Chuyên đề giúp các em học sinh có được phương pháp chuyển đổi mạch điện tương đương. Giúp các em dễ dàng giải được các bài toán có mạch điện phức tạp. Tài liệu đồng thời cũng giúp các thầy cô có được hệ thông các phương pháp chuyển đổi mạch điện phức tạp về mạch điện thông thường.
Trang 1THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN
Họ và tên: Cao Văn Thịnh Giới tính: Nam
Ngày tháng năm sinh: 17/04/1987
Trình độ chuyên môn: Đại học sư phạm Vật lí
Điện thoại: 0988.346.356
TÓM TẮT SÁNG KIẾN
1 Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến.
Khi dạy đội tuyển học sinh giỏi làm các bài tập Vật lí phần mạch điệnmột chiều, với các dạng bài tập có mạch điện tường minh học sinh làm bài rất
Trang 2tốt nhưng khi gặp phải dạng bài tập có chứa các mạch điện không tường minhhọc sinh rất lúng túng, không biết cách giải, không nhận biết được các dạngbài, không biết được cách mắc các điện trở Đứng trước thực tế đó tôi đã bănkhoăn suy nghĩ, tìm tòi và cuối cùng cũng hệ thống được một số dạng bài tập
về mạch điện không tường minh và đưa ra được phương pháp giải các dạngbài tập đó, đặc biệt là phương pháp biến đổi mạch điện không tường minh vềdạng mạch điện cơ bản, quen thuộc mà học sinh đã giải thành thạo
2 Điều kiện, thời gian, đối tượng áp dụng sáng kiến.
2.1 Điều kiện.
Để áp dụng được sáng kiến thì cần phải tham gia bồi dưỡng học sinhgiỏi bộ môn Vật lí khối 9 hay tham gia ôn luyện cho các học sinh muốn thivào các lớp chuyên Vật lí ở trường THPT chuyên
Chuẩn bị một số cuốn sách tham khảo, nâng cao, đề thi học sinh giỏi,
đề thi vào THPT chuyên có nội dung về biến đổi mạch điện tương đương
2.2 Thời gian.
Thời gian áp dụng sáng kiến từ năm học 2015 - 2016
2.3 Đối tượng áp dụng sáng kiến.
Học sinh giỏi bộ môn, học sinh thi vào các lớp chuyên lí của các trườngTHPT chuyên
3 Nội dung sáng kiến.
3.1 Tính mới, tính sáng tạo của sáng kiến.
+ Hệ thống các dạng bài tập Vật lí về mạch điện một chiều khôngtường minh thường gặp
+ Đưa ra phương pháp giải cụ thể cho các dạng bài về mạch điện khôngtường minh
+ Đưa ra được cơ sở để vẽ lại mạch điện một chiều không tường minhtrong các dạng bài đó
+ Sau mỗi dạng bài đều có những bài học rút ra
Trang 33.2 Khả năng áp dụng sáng kiến.
+ Sáng kiến được nghiên cứu và áp dụng thành công với học sinh giỏi
bộ môn Vật lí khối 9 tại trường tôi công tác nói riêng và có thể áp dụng chohọc sinh các trường khác trên địa bàn nói chung
+ Sáng kiến còn có thể dùng để ôn tập cho các học sinh muốn thi vàocác trường THPT chuyên
3.3 Lợi ích thiết thực của sáng kiến.
+ Giúp học sinh có hứng thú học tập bộ môn hơn qua đó hình thành chohọc sinh năng lực tự học, tự nghiên cứu
+ Giúp học sinh có kĩ năng giải quyết các bài toán về mạch điện khôngtường minh, đặc biệt là kĩ năng chuyển từ mạch điện không tường minh vềmạch điện cơ bản, quen thuộc từ đó học sinh dễ dàng làm các phần tiếp theocủa bài toán
+ Giúp giáo viên bồi dưỡng được phương pháp giảng dạy, nâng caokhả năng nghiên cứu tìm tòi và bồi dưỡng chuyên môn
4 Giá trị và kết quả đạt được của sáng kiến.
Trước khi chưa áp dụng sáng kiến chất lượng làm bài của đội tuyển họcsinh giỏi bộ môn Vật lí của tôi rất hạn chế, (năm học 2014 - 2015) cả 05 họcsinh đội tuyển của tôi đều không làm được bài toán về mạch điện một chiềukhông tường minh trong đề thi học sinh giỏi Mà dạng toán này thường cótrong đề thi học sinh giỏi huyện, tỉnh và thi vào các trường THPT chuyên
Sau khi áp dụng sáng kiến học sinh tiến bộ rõ rệt trong giải bài tập Vật
lí phần điện một chiều có mạch điện không tường minh Vì vậy, trong nhữngnăm qua nhà trường luôn có học sinh giỏi huyện bộ môn Vật lí Năm học
2015 - 2016 đội tuyển Vật lí xếp thứ hạng cao với những điểm số tuyệt đối(Đồng đội đứng thứ 1/19 trường trong huyện) Năm học 2016 - 2017 độituyển cũng dành thứ hạng cao trong huyện (Đồng đội đứng thứ 2/19 trườngtrong huyện)
5 Đề xuất và kiến nghị.
Trang 4Nhà trường cần quan tâm đáp ứng đủ các điều kiện về cơ sở vật chất,tăng cường mua tài liệu, sách tham khảo phục vụ cho việc dạy và học bộ môn.
Đối với Phòng giáo dục: Thường xuyên tổ chức các chuyên đề về bồidưỡng nâng cao chuyên môn nghiệp vụ cho giáo viên, nhất là các chuyên đề
về bồi dưỡng học sinh giỏi và các phương pháp giảng dạy hiện đại …
Tổ chức các buổi thảo luận, hướng dẫn viết sáng kiến và giới thiệu cácsáng kiến có chất lượng cao, ứng dụng nhiều trong thực tiễn
Trang 5MÔ TẢ SÁNG KIẾN
1 Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến:
Ở chương trình Vật lí 9 học sinh đã biết được các bài tập Vật lí cómạch điện đơn giản Tuy nhiên khi học sinh tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi
bộ môn Vật lí phần điện học thì học sinh gặp rất nhiều khó khăn khi giải cácbài tập có mạch điện không tường minh Hơn nữa bài tập mạch điện khôngtường minh có rất nhiều trong các đề thi: học sinh giỏi huyện, học sinh giỏitỉnh, thi vào lớp 10 THPT chuyên, …
Trong khi đó, từ thực tiễn giảng dạy tôi thấy học sinh hay bế tắc, lúngtúng về cách xác định để đưa mạch điện không tường minh về mạch điện đơngiản từ đó dẫn đến học sinh không có phương hướng giải và chưa có nhiềucách giải hay Lý do chủ yếu của các vấn đề trên là các em chưa có hệ thốngphương pháp giải dạng bài tập đó
Đứng trước thực trạng ấy, đòi hỏi giáo viên phải giúp các em tháo gỡkhó khăn, tạo hứng thú cho học sinh khi học tập và làm bài Muốn vậy giáoviên phải sớm hình thành phương pháp giải từng dạng bài tập, cần giúp họcsinh biết định hướng tìm lời giải theo các phương pháp hợp lý
Từ những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Một số phương pháp biến đổi tương đương mạch điện một chiều dùng trong bồi dưỡng học sinh giỏi”
nhằm giúp học sinh của mình nắm vững một số phương pháp giải mạch điệnkhông tường minh và qua đó các em hình thành các năng lực tư duy, tự lựchọc tập , kích thích sự sáng tạo tìm tòi, say mê học tập bộ môn của các em
2 Cơ sở lý luận của vấn đề:
Xuất phát từ nghị quyết TW 8 khóa XI mục tiêu Giáo dục trong giaiđoạn hiện nay là phải đổi mới căn bản, toàn diện theo hướng hiện đại, pháthuy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng củangười học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tậptrung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để học sinh tựcập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực, đào tạo ra con người
có trí tuệ phát triển, giàu tính sáng tạo và có tính nhân văn cao Để đào tạo ra
Trang 6lớp người như vậy thì phải bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo,năng lực tự học, tự giải quyết vấn đề, năng lực tự quản lý, năng lực giao tiếp,năng lực hợp tác, năng lực tính toán Từ đó tác động đến tình cảm và đem lạiniềm vui hứng thú học tập cho học sinh Xuất phát từ thực tế trong nhữngnăm gần đây đề thi học sinh giỏi cấp huyện, tỉnh, và thi vào THPT chuyênVật lí bao giờ cũng có một câu hoặc một số ý về giải bài tập phần điện mộtchiều có chứa mạch điện không tường minh, học sinh không có phương phápgiải sẽ gặp khó khăn hoặc không làm được khi gặp phải.
Dạy học giải bài tập Vật lí là một trong những vấn đề trọng tâm củadạy học môn Vật lí ở trường THCS Đối với học sinh thì biết giải bài tập Vật
lí không chỉ rèn cho học sinh kỹ năng, phương pháp học tập bộ môn mà cònrèn cho học sinh tư duy sáng tạo khi gặp các tình huống thực tiễn khác
Trong quá trình giảng dạy, người thầy cần rèn luyện cho học sinhnhững kỹ năng, phương pháp giải bài tập Vật lí, sự độc lập suy nghĩ một cáchsâu sắc, sáng tạo nhất Vì vậy đòi hỏi người thầy phải lao động sáng tạo, biếtrút ra kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy của mình và biết tìm tòi ra nhữngphương pháp mới và hay để dạy cho học sinh Từ đó học sinh được trau dồi tưduy lôgic, sự sáng tạo, hình thành năng lực thông qua việc giải các bài tập Vậtlí
3 Thực trạng của vấn đề:
Để đánh giá được khả năng của các em đối với việc giải các bài tậpmạch điện một chiều phức tạp, không thuộc mạch điện một chiều cơ bản,quen thuộc và có phương án tối ưu truyền đạt tới học sinh, tôi đã ra một đề thithử cho 05 em học sinh giỏi môn Vật lí được tuyển chọn vào đội tuyển họcsinh giỏi của trường năm học 2014 - 2015 như sau:
Bài 1 (5 điểm): Cho sơ đồ mạch điện như hình bên
Biết R1= R4 = 1 Ω ; R2= R3 = 3 Ω ; UAB= 6V
Tìm số chỉ của ampe kế
Trang 7R1 R2 R3 R4
Bài 2 (5 điểm): Cho mạch điện như hình dưới đây
Biết R1= 2 Ω ; R2= 4 Ω ; R3 = 9 Ω ; R4 = 5 Ω Tính điện trở tươngđương của mạch điện trên
Kết quả đạt được tôi thống kế như sau:
Dưới điểm 5 Điểm 5 đến dưới 8 Điểm 8 đến 10
Qua việc kiểm tra đánh giá tôi thấy học sinh không có phương phápgiải các bài tập về mạch điện một chiều nếu như mạch điện không có dạng cơbản đã học Lời giải thường dài dòng, không chính xác, đôi khi còn ngộ nhận.Cũng với những bài toán trên, nếu học sinh được trang bị các phương phápgiải sử dụng mạch điện tương đương chắc chắn việc học sinh giải các bài tậptrên trở nên dễ dàng hơn nhiều
4 Các giải pháp, biện pháp thực hiện:
4.1 Mục tiêu của giải pháp, biện pháp:
Chia sẻ kinh nghiệm với giáo viên dạy Vật lí THCS
Giúp học sinh biết cách định hướng và giải bài tập một cách ngắn gọnnhất
Phát huy trí lực, rèn luyện khả năng phân tích, xem xét bài tập Vật lídưới dạng đặc thù riêng lẻ
Tạo cho học sinh lòng ham mê, yêu thích học tập, bằng cách đưa racách thức chuyển từ mạch điện một chiều phức tạp thành mạch điện mộtchiều đơn giản, cơ bản, quen thuộc từ đó học sinh định hình ra phương phápgiải các bài tập Vật lí quen thuộc đó
Trang 8Mặt khác, khuyến khích học sinh tìm ra nhiều cách giải cho một bài tập
để cho học sinh nhìn nhận một vấn đề theo nhiều khía cạnh khác nhau, từ đótìm ra nhiều cách giải hay và phát triển bài tập Vật lí mới
Giúp học sinh tự tin khi giải bài tập Vật lí hoặc trong thi cử
Nâng cao chất lượng bộ môn Vật lí đặc biệt là chất lượng mũi nhọn củanhà trường
4.2 Các phương pháp thực hiện:
Đọc và nghiên cứu tài liệu tham khảo
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
Thực nghiệm sư phạm qua giảng dạy
Phương pháp so sánh đối chứng
Phương pháp điều tra phân tích, tổng hợp
Phương pháp thống kê
4.3 Nội dung và cách thực hiện:
4.3.1 Những vấn đề cơ bản về mạch điện, sơ đồ mạch điện và vẽ sơ
đồ mạch điện.
Để học sinh nắm được các phương pháp biến đổi mạch điện tươngđương, giáo viên cần cung cấp cho học sinh các kiến thức cơ bản sau:
4.3.1.1 Khái niệm chung về mạch điện và sơ đồ mạch điện:
4.3.1.1.1 Mạch điện, sơ đồ mạch điện là gì ?
Mạch điện bao gồm các bộ phận như: vật tiêu thụ điện, cái đóng ngắtmạch điện, dây dẫn, nguồn điện Vật tiêu thụ điện có thể là các dụng cụ hoạtđộng nhờ có dòng điện hoặc là các dây điện trở Năng lượng điện (hay điệnnăng) của nguồn được truyền tải tới vật tiêu thụ điện bởi các dây dẫn điện gọitắt là dây dẫn Để điều khiển việc cung cấp hoặc ngừng cung cấp điện cho vậttiêu thụ điện người ta dùng cái đóng ngắt điện gọi tắt là khoá Nguồn điện, vậttiêu thụ điện, khoá, dây dẫn nối với nhau tạo thành mạch điện
Tuy nhiên nhiều trường hợp không thể chụp ảnh hoặc vẽ lại mạch điệnthực (mạch điện của một khách sạn, mạch điện của tivi… ) thì ta phải dùngđến sơ đồ mạch điện Sơ đồ mạch điện thể hiện chính xác, đầy đủ các mạch
Trang 9điện và có thể căn cứ vào đó để lắp ráp hay sửa chữa với mạch điện thực Sơ
đồ mạch điện là hình vẽ sử dụng các kí hiệu quy ước để biểu diễn một mạchđiện, một mạng điện hay một hệ thống điện
Sơ đồ mạch điện tương đương là sơ đồ mạch điện đã được vẽ lại từ sơ
đồ đã cho trong đó thấy được mối liên hệ giữa các thiết bị điện một cách rõràng
4.3.1.1.2 Những kí hiệu cơ bản thường dùng trong sơ đồ mạch điện:
- Mạch hở: Nếu có chỗ bị ngắt quãng ( khoá K mở ) thì mạch bị hở,trong mạch không có dòng điện
- Đoạn mạch nối tiếp: giữa các thiết bị điện hay điện trở có một điểmchung nếu gỡ bỏ một thiết bị thì mạch sẽ hở
+ Ví dụ về đoạn mạch gồm hai điện trở mắc nối tiếp:
- Đoạn mạch song song: hai thiết bị hoặc điện trở có nhiều nhất haiđiểm chung gỡ bỏ một trong hai thiết bị hoặc điện trở thì mạch vẫn kín
Trang 10R2 R1
+ Ví dụ về đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song:
2 Nếu khóa K mở bỏ tất cả các thứ nối tiếp với khoá K về cả hai phía
3 Nếu khoá K đóng thay khoá K bằng dây nối (có điện trở không đáng
kể nên bỏ qua Rdây)
4 Nếu đoạn dây nối song song với một đoạn mạch thì đoạn mạch đó bịnối tắt, ta loại đoạn mạch đó ra khỏi sơ đồ
5 Nếu ampe kế có điện trở bằng 0 thì trong sơ đồ ta coi ampe kế là dâynối Bởi vậy :
+ Khi ghép nối tiếp vào mạch thì nó chỉ dòng điện qua mạch đó
+ Nếu ampe kế mắc song song với một điện trở thì điện trở đó bị nối tắt
ta bỏ ra khỏi sơ đồ
6 Nếu RA khác 0 thì ta coi ampe kế là một điện trở
7 Nếu điện trở của vôn kế vô cùng lớn thì :
+ Tháo vôn kế ra khỏi sơ đồ khi vẽ sơ đồ tương đương
+ Những điện trở bất kì khi ghép nối tiếp với vôn kế thì coi như dây nốicủa vôn kế
8 Nếu vôn kế có điện trở RV không quá lớn thì ta coi vôn kế là điện trở
4.3.2.2 Tiến hành vẽ lại mạch điện:
Trang 11R1 R2 R3 R4
R3 R4
- Mạch điện không tường minh là mạch điện không được cấu tạo từ cácmạch điện cơ bản (nối tiếp hay song song) Để chuyển thành mạch điện cơbản ta dùng các quy tắc chuyển mạch:
Quy tắc 1: Chập các nút của mạch có cùng điện thế Quy tắc này áp dụng cho các trường hợp sau:
- Các nút của mạch có tính chất đối xứng với đoạn mạch cần xét
- Điện trở giữa hai nút bằng 0 (nối bằng dây dẫn; nối bằng ampe kế cóđiện trở không đáng kể) Ta áp dụng các bước sau:
+ Bước 1: Đặt tên cho các điểm nút trong mạch điện
+ Bước 2: Tìm trên mạch điện các điểm có điện thế bằng nhau để chậpcác điểm đó lại với nhau
+ Bước 3: Xác định điểm đầu và điểm cuối của mạch điện
+ Bước 4: Liệt kê các điểm nút của mạch điện theo hàng ngang
+ Bước 5: Lần lượt từng điện trở nằm giữa hai điểm nào thì đặt cácđiện trở vào giữa hai điểm đó
+ Bước 6: Vẽ lại mạch điện (nếu cần)
Ví dụ: Vẽ lại sơ đồ đoạn mạch sau:
Quy tắc 2: Bỏ qua đoạn mạch
Quy tắc này áp dụng cho các trường hợp:
- Đoạn mạch có tính đối xứng;
Trang 12R5
R2 A
B C
- Mạch cầu Mạch cầu đủ (tổng quát)
Mach cầu không cân bằng
Mạch cầu khuyết
+ Dấu hiệu để nhận biết các loại mạch cầu:
* Mạch cầu cân bằng.
- Khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy I5 = 0
- Đặc điểm của mạch cầu cân bằng
* Mạch cầu không cân bằng.
- Khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy I5 khác 0
- Khi mạch cầu không đủ 5 điện trở thì gọi là mạch cầu khuyết
Ta dùng các phương pháp sau:
Cách 1 Phương pháp điện thế nút.
Trang 13Biến đổi thành sơ đồ mạch điện tương đương
Từ sơ đồ mạch điện ban đầu
Giải quyết các nội dung trong sơ đồ tương đương
Trở về sơ đồ mạch điện ban đầu
Đánh dấu các điểm trong
*Phương pháp chung
+ Chọn 2 hiệu điện thế bất kì làm 2 ẩn
+ Sau đó tính các hiệu điện thế còn lại theo 2 ẩn đã chọn
+ Giải hệ phương trình theo 2 ẩn đó
Cách 2 Đặt ẩn là dòng.
*Phương pháp chung
+ Chọn 1 dòng bất kì làm ẩn
+ Sau đó tính các dòng còn lại theo ẩn đã chọn
+ Giải phương trình theo ẩn đó
Cách 3 Dùng phương pháp chuyển mạch:
*Phương pháp chung:
+ Chuyển mạch sao thành mạch tam giác và ngược lại
+ Vẽ lại mạch điện tương đương, rồi dụng định luật ôm, tính điện trởtoàn mạch, tính các dòng điện qua các điện trở
+ Ta có thể dùng phương trình dòng điện tại các nút hoặc phương trìnhhiệu điện thế theo các vòng để giải quyết bài toán
4.3.3 Quy trình giải quyết các bài toán về mạch điện không tường minh có sử dụng sơ đồ mạch điện tương đương.
4.3.4 Quy trình vẽ sơ đồ mạch điện tương đương.
14
Trang 14Chập các điểm trong mạch
có cùng điện thế
Bỏ bớt các đoạn mạch không có dòng điện chạy qua
Dò mạch từ hai cực củanguồn điện dò lại
Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương hoàn thiện
4.3.5 Một số dạng toán thường gặp:
4.3.5.1 Biến đổi tương đương mạch điện để tính nhanh điện trở của một đoạn mạch.
*Cơ sở lí thuyết – phương pháp giải:
- Dựa vào các công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch nốitiếp và song song
+ Với đoạn mạch nối tiếp: Rtđ = R1 + R2 + … (Điện trở tương đươngluôn lớn hơn điện trở thành phần)
+ Với đoạn mạch song song: 1 2
Trang 15R1= 6Ω - tương đương với 4 điện trở R0 mắc song song
R2= 4Ω - tương đương với 6 điện trở R0 mắc song song
R3 = 12Ω - tương đương với 2 điện trở R0 mắc song song
R4 = 3Ω - tương đương với 8 điện trở R0 mắc song song…
Tương tự dễ dàng ta tính được mạch điện tương đương với đoạn mạchgồm 60 điện trở R0 mắc song song
Điện trở tương đương của mạch điện là: RAB = R0 : 60 = 24 : 60 = 0,4Ω
* Bài học rút ra:
+ Rõ ràng nếu không biến đổi tương đương mạch điện thì việc tính điệntrở tương đương của đoạn mạch trên theo cách thông thường là vô cùng khókhăn và phức tạp nếu mạch quá nhiều điện trở
+ Việc áp dụng biến đổi tương đương mạch điện để tính điện trở tươngđương cho ta cách giải nhanh chóng và dễ dàng rất nhiều
4.3.5.2 Biến đổi tương đương để xây dựng một đoạn mạch theo yêu cầu
*Cơ sở lí thuyết – phương pháp giải:
- Đoạn mạch gồm các điện trở mắc nối tiếp bao giờ điện trở tươngđương cũng lớn hơn điện trở thành phần Đoạn mạch gồm các điện trở mắcsong song bao giờ điện trở tương đương cũng nhỏ hơn điện trở thành phần
