(THCS) hướng dẫn học sinh sử dụng hiệu quả công thức vật lí 9 chương i điện học

Với việc thực hiện mục tiêu giáo dục bậc THCS là: “phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh phù hợp với đặc điểm của từng môn học, từng lớp học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. Do vậy mỗi giáo viên phải hình thành được cho học sinh một phương pháp học tập phù hợp thật sự có hiệu quả.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lâp - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

“HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG THỨC

VẬT LÍ 9 CHƯƠNG I ĐIỆN HỌC”

Người thực hiện:

Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: Trường THCS

, tháng 4 năm 2019

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi: Hội đồng chấm sáng kiến Huyện

Tôi ghi tên dưới đây:

tháng năm sinh

Nơi công tác

Chức danh

Trình độ chuyên môn

Tỷ lệ (%) đóng góp vào việc tạo

ra sáng kiến

1 THCS

Giáo viên

Đại Học Toán

100%

Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: “ Hướng dẫn học sinh sử dụng hiệu

quả công thức Vật lí 9 Chương I Điện Học”

1 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến:

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục và đào tạo – Bộ môn Vật lí 9

3 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 20/8/2019

4 Mô tả bản chất của sáng kiến:

4.1 Sự cần thiết của việc thực hiện sáng kiến.

Với việc thực hiện mục tiêu giáo dục bậc THCS là: “phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh phù hợp với đặc điểm của từng môn học, từng lớp học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” Do vậy mỗi giáo viên phải hình thành được cho học sinh một phương pháp học tập phù hợp thật sự có hiệu quả

Vật lí là môn học đòi hỏi ở người học sự liên hệ thực tế rất cao Khi nghiên cứu một đơn vị kiến thức nào đó, học sinh đều phải bắt đầu từ nghiên cứu lí

thuyết, tiến hành thí nghiệm, rút ra quan hệ giữa các đại lượng vật lí để xây dựng công thức sau đó áp dụng làm bài tập Như vậy để học tốt môn vật lí thì đòi hỏi học sinh phải thực hiện đầy đủ, sáng tạo các bước nêu trên Thí nghiệm vật lí không chỉ làm cho học sinh dễ dàng tiếp thu bài, có hứng thú trong học tập mà còn làm cho học sinh tin tưởng vào khoa học Tuy nhiên bài tập lại có tác dụng đánh giá mức độ tiếp thu bài của học sinh, giúp học sinh hiểu hơn phần kiến thức

đã học Đối với chương Điện học thì việc nắm vững kiến thức, nhớ công thức và

biến đổi thành thạo công thức là rất cần thiết, vì có những đơn vị kiến thức để tính được một đại lượng có nhiều công thức có thể dùng để tính toán để tìm ra lời giải, nhưng đây lại là điều khó khăn đối với học sinh Phần lớn học sinh thường bối rối không biết nên sử dụng công thức nào là chính xác, công thức nào là đem lại kết quả nhanh nhất Ngoài ra khi làm bài tập học sinh cũng chưa biết cách phân loại dạng bài, với những bài toán mạch hỗn hợp học sinh thường hay nhầm lẫn, chưa biết cách phân tích để tìm ra hướng giải nên các em sẽ cảm thấy khó, thấy giờ bài tập sẽ không hứng thú bằng giờ lý thuyết, và học sinh sẽ không chăm làm bài tập Đó chính là lý do để tôi nghiên cứu, tìm hiểu về các công thức vật

lí, tìm hiểu về mối quan hệ giữa các đại lượng để có thể biết cách áp dụng công thức cho từng loại bài tập

4.2 Thực trạng của vấn đề.

Những bài tập về mạch điện ở chương 1 Điện học vật lý 9, nếu ta chỉ xét đơn thuần mạch nối tiếp hoặc song song cho hai hoặc ba điện trở thì xem như đơn giản nhưng khi mạch có từ ba điện trở mắc lồng giữa nối tiếp với song song, hoặc mắc thêm các thiết bị đo điện thì đây lại là sự khó khăn đối với học sinh Nhất là các học sinh ở mức độ trung bình hoặc trung bình khá Mức độ cao hơn là mạch nối tiếp với bóng đèn có công suất định mức và hiệu điện thế định mức cho trước hoặc nối tiếp với một đoạn dây có chiều dài, tiết diện và điện trở suất hoặc nối tiếp với một biến trở Với những loại mạch phức tạp như vậy và cả một dãy công thức áp dụng thì kể cả khi học sinh đã nắm chắc các công thức của các loại đoạn mạch mà không biết kết hợp, lựa chọn công thức phù hợp thì cũng không thể giải được

bài tập Trong khi số tiết bài tập quá ít so với dung lượng kiến thức, giáo viên cũng không thể truyền đạt hết cho dù rất muốn làm điều này

Nên từ thực tế giảng dạy tôi thấy khi làm bài tập trong chương Điện học thì phát sinh ra những mâu thuẫn như Có quá nhiều công thức để tính toán cho một đại

lượng ví dụ như khi học song tiết 11- Bài 9: Sự phụ thuộc của điện trở vào vật

liệu làm dây dẫn có đến 6 công thức tính điện trở R xuất hiện: đó là

I

U

R  (1) 1 2

1 2

td

R R R

R R



 (3)

2

1 2

1

R

R U

U

 (5)

R = R1 + R2 (2)

s

l

R  (4)

1

2 2

1

R

R I

I

 (6)

Học sinh sẽ không biết sử dụng công thức nào là chính xác Ngoài ra cũng

có nhiều đại lượng khác cũng có rất nhiều cách tính gây nhiễu cho học sinh

Sau khi học song Tiết 15- Bài 12: Công suất điện thấy còn xuất hiện thêm

hai công thức tính điện trở nữa là:

R = (5) I2

P

R 

(6)

Nên nếu có một bài tập yêu cầu học sinh tính giá trị điện trở chắc chắn học sinh sẽ thấy khó khăn trong việc lựa chọn công thức để tính

Ngoài ra còn nhiều học sinh thắc mắc tại sao điện năng A lại được tính bằng công thức A = I2.R.t mà nhiệt lượng Q cũng tính là Q = I2Rt

Hoặc như với các công thức

2

1 2

1

R

R U

U

 và

1

2 2

1

R

R I

I

 học sinh thường hay

nhầm lẫn khi nào thì sử dụng dụng công thức

2

1 2

1

R

R U

U

 , khi nào thì sử dụng công

thức

1

2

2

1

R

R

I

I

 Và còn rất nhiều những công thức để dùng cho từng loại mạch điện

mà học sinh rất dễ lẫn lộn

Do có quá nhiều công thức được sử dụng nên học sinh không biết lựa chọn công

thức nào để áp dụng, dẫn đến học sinh gặp khó khăn trong việc giải bài tập vật lý

4.3 Các giải pháp cụ thể đã tiến hành để giải quyết vấn đề.

4.3.1 Về phía giáo viên.

Giáo viên phải tạo được sự hứng thú và niềm tin học tập của học sinh bằng chính năng lực của mình trong quá trình dạy môn vật lí nói chung và chương Điện học nói riêng Phải xét xem mình đang truyền đạt tới đối tượng học sinh nào: khá, giỏi hay trung bình, yếu để đưa ra các ví dụ áp dụng phù hợp Song trên hết với giáo viên đó là nội dung kiến thức cần truyền đạt phải ngắn gọn dễ hiểu,

hệ thống công thức rõ ràng có phân loại cho từng trường hợp, và sau đó là nhiều

ví dụ tương tự để minh hoạ

Đối với môn Vật lí 9 nhất là chương Điện học do có quá nhiều công thức nên giáo viên phải thường xuyên hệ thống lại, chỉ ra những sai lầm của học sinh thường mắc phải khi lựa chọn công thức, đặc biệt khi dạy về một công thức giáo viên phải chỉ rõ bản chất của mỗi đại lượng vật lí trong công thức, phải nêu được mối quan hệ phụ thuộc giữa các đại lượng có như vậy học sinh mới không bị nhầm lẫn khi lựa chọn công thức vào giải bài tập

4.3.2 Về phía học sinh.

Học sinh là trung tâm của quá trình lĩnh hội tri thức mới Chính vì vậy mà

để học sinh có thể làm tốt bài tập vật lí trong chương I này các em cần thực hiện những việc sau:

1 Đọc kĩ đầu bài toán

2 Tóm tắt đầy đủ đầu bài

3 Phân tích cấu trúc mạch điện

4 Lựa chọn công thức sử dụng

5 Thực hiện giải bài tập

Bước 4 là một bước quan trọng không kém các bước khác vì nếu chọn sai công thức thì học sinh sẽ đi vào sự bế tắc

4.3.3 Các giải pháp cụ thể.

+ Hệ thức của định luật Ôm.

Hệ thức của định luật Ôm là một công thức quan trọng và cần thiết nên giáo viên phải chỉ rõ cho học sinh biết mối liên hệ giữa các đại lượng trong công thức

R

U

I  (1)

từ biểu thức trên ta suy ra :

I

U

R  (2) và U  IR (3)

Về mặt toán học thì ba công thức trên là tương đương nhau và nói lên sự tương quan của ba đại lượng: I, U và R

Về mặt vật lí học thì chỉ có công thức (1) là biểu thức của định luật ôm

Được phát biểu là: Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỷ lệ thuận với hiệu

điện thế giữa hai đầu dây , tỷ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn.

Công thức (2) được suy ra từ công thức (1) nhưng không được coi là hệ thức của định luật Ôm, mà công thức này chỉ cho phép ta tính được điện trở của một dây dẫn khi ta biết hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I chạy trong dây Nhưng về mặt vật lí không thể phát biểu rằng công thức (2) nói lên sự phụ thuộc của R vào U và I Điều này đa số học sinh đều nhầm lẫn vì cho rằng khi hiệu điện thế (U) tăng thì điện trở (R) cũng tăng Điện trở của dây dẫn là một đặc trưng của dây dẫn, nó không phụ thuộc vào U và I chẳng hạn, khi không đặt một hiệu điện thế nào vào hai đầu dây (U = 0) và không có dòng điện nào chạy trong dây (I

= 0) thì dây dẫn vẫn có một điện trở R xác định

Công thức (3) cho phép tính được hiệu điện thế U giữa hai đầu dây dẫn khi

đã biết điện trở của dây và cường độ I của dòng điện chạy trong dây

Về mặt vật lí, không thể phát biểu rằng nó nói lên sự phụ thuộc của U vào

I và R Hiệu điện thế U có thể biến đổi một cách độc lập, chỉ có I phụ thuộc vào

U, chứ U không phụ thuộc vào I Giữa U và R không có quan hệ phụ thuộc nào

cả Như vậy khi dạy phần này giáo viên cần lưu ý làm rõ để học sinh không hiểu

sai vấn đề

Nhưng điều trên nghe có vẻ mâu thuẫn với nhận xét sau (trong đoạn mạch

có các điện trở mắc nối tiếp thì hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở tỉ lệ thuận với điện trở đó (tức là nếu R tăng thì U tăng)

Có hệ thức

2

1 2

1

R

R U

U

 (4) ở đây giáo viên phải chỉ rõ công thức (3) nói về mối quan hệ của các đại lượng U, I, R toàn mạch hoặc chỉ của một điện trở, còn công thức (4) chỉ sử dụng trong đoạn mạch có hai điện trở mắc nối tiếp và lưu ý học sinh ở đây U1, U2 là hiệu điện thế ở hai đầu mỗi điện trở và R1 và R2 là giá trị của hai điện trở mắc nối tiếp

Ở đây giáo viên cần lưu ý cho học sinh hệ thức

R

U

I  được dùng khi tính I toàn mạch nếu biết U và R toàn mạch, tính U toàn mạch nếu biết I, R toàn mạch,

tính R toàn mạch khi biết U, I toàn mạch Còn công thức

1

1 1

R

U

I  thì lại dùng để tính cường độ dòng điện qua điện trở R1 khi biết U ở hai đầu R1, và giá trị R1

+ Công thức dùng trong mạch nối tiếp, song song, hỗn hợp

Những bài tập nếu ta chỉ xét đơn thuần mạch nối tiếp hoặc song song cho hai hoặc ba điện trở thì xem như đơn giản nhưng khi mạch có từ ba điện trở mắc lồng giữa nối tiếp với song song, hoặc mắc thêm các thiết bị đo điện thì đây lại là

sự khó khăn đối với học sinh Do vậy khi dạy phần này tôi luôn hệ thống lại các công thức của mạch nối tiếp và song song, để học sinh so sánh và ghi nhớ

Đoạn mạch nối tiếp: (R1nt R2)

I = I1 = I2 (1)

U = U1 + U2 (2)

Rtd = R1 + R2 (3)

Đoạn mạch song song: ( R1//R2)

I = I1 + I2 (1)

U = U1 = U2 (2)

2

1 2

1

R

R U

U

 (4)

2 1

2

1

R R

R R

R td



1

2 2

1

R

R I

I

• Đoạn mạch hỗn hợp:

R1 nt ( R2 // R3 )

I= I1 = I 23 = I3 + I2

U= U1 + U23 (mà U23 = U2 = U3 )

Rtd = R1 + R23 ( mà

3 2

3 2 23

.

R R

R R R



 ( R1 nt R2 ) // R3

I= I12 + I3 ( mà I12 = I1 = I2 )

U= U12 = U3 (mà U12 = U1 + U2 )

3 12

3

12

R R

R R

R td



( mà R12 = R1 + R2 ) Khi sang đến dạng bài tập có mạch điện mắc hỗn hợp học sinh sẽ lúng túng không biết sử dụng công thức như thế nào Giáo viên cần hướng dẫn học sinh một cách tỉ mỉ, cách lựa chọn công thức cho phù hợp Xét bài toán sau:

Bài toán 1:

Cho mạch điện như hình vẽ:

R1 = 3; R2 = 6; R3 = 12; UAB = 12V

1 Tính điện trở tương đương của toàn mạch

2 Tính cường độ dòng điện qua từng điện trở

3 Tính hiệu điện thế ở hai đầu các điện trở

Với việc lần đầu tiên giải bài toán mạch điện hỗn hợp như thế này, học sinh lúng túng trong việc chon công thức để tính Vì vậy giáo viên cần hướng dẫn học sinh phân tích cấu trúc mạch điện, sau đó mới lựa chọn công thức cho từng nhánh (đoạn mạch)

a Mạch điện trên có cấu trúc như sau R1 nt ( R2 // R3 ) nên để tính điện trở

+

R

3

_

A

R

2

R

1

A

toàn mạch ta phải tính điện trở tương đương của đoạn mạch có R2 // R3 trước vì đây là đoạn mạch mắc song song nên ta sẽ dùng công thức cho đoạn mạch song song

4

18

72 12 6

12 6

3 2

3 2 3 ,









R R

R R

Do R1 nt (R2 // R3) mà ta đã tìm được điện trở tương đương của hai điện trở

R2 và R3 nên có thể viết cấu trúc toàn mạch là: R1 nt R2,3 đến đây ta lại áp dụng công thức của đoạn mạch nối tiếp có Rtđ = R1 + R2,3 = 3 + 4 = 7 

b, Vì mạch có R1 nt (R2 // R3) nên R1 được mắc nối tiếp trong mạch do đó

I qua R1 cũng là I toàn mạch vậy ta chỉ cần tìm được I toàn mạch là Vậy I toàn mạch được tính bằng công thức nào?

Cường độ dòng điện qua R1 và của toàn mạch là I1 = I

tđ

R

U

 = 1 , 7A

7

12



Vì đến điểm C dòng điện rẽ làm 2 nhánh song song nên tổng cường độ dòng điện

ở 2 nhánh ấy bằng I1 nên trước hết phải tìm được U2,3 bằng cách tính

1

1 1

R

U

I   U1 = I1.R1 = 1,7.3 = 5,1V

U2,3 = U – U1 = 12 - 5,1 = 6,9 V Vậy chỉ còn I2, I3 là chưa biết ở đây để tính I cho duy nhất 1 điện trở nên

dùng công thức của định luật ôm 1 , 15

6

9 , 6

2

2

2   

R

U

R

U

12

9 , 6

3

3

3   

+ Các công thức tính điện trở.

Khi học song bài điện trở của dây dẫn có đến 4 công thức xuất hiện để tính điện trở R: đó là

1,

I

U

R  2, R = R1 + R2 3,

2 1

2

1

R R

R R R



 4,

s l

R 

nên để nhận biết khi nào dùng công thức (1), khi nào dùng công thức (2), (3) học

sinh rất hay lẫn lộn, giáo viên phải lưu ý học sinh CT 1:

I

U

R  để tính điện trở

toàn mạch nhưng nếu viết

1

1

1 I

U

R  thì lại là để tính giá trị của một điện trở Còn

công thức R = R1 + R2 cũng dùng để tính điện trở toàn mạch nhưng chỉ dùng

cho mạch nối tiếp, từ công thức này ta cũng tính được các giá trị điện trở thành

phần R1= R- R2 , R2 = R - R1

Công thức

2 1

2

1

R R

R R R



 dùng để tính điện trở tương đương của mạch có hai điện trở mắc song song

Công thức

s

l

R  chỉ dùng để tính điện trở của dây dẫn mà trên đoạn dây dẫn đó không có mắc một dụng cụ hay thiết bị điện nào

Ngoài ra còn có rất nhiều công thức có xuất hiện R và từ đó có thể tính giá trị của điện trở như:

P = I 2 R ; P =

R

U2

; A = I2.R.t ; Q = I2Rt ; A = t

R

U2

nhưng những công thức này chỉ đúng trong trường hợp dụng cụ điện có thể biến đổi hoàn toàn điện năng thành nhiệt năng như dây tóc bóng đèn, bàn là, nồi cơm điện

+ Điện trở suất của một dây dẫn.

S

l

R  (5)

S

l

R. (6)

Trong quá trình dạy học ta nên chuyển từ công thức (5) về dạng công thức (6) để học sinh thuận tiện trong quá trình tính toán, nhưng cần lưu ý:

Về mặt toán học thì hai công thức trên là tương đương nhau, ta có thể sử dụng cả hai công thức để tìm các đại lượng có mặt trong công thức



RS

l  ;

R

l

S . ;

l

RS





Nhưng về mặt vật lí thì công thức (6) cho thấy R tỷ lệ thuận với chiều dài dây dẫn, tỷ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn, nhưng nếu cho nó cũng tỷ lệ thuận với điện trở suất ( ) điều đó là không chính xác vì điện trở suất của dây dẫn là một đặc trưng của dây dẫn, với mỗi loại dây thì điện trở suất là một hằng số Vì vậy khi dạy học sinh giáo viên cần nói rõ để học sinh không bị nhầm lẫn

+ Công suất điện.

Công thức tính công suất điện của một dụng cụ điện (hoặc một đoạn mạch):

P = UI (7)

Ta dễ dàng biến đổi công thức trên thành:

P = I 2 R (8) P =

R

U2

(9) P = A t (10) Tuy nhiên khi dạy học sinh ta cần lưu ý: công thức (8) và (9), đối với một mạch điện chỉ thường dùng khi trong mạch điện có sự chuyển hoá gần như hoàn toàn điện năng thành nhiệt năng Điều đó chỉ xảy ra trong bóng đèn dây tóc hoặc bếp điện, không xảy ra trong bóng đèn phát quang và trong quạt máy vì vậy hai công thức trên không áp dụng được đối với bóng đèn phát quang và quạt máy

Trái lại công thức (7) và (10) có thể áp dụng trong mọi trường hợp đối với đèn dây tóc cũng như đối với quạt điện

+ Công của dòng điện:

Có đến 4 công thức tính công của dòng điện ,

A = U.I.t (11); A = P t (12); A = t

R

U2

(13); A = I2.R.t (14) nên học sinh sẽ rối không biết chọn công thức nào để dùng, giáo viên nên lưu ý học sinh công

thức (11), (12) dùng cho tất cả các trường hợp Còn công thức (13), (14) cũng chỉ

dùng cho trường hợp đoạn mạch đó có sự chuyển hoá toàn bộ điện năng thành nhiệt năng