiện tượng đoản mạch R3, R4 Khi đó: UNQ=0

Do vậy, mạch điện được mắc: RA nt R1 nt R2

-Cường độ dòng điện qua mạch:

3 2 1

24 R

b)K1, K2 cùng đóng Về mặt điện thế, ta có: UM=UP, UN=UQ

Ta có thể “chập” các điểm M, P và N, Q lại với nhau Khi đó sơ đồ được

vẽ lại như bên:

-Mạch điện nối: RA nt R1 nt (R2//R3//R4)

-Điện trở tương đương:

4 3 2

1 1 1

1

R R R R

chiều dài l=30cm, hiệu điện thế UMN=3V G là kim điện thế đo cường độ dòngđiện qua CD

a)Tìm vị trí con chạy D để G chỉ số 0

b)Cường độ dòng điện qua dây AB biết AB có tiết diện S=10-2 mm2, điện trởsuất  4.10-7 Ω/m

c)Cho RG0, tìm vị trí con chạy D để G chỉ 0,5A [3]

Giải :

a)Khi kim điện kế chỉ số 0, con chạy D chia dây AB thành 2 phần gọi là Rx và

Ry với các chiều dài tương ứng là : x và l-x

Mạch điện dược vẽ lại như hình bên:

Ta có : Rx=

S x

2 3

2 2

1 2

x R

R R

R R

R R

R

y

x y

x

R

R R

R

R R





2

1 1

Điện trở tương đương R2 và Ry : R2y=

x

x x

x y

y

R

R R

R R

R

R R

3

) 12 ( 3

2 2

Điện trở tương đương toàn mạch :

x

R

R R

R

15

3 36 2

2

30

3

72 5

I=U R =

72 5

60

) 15 )(

2 ( 72 5

60

30 3

x x

x x

x

x

R R

R R

U R

1

R

U R

Với: U1x=I.R1x=U . 2 2 60.2 (515 72)

72 5

60

) 15 )(

2 (

2 2

x x

x

x x

x

x x

R R

R R

U R

R R

R

R R



72 5

60

) 15 ( 3 ) 72 5

60 (

) 15 ( 2

2 2

x x

x x

x x

R R

R R

R R R

R R

U I

-Cường độ dòng điện qua R2 : I2=



Với :U2x=I.R2y=U .3615 3 (602 ).53(12 72 )

72 5

60

) 15 )(

2 (

2 2

x x

x

x x

x

x x

R R

R R

U R

R R

R

R R

x x

x x x

x x

R R

R R

R R R

R R

U I

-Theo đề, kim điện kế G chỉ 0,5 A nên ta có :

IG= I 1 I2 

72 5

60

72 3

30 72 5

60

3 15 3 5

,

2 2

2 2

x x x

x

x x

R R

R R R

R

R R

I

I

0 , 5

72 5

60

72 15

x R R R

S R

10 4

10 225 , 10

10 84 , 0

*Vậy khi D cách A 25,56cm hoặc 2,1cm thì kim điện kế G chỉ 0,5 A