Giải tổng quát các bài toán công suất cực đại trên biến trở trong dòng điện không đổi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG THPT LÝ THƯỜNG KIỆT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIẢI TỔNG QUÁT CÁC BÀI TOÁN CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI TRÊN BIẾN TRỞ TRONG DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Người thực hiện: Tr

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT LÝ THƯỜNG KIỆT

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

GIẢI TỔNG QUÁT CÁC BÀI TOÁN CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI TRÊN BIẾN TRỞ TRONG DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Người thực hiện: Trịnh Văn Hùng Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lí

THANH HÓA NĂM 2020

1

MỤC LỤC

Trang

I PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

II PHẦN NỘI DUNG 2

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2

2.3 Các biện pháp thực hiện nhằm giải quyết vấn đề 2

2.3.1 Các kiến thức Toán học và Vật lí 2

2.3.2 Các ví dụ và bài tập vận dụng 4

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 17

III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 17

3.1 Kết luận 17

3.2 Kiến nghị 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

2

I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài

Trong quá trình giảng dạy và ôn luyện cho học sinh dự thi THPT Quốc Gia,bản thân tôi nhận thấy học sinh gặp không ít khó khăn khi giải bài tập công suấtđiện cực đại Kì thi THPT quốc gia áp dụng hình thức thi trắc nghiệm kháchquan, yêu cầu về việc nhận dạng để giải nhanh và tối ưu các câu trắc nghiệm,đặc biệt là các câu trắc nghiệm định lượng là rất cần thiết để có thể đạt được kếtquả cao trong kì thi

Giảng dạy vật lí ở trường THPT thì việc hướng dẫn học sinh tìm tòi lời giảibài tập là một vấn đề hết sức quan trọng Mục đích của việc giải bài tập vật lígiúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, các định luật vật lí, vận dụngchúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động

Qua nhiều năm giảng dạy bộ môn Vật lí tôi nhận thấy rằng: Để có nhữngtiết dạy gây hứng thú với học sinh người giáo viên phải luôn học hỏi, tự bồidưỡng kiến thức để nâng cao trình độ chuyên môn và năng lực sư phạm cũngnhư bồi dưỡng lòng yêu nghề

Khi dạy các em phần điện một chiều lớp 11 tôi nhận thấy dạng bài tập xácđịnh công suất cực đại là bài tập khó, học sinh thường lúng túng và gặp nhiềukhó khăn khi giải các bài tập này do tính phức tạp, phải áp dụng nhiều kiến thức

về toán học

Vì những lí do trên tôi chọn đề tài: “Giải tổng quát các bài toán công suất

cực đại trên biến trở trong dòng điện không đổi”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm sẽ giúp giáoviên và học sinh có cái nhìn tổng quát, thấy được vẻ đẹp của vật lí trong dạngtoán này từ đó lựa chọn cho mình cách giải độc đáo và nhanh nhất

Giúp học sinh hiểu, khắc sâu thêm phần lí thuyết đã học và đặc biệt là giúphọc sinh nắm được phương pháp giải bài tập tìm cực trị trong phần điện học.Đồng thời giúp học sinh có cơ hội vận dụng các thao tác tư duy, so sánh,phân tích, tổng hợp, khái quát hoá để xác định được bản chất vật lí trong các bàitập và tình huống cụ thể Là căn cứ để giáo viên kiểm tra kiến thức, kĩ năng củahọc sinh trong quá trình tiếp thu kiến thức vật lí

Nâng cao trình độ của học sinh là cơ sở để các em tự tin trong các kỳ thi vàđem lại kết quả tốt nhất đóng góp vào thành tích chung của nhà trường

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu cách giải bài tập công suất điện cực đại áp dụng cho họcsinh lớp 11 và 12 trường THPT Lý Thường Kiệt

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập tài liệu: tìm hiểu thu thập tài liệu từ SGK, sách thamkhảo, sách giáo viên, internet và các giáo trình có liên quan

1

Phương pháp khai thác, sử dụng sách giáo khoa: từ các vấn đề trong sách,khai thác để lập ra các Lược đồ tư duy trong từng nội dung cụ thể.

Phương pháp phân tích các nội dung cụ thể để khái quát hóa tìm ra nhữngcách giải đẹp giúp các em dễ học và dễ khắc sâu

II PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

Trong giai đoạn đổi mới đất nước, Đảng ta chủ trương đẩy mạnh hơn nữacông tác giáo dục và coi đây là một trong những yếu tố đầu tiên, yếu tố quan

trọng góp phần phát triển kinh tế - xã hội Mục tiêu của giáo dục là: “Nâng cao

dân trí, đào tạo nhân lực và bồi dưỡng nhân tài” Bồi dưỡng nhân tài cho đất

nước là một trong những nhiệm vụ của nghành giáo dục, xem trọng “Hiền tài là

nguyên khí của quốc gia”.

Từ quan điểm chỉ đạo của Đảng và nhà nước, Bộ giáo dục cũng có nhiềuđiều chỉnh, bổ sung trong đường lối chiến lược của ngành Ngay từ những nămđầu của thế kỉ XXI, Bộ đã quy định phương pháp giáo dục phổ thông phải pháthuy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Bản thân tôi nhận thấy học sinh gặp không ít khó khăn khi giải bài tập côngsuất cực đại bởi nó là một dạng bài tập khó Nhất là đối với học sinh có lực họctrung bình do đầu vào Trường THPT Lý Thường Kiệt là thấp Các em gặp phảinhững khó khăn (Không lập được biểu thức công suất điện theo giá trị biến trở,khó khăn khi tìm giá trị lớn nhất nhỏ nhất của hàm số, kĩ năng vẽ lại mạch điệnkhi chập các điểm còn yếu…)

2.3 Các biện pháp thực hiện nhằm giải quyết vấn đề

Kết luận: Hàm số 2

max

cx

Tính điện trở tương đương [2]: R1 nối tiếp R2  Rtd R R 1 2

R1 song song với R2: td 1 2

Định luật Ôm với đoạn mạch và công suất điện [2]: I U;

Ví dụ 1: Cho sơ đồ mạch điện như Hình 1a Hiệu điện thế U hai đầu mạch

và điện trở R2 không đổi, R1 thay đổi được

Điện trở R1 phải có trị số là bao nhiêu để

công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn

nhất ? Tính công suất lớn nhất đó

Hướng dẫn:

Sơ đồ mạch điện (R nt R )1 2

Điện trở tương đương của mạch điện: Rtd R R1  2

Cường độ dòng điện qua R1:

UI

R R



Công suất tiêu thụ trên biến trở R1: P R I1  1 12

1

RR

2 2

2

UP

Trong mục 2.3.2.1: Tất cả các Ví dụ là của tác giả trích ra từ TLTK số 4.

2 1

1

UP

RR

+ Phát hiện giá trị R1 R2 là điện trở phần còn lại của mạch điện

+ Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn bằng một dây dẫn có điện trở rấtnhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R1 vừa xóa là haiđầu đoạn mạch, nhận thấy mạch chỉ còn R như Hình 1b.2

+ Sau khi tìm được R1 bằng phương án mới chúng ta trở lại mạch điệntính công suất tiêu thụ trên R1 bình thường (mạch điện coi như biết hết cácthông số)

Ví dụ 2: Cho sơ đồ mạch điện như Hình 2a Hiệu điện thế U hai đầu mạch

và điện trở R2, R3 không đổi, R1 thay đổi được

Điện trở R1 phải có trị số là bao nhiêu để công

suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất? Tính

R U

URI

1

UP

3 2



 là điện trở tương đương với đoạn mạchgồm R mắc song song với 2 R Từ mạch điện bài bài toán cho ta chuyển về3mạch điện mới để đi tìm R1 thỏa mãn công suất trên nó lớn nhất

+ Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn bằng một dây dẫn có điện trở rấtnhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R1 vừa xóa là haiđầu đoạn mạch, nhận thấy R mắc song song với 2 R như Hình 2b Kết quả điện3trở tương đương của đoạn mạch mới, chính là R1 cần tìm

+ Sau khi tìm được R1 bằng phương án mới chúng ta trở lại mạch điệntính công suất tiêu thụ trên R1 bình thường (mạch điện coi như biết hết cácthông số)

Ví dụ 3: Cho sơ đồ mạch điện như Hình 3a Hiệu điện thế U hai đầu

mạch và điện trở R2; R3; R4 không đổi, R1 thay

đổi được Điện trở R1 phải có trị số là bao

nhiêu để công suất tiêu thụ ở điện trở này là

URI

URI

 

2

2 1

điện mới để đi tìm R1 thỏa mãn công suất trên nó lớn nhất

+ Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn bằng một dây dẫn có điện trở rấtnhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R1 vừa xóa là haiđầu đoạn mạch, nhận thấy R / / R ntR như Hình 3b Kết quả điện trở tương3 4 2

đương của đoạn mạch mới, chính là R1 cần tìm

+ Sau khi tìm được R1 bằng phương án mới chúng ta trở lại mạch điệntính công suất tiêu thụ trên R1 bình thường (mạch điện coi như biết hết cácthông số)

Ví dụ 4: Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 4a, trong đó các điện trở R ;1

lại để công suất tỏa nhiệt trên

Rx cực đại Tính công suất cực

R R



Vai trò của các điện trở R ,R ,R1 2 3và R4 tương đương nhau trong mạch nên cường độ dòng điện qua các điện trở đó lần lượt là:

Hình 4a

  là điện trở tương đương vớiđoạn mạch gồmR / /R nt R / /R Từ mạch điện bài bài toán cho ta chuyển1 2  3 4

về mạch điện mới để đi tìm Rx thỏa mãn công suất trên nó lớn nhất

+ Xóa Rx khỏi mạch điện, thay nguồn bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ(chập hai đầu nguồn) Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu Rx vừa xóa là hai đầuđoạn mạch, nhận thấy R / /R nt R / /R như Hình 4c Kết quả điện trở1 2  3 4

tương đương của đoạn mạch mới, chính là Rx cần tìm

là điện trở tương đương với

đoạn mạch gồm R / / R nt R / /R2  x  3 4  Từ mạch điện bài bài toán cho tachuyển về mạch điện mới để đi tìm Rx thỏa mãn công suất trên nó lớn nhất.+ Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ(chập hai đầu nguồn) Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R1 vừa xóa là hai đầuđoạn mạch, nhận thấy R / / R nt R / /R2  x  3 4 như Hình 4d Kết quả điện trởtương đương của đoạn mạch mới, chính là R1 cần tìm

Ví dụ 5: Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 5a Trong đó

nguồn điện có suất điện động  và điện trở trong r không đổi,

mắc với mạch ngoài gồm R1 ; R3 không đổi Phải chọn R2 bằng

A B 

Hình 4d

bao nhiêu để công suất tiêu thụ trên R2 lớn nhất Tính công suất điện lớnnhất đó.

Hướng dẫn:

Sơ đồ cách mắc điện trở ở mạch ngoài: R nt R / /R3  2 1

Điện trở tương đương của mạch ngoài: td 3 12 td 3 1 2

Giá trị điện trở

 3  1 3

3 1

aP

để đi tìm R2 thỏa mãn công suất trên nó lớn nhất

+ Xóa R2 khỏi mạch điện, thay nguồn bởi một điện trở bằng chính điện trởtrong r của nguồn Sau đó vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R2 vừa xóa là hai đầuđoạn mạch, nhận thấy R nt r / / R như Hình 5b Kết quả điện trở tương đương3  1

của đoạn mạch mới, chính là R2 cần tìm

2.3.2 2 Bài tập vận dụng

Bài 1: Một đoạn mạch điện gồm biến trở R0 nối tiếp với một điện trởR=3Ω Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch không đổi U=9V Điện trở R0 phải cótrị số là bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất? Tính côngsuất lớn nhất đó

Đáp số: R0  3 ; P0(max) 6,75W.

Bài 2: Cho sơ đồ mạch điện như Hình 6 Hiệu

điện thế U=6V hai đầu mạch và điện trở R2=3, R3

=3 không đổi, R1 thay đổi được Chọn R1 bằng bao

nhiêu để công suất trên R1 lớn nhất Tính công suất

điện lớn nhất đó

Đáp số: R 1,5 ; P1   1(max) 1,5W.

15

1 R

Bài 3: Cho mạch điện như Hình 7.

R R  3 ; R3  2 ; UAB12V;R làx

biến trở Tìm Rx để công suất tiêu thụ trên

Rx cực đại và giá trị cực đại đó

Đáp số: Rx 4,2 ; P x(max) 6,19W.

Bài 4: Cho mạch điện như Hình 8 Hiệu điện

thế U giữa hai điểm A và B không đổi Các điện trở

Đáp số:

2 2

2 2

Bài 7: Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 11, trong

đó có nguồn điện có suất điện động  12Vvà điện trở trong r 1,1 ;  điện trở

R 0,1  [1].

a) Điện trở x phải có trị số là bao nhiêu để công suất tiêu

thụ ở mạch ngoài là lớn nhất?

b) Điện trở x phải có trị số là bao nhiêu để công suất tiêu

thụ trên điện trở này là lớn nhất? Tính công suất lớn nhất đó

,r

Hình 11

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.

Sau khi áp dụng thử nghiệm kinh nghiệm này tôi nhận thấy kĩ năng là yếu

tố quan trọng không thua kém kiến thức Nếu học sinh có một lượng kiến thức

đủ nhưng không kịp xử lí các câu hỏi trong thời gian cho phép của đề thi thì kếtquả vẫn thấp Vì vậy khi sử dụng kinh nghiệm với bài toán công suất điện cựcđại trong điện một chiều, học sinh tiết kiệm được thời gian giải quyết bài toánhạn chế được sai sót

Chúng tôi đã cố gắng rất nhiều trong việc truyền đạt kiến thức phầnđiện một chiều cho học sinh đặc biệt là bài toán công suất, bản thân tôi làmột người ham học hỏi, trao đổi chuyên môn tham khảo rất nhiều tài liệu vềvấn đề này cuối cùng cũng đúc kết kinh nghiệm giúp học sinh dễ tiếp thudạng bài tập này và nhiều dạng bài tập khác qua cuốn sách do chính tôi biên

11 Thực nghiệm đề tàiĐối chứng 27,512,5 50,047,5 20,032,5 2,57,5

Kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi vận dụng linh hoạt phương phápgiải bài tập đã đem lại hiệu quả cao trong việc giúp học sinh lĩnh hội kiến thức.Kết quả thu được cho thấy: chất lượng học tập của lớp thực nghiệm cao hơn lớpđối chứng và điều đó đã khẳng định mục đích của đề tài đặt ra tôi đã thực hiệnthành công

Đề tài này được tôi chia sẻ với giáo viên trong tổ lí của nhà trường để nângcao chất lượng dạy học trong những năm học tới

III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận

Sau khi dạy chương trình Vật lí 11 và và ôn thi THPT Quốc Gia cho lớp 12

tôi đã đi sâu vào nghiên cứu và áp dụng chuyên đề “Giải tổng quát các bài toán

công suất cực đại trên biến trở trong dòng điện không đổi” với hy vọng cung

cấp cho các em một cái nhìn khái quát về phương pháp giải bài toán công suấtđiện một chiều Và quả thực sau khi lồng ghép nội dung này vào các tiết họcchính khóa, các tiết học tự chọn, học bồi dưỡng thì tôi đã thấy rõ sự thay đổitrong cách nhìn nhận, cách giải một bài toán công suất điện Ban đầu khi mớiđưa ra các bài toán đơn giản thì các em học tập, tiếp thu nhanh chóng và vậndụng thành thạo đồng thời tạo được thói quen thiết lập biểu thức công suất Saukhi giải thành thạo được các bài toán đơn giản, tôi đưa ra các bài toán nâng cao,học sinh đã tham gia tích cực vào việc giải và vận dụng các kĩ năng và kinh

17

nghiệm để giải Đặc biệt các em đã thấy được tính ưu việt của phương pháp vàcác em rất hứng thú với dạng bài tập này Kết quả thu được như sau:

Đối với các bài toán đơn giản thì 100% học sinh vận dụng tốt phương pháp.Đối với các bài toán phức tạp, mức độ khó cao hơn thì có đến 80% trở lên họcsinh vận dụng tốt phương pháp, còn khoảng 15% - 20% học sinh còn lúng túngtrong khâu thiết lập biểu thức tính công suất

XÁC NHẬN CỦA THỦ

TRƯỞNG ĐƠN VỊ

Thanh Hoá, ngày 6 tháng 7 năm 2020

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mìnhviết, không sao chép nội dung của ngườikhác

Trịnh Văn Hùng

18

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Vật lí 11 (Sgk – NXB Giáo dục 2006) – Lương Duyên Bình (Tổng Chủ biên),