SKKN Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9

SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9 SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9 SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

Khoa khọc kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ và hiện đại, đất nước luôncần có những con người để nắm bắt, vận dụng và phát triển nền khoa học mới mộtcách chủ động, sáng tạo Vì vậy, việc đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiếtđặc biệt là bộ môn Vật Lý - Là môn khoa học thực nghiệm, đã được toán học hoá ởmức độ cao, nên nhiều kiến thức và kỹ năng toán học được sử dụng rộng rãi trongviệc 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 tựhọc 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 luậtVật lý, biết phân tích và ứng dụng chúng vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp dùgiáo viên có cố gắng trình bày rõ ràng, hợp lô gíc, phát biểu định nghĩa, định luậtchính xác, làm thí nghiệm đúng phương pháp và có kết quả thì đó mới là điều kiệncần 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 trìnhcông tác, qua học hỏi đồng nghiệp… tôi rút ra được một phương pháp dạy đạt hiệuquả 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 mạch điện có sử dụng biến trở - Môn Vật lý 9"

Để thực hiện được điều đó trước hết người giáo viên phải có đủ kiến thức, có sựsay mê nghề nghiệp, có tấm lòng tận tụy với học sinh Với mỗi bài dạy giáo viênphải nghiên cứu kỹ sách giáo khoa, để hiểu được dụng ý của từng mục trong sáchgiáo 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 viênnâng 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, nănglực cho học sinh này

PHẦN II NỘI DUNG

I THỰC TRẠNG:

Học sinh đại trà đa số nhận thức đều có hạn, nên khi giải các dạng bài tập vật líthường ít hiểu rõ về bản chất của nó Đặc biệt là việc định hướng và tìm ra phươngpháp giải cho bài tập đó là rất quan trọng

Qua khảo sát thực tế ở trường trung học cơ sở v nhu c u ham thích h c, về nhu cầu ham thích học, và ầu ham thích học, và ọc, và à

ch t lất lượng học Vật lí như sau: ượng học Vật lí như sau:ng h c V t lí nh sau:ọc, và ật lí như sau: ư

1

Nhu cầu ham thích học Vật lí

Chất lượng giải các bài tập Vật lí

3 Biết giải các bài tập, hiểu đúng bản chất 15 %

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 kiếnthức 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 cuộcsống, kĩ thuật

II CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG KHI GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

Mục tiêu cần đạt tới khi giải bài tập Vật lý là tìm được câu trả lời đúng đắn,giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ Quá trình giải mộtbài toán Vật lý thực chất là tìm hiểu điều kiện bài toán, xem xét hiện tượng Vật lýđược đề cập và dựa trên kiến thức Vật lý, Toán học để nghĩ tới những mối liên hệ cóthể qua các đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm Sao cho có thể thấy được đạilượng 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 giảiquyết 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 đồđịnh hướng các bước chung của tiến trình giải một bài toán Vật lý Đó là cơ sở đểgiáo viên xác định phương pháp hướng dẫn học sinh.

III PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN MẠCH ĐIỆN CÓ BIẾN TRỞ.

1 Các bước giải bài tập:

a Bước thứ nhất:

- Tìm hiểu đề bài

- Đọc ghi tóm tắt các dữ liệu xuất phát và xác định vấn đề phải tìm

- Mô tả lại vấn đề được nêu trong đề bài, vẽ hình minh hoạ (nếu cần)

- Dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết (nếu đề bàiyêu cầu)

- Kiểm tra, xác nhận kết quả.

- Để xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một sốcách sau đây:

+ Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa?

+ Kiểm tra lại xem tính toán và kết quả có đúng không?

+ Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

3

+ Có thể kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không?

2 Xây dựng lý thuyết về biến trở:

a) Khái niệm về biến trở:

Biến trở là điện trở có thể thay đổi trị số và có thể được sử dụng để điều chỉnh

cường độ dòng điện trong mạch (trang 29 SGK Vật lý 9).

b) Có nhiều dạng bài tập có sử dụng biến trở Song phân làm các dạng bài tập

cơ bản sau::

Dạng 1: “Cấu tạo của biến trở”.

Dạng 2: “Cách mắc biến trở vào mạch điện”.

Dạng 3: “Biến trở được mắc nối tiếp với phụ tải”.

Dạng 4: “Biến trở được mắc vừa nối tiếp, vừa song song”.

D

C

B A

-N M

C

C

B A

N M

R

+

-NM

A

-Biến trở thường làm bằng dây dẫn có điện trở lớn Để cho gọn thì người ta thường quấn trên một lõi cách điện Khi thay đổi trị số của biến trở thì chỉ cần thay đổi chiều dài của dây làm biến trở.

-Áp dụng công thức tính điện của dây dẫn, định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp và song song.

125 , 0

12 10 43 , 0

Điều kiện bài toán như trên

Biến trở mắc nối tiếp với bóng đèn có ghi (12V- 6W) vào nguồn điện có hiệuđiện thế không đổi U = 18V Tính giá trị điện trở của biến trở cần điều chỉnh để đènsáng bình thường?

Bài 1.3: (Mở rộng bài 1.2)

Điều kiện bài toán như trên

Khi điều chỉnh biến trở Rb = 6Ωm Tính điện trở lớn nhất của biến trở? Tính công suất của biến trở và điện năng cảmạch tiêu thụ trong 10 phút?

Phạm vi điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch của biến trở?

5

I = U/ R = 0,6 (A) Công suất trên biến trở:

Pb = I2Rb = 2,16 (W) Điện năng tiêu thụ cả mạch trong 10 phút (600s):

-Cách mắc vào mạch điện có thể mắc nối tiếp, mắc song song, hoặc vừa nối tiếp vừa song song với phụ tải.

Bài 2.1.

Để bóng đèn Đ(6V - 6W) sử dụng được ở nguồn điện có hiệu điện thế không đổi

U = 12V, người ta dùng thêm một biến trở con chạy có điện trở Rb Hãy vẽ sơ đồmạch điện các cách mắc để đèn có thể hoạt động được?

A C B

Điện năng hao phí trên mạch

điện chủ yếu là nguyên nhân

nào?

So sánh trên 2 sơ đồ?

Điện năng hao phí trên mạch điện là phần điệnnăng chuyển thành nhiệt trên biển trở (RBC), nhiệtnăng này tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòngđiện qua biến trở Ở sơ đồ 1 có điện trở tương đươngcủa mạch điện lớn hơn nên dòng điện qua biến trở cócường độ nhỏ hơn (do U không đổi và RCB khôngđổi) nên cách mắc ở sơ đồ 1 sẽ ít hao phí điện nănghơn

Bài 2.3 (Mở rộng bài 2.1)

Biến trở trên có điện trở toàn phần RAB = 20 Tính phần điện trở RCB của biếntrở trong mỗi cách mắc trên để đèn có thể hoạt động được? (bỏ qua điện trở của dâynối)

Phương pháp giải sẽ được

giới thiệu tương tự ở bài 4.1

Sơ đồ 1:

RĐ = U2

Đđm/ PĐđm = 62 /6 = 6 ()

IĐ = UĐđm/ RĐ = 6 /6 = 1 (A) => R = U/ I= U/ IĐ = 12 /1 = 12 ()

+

Hai bóng đèn có ghi (9V- 12W) và (6V-9W) và nguồn điện có hiệu điện thếU=15V Nếu hai bóng đèn được mắc nối tiếp nhau thì hiệu điện thế lớn nhất củađoạn mạch là bao nhiêu để hai đèn không bị hỏng?

* Cường độ dòng điện định mức của mỗi đèn:

Ib = I Đ2 - IĐ1 = 1,5 - 1,33 = 0,17 (A) Giá trị của biến trở

N _-

M +

Rb = Ub/ Ib = 9 / 0,17 =53 ()

Bài 2.6: (Tương tự bài 2.4 )

Có hai bóng đèn có ghi : Đ1( 12V- 12W) và Đ2(6V-9W) và nguồn điện có hiệuđiện thế không đổi U = 18V

a Tính cường độ dòng điện định mức của các đèn ? Để hai đèn sáng bình thườngkhi mắc vào hiệu điện thế U như trên thì ta phải mắc thêm vào mạch một biến trở Rb

thì biến trở được mắc như thế nào? Vẽ sơ đồ cách mắc?

b Nếu hai bóng đèn được mắc nối tiếp nhau thì hiệu điện thế lớn nhất của đoạnmạch là bao nhiêu mà đèn không bị hỏng? Tính công suất của đoạn mạch khi đó?

sơ đồ ( Rb mắc như thế nào)

b Hiệu điện thế tối đa của

=> Công suất P=UMax.IMax=?

a * Cường độ dòng điện định mức của các đèn là:

I1 = Pđm1 / Uđm1 = 1A

I2 = Pđm2/ Uđm2 = 1,5A

* Vẽ sơ đồ (Rb song song Đ1) nối tiếp Đ2

b Hiệu điện thế tối đa của đoạn mạch khi cường độ dòng điện lớn nhất qua mạch

IMax = I1 = 1A Điện trở các đèn là :

M +

*Sơ đồ 1 (Đ nối tiếp RAC)

*Sơ đồ 2 (Đ//RAC) nt RCB

Phương pháp giải sẽ được

giới thiệu tương tự ở bài 4.1

*Sơ đồ 1 (Đ nối tiếp RAC)Đèn D sáng bình thường

 IĐM =   A

U

P

5 0 6

3

IĐ= IAC=0.5AVậy Rtđ =   18 

5 0

9

I U

RĐ=   12 

3

6 2 2

- I Rx là cường độ dòng điện trong mạch chính và U Rx = U tm - U tải

- Khi con chạy C trùng với điểm mà lúc đó R x = 0 thì R tđ = R tải (là giá trị nhỏ nhất của điện trở toàn mạch) và khi đó I đạt giá trị lớn nhất( vì hiệu điện thế toàn mạch không đổi).

- Ngược lại , khi con chạy C trùng với điểm mà toàn bộ điện trở của biến trở tham gia vào mạch thì lúc đó R tđ = R tải + R x ( là giá trị lớn nhất của R tđ ) và khi đó I đạt giá trị nhỏ nhất (vì hiệu điện thế toàn mạch không đổi)

Bài 3.1

Một bóng đèn khi sáng bình thường

có điện trở là Rđ= 7,5và cường độ

dòng điện chạy qua khi đó I = 0,6 A

Bóng đèn được mắc nối tiếp với biến trở

và chúng được mắc vào hiệu điện thế U =

12V Phải điều chỉnh con chạy C để RAC

có giá trị là bao nhiêu để đèn sáng bình

U R

 R AC R R Đ  ?

Theo đầu bài: Rđ =7,5và Iđm= 0,6A

Để đèn sáng bình thường  Iđ = 0,6A

Vì Đ nối tiếp với RAC  Itm = 0,6A

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp, ta có:

Rđ+ RAC = R = 20 ( )

6 , 0

) ( 5 , 12 5 , 7

Cho mạch điện như hình vẽ

Đèn loại 6V – 3,6W, hiệu điện thế

hai đầu đoạn mạch là 12V không đổi

a/ Khi điện trở của biến trở là 20

Hãy tính công suất tiêu thụ của đèn, cho biết độ sáng của đèn?

b/ Muốn đèn sáng bình thường thì phải điều chỉnh biến trở như thế nào?

b/ Để đèn sáng bình thường thì: I = Iđm

Do đó con chạy phải di chuyển về phía đèn

Bài 3.3.(Mở rộng bài 3.2)

Điều kiện bài toán tương tự bài 3.2

Đổi vị trí của đèn như hình vẽ

Phương pháp:ng pháp:

b/ Nếu con chạy phải di

chuyển về phía gần đèn như

bài 3.2 thì có được không?

Vì sao?

a/ Tương tự

Vậy Iđm > I nên đèn sáng yếu hơn bình thường

b/ Để đèn sáng bình thường thì: I = Iđm Do đó conchạy phải di chuyển về phía xa đèn

Bài 3.4.(Mở rộng bài 3.2)

Điều kiện bài toán tương tự bài 1.2

Muốn đèn sáng bình thường phải điều

chỉnh con chạy sao cho RAC = ?

A U

P I

12 'tm   

MN

I U

N -

 RAC = R’tđ – Rđ

 RAC = R’tđ – Rđ = 20 – 10 = 10 ()Vậy để đèn sáng bình thường thì phải điều chỉnh con chạy C sao cho RAC = 10 Ωm Tính điện trở lớn nhất của biến trở?

Bài 3.5: (Mở rộng bài 3.1)

Cho mạch điện như hình vẽ UMN =

12V, khi dịch chuyển con chạy C thì số

chỉ của am pe kế thay đổi từ 0,24A đến

Khi C dịch chuyển  số đo

của ampe kế thay đổi từ

0,24A đến 0,4A nghĩa là gì?

tđ MN

b.Tính điện trở lớn nhất của biến trở:

Khi C trùng với B Rtđ = R1 +Ro có giá trị lớn nhất

 I đạt giá trị nhỏ nhất I=0,24 A

24 , 0

o

Mà R1 = 30   Ro = 50 – 30 = 20()Vậy giá trị lớn nhất của biến trở là 20 

Bài 3.6 (Tương tự bài 3.1)

Cho mạch điện (như hình vẽ)

Khi con chạy C ở vị trí A thì vôn kế chỉ

12V Khi con chạy C ở vị trí B thì vôn

kế chỉ 7,2V Tính giá trị điện trở của đèn

(Biết trên biến trở có ghi 20- 1A)

Phương pháp:ng pháp:

Tương tự như bài 3.5

Khi C trùng với A  vôn kế

chỉ giá trị lớn nhất nghĩa là

chỉ UMN và khi đó Rtđ = Rđ

(vì RAC=0)

Khi C trùng với B RAC

bằng số ghi trên biến trở 

Học sinh dễ dàng giải được

bài toán

- Khi con chạy C trùng với A ta có:

RAC = 0  Rtđ = Rđ

Và khi đó vôn kế chỉ 12V nghĩa là UMN = 12V

- Khi con chạy C trùng với B ta có:

RAC = 20 ( bằng số ghi của biến trở)

A R

U I

2 , 7

I

U R

Bài 3.7 (Nâng cao bài 3.1)

Cho mạch điện như hình bên: UMN

không đổi, AB là một thanh dẫn điện

đồng chất, tiết diện đều, C là một con

trượt tiếp xúc

Khi C ở vị trí đầu mút B thì cường độ

dòng điện qua ampe kế là 0,5A

Khi C nằm ở vị trí sao cho BC = 3AC thì cường độ dòng điện qua ampekế là 1,0AKhi C nằm ở đầu mút A thì cường độ dòng điện qua ampe kế là bao nhiêu?

Phương pháp:ng pháp:

Khi C nằm ở B, điện trở toàn

mạch là?

Khi C nằm ở vị trí

BC=3AC giá trị điện trở toàn

mạch là ?

Khi C nằm ở A, điện trở toàn

Giả sử bóng đén có điện trở r, điện trở thanh AB là R

ta có:

Khi C nằm ở B, điện trở toàn mạch là r + RKhi C nằm ở vị trí BC = 3 AC giá trị điện trở toànmạch là r + ¼ R

Khi C nằm ở A, điện trở toàn mạch chỉ còn lại r

N

-M +

Đ

C

R = 2rThay vào (1) rồi tính tỷ số U/r ta được U/r = 1,5 đây chính là cường độ dòng điện khi C nằm ở vị trí A

Bài 3.8:

Một hộp kín chứa một nguồn điện có hiệu điện

thế không đổi U = 150V và một điện trở r = 2

Người ta mắc vào hai điểm lấy điện A và B của

hộp một bóng đèn Đ có công suất định mức P =

180W nối tiếp với một biến trở có điện trở Rb

(Hình vẽ)

Để đèn Đ sáng bình thường thì phải điều chỉnh Rb

= 18 Tính hiệu điện thế định mức của đèn Đ?

Giải PT này ta được: I1 = 1,5A và I2 = 6A

5 , 1 120

180 I1  U

p

6 150

180 2

I U

p

 loại bỏ nghiệm I2 = 6A

Bài 3.9: (Mở rộng bài 3.8)

Điều kiện tương tự như trên:

a) Mắc song song với đèn Đ một bóng đèn nữa

giống hệt nó Hỏi để cả hai đèn sáng bình thường

thì phải tăng hay giảm Rb? Tính độ tăng (giảm)

b) Với hộp điện kín trên, có thể thắp sáng tối đa bao

nhiêu bóng đèn như đèn Đ? Hiệu suất sử dụng điện

khi đó là bao nhiêu phần trăm?

a)Khi mắc 2 đèn // thì I = 2.Id = 3A,

2 đèn sáng bình thường nên Ud = U - ( r + Rb ).I

 Rb =8

 độ giảm của biến trở: Rb =18-8= 10

b) Ta nhận thấy U = 150V và Ud = 120V nên để các đèn sáng bình thường, ta không thể mắc nối tiếp từ 2 bóng đèn trở lên được mà phải mắc chúng song song.Giả sử ta mắc // được tối đa n đèn vào 2 điểm A và B

 cường độ dòng điện trong mạch chính I = n Id

n

P I U

P I U n

 n max = 10 khi Rb = 0+ Hiệu suất sử dụng điện khi đó bằng :

Bài 4.1 ( Mở rộng bài 2.1 sơ đồ 2)

Cho mạch điện (như hình vẽ), đèn sáng bình

thường với Uđm = 6V và Iđm = 0,75A Đèn được mắc

với biến trở có điện trở lớn nhất bằng 16và UMN

Tính R1= RAC của biến trở để đèn sáng bình

thường?

Phương pháp:ng pháp:

Vẽ lại sơ đồ mạch điện?

6

R R

75 , 0

R

R  



1 1

1

2 2

4

1 16

6 6

4

3

R R

b- Khi dịch chuyển con chạy về phía A độ sáng của

đèn thay đổi như thế nào?

Phương pháp:ng pháp:

Tương tự như bài 4.1

Vẽ lại sơ đồ mạch điện?

a- Khi đèn sáng bình thường:

Uđ = Uđm = 6V và Pđ = Pđm = 3W

) ( 5 , 0 6

3

A U

P I

9 6 2 1

 x( 12  x)  12 ( 12  x)  18x  12x x2  144  12x 18x

_.

Đ

R

b-R

x