Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí và kết quả khảo sát, kiểm tra học sinh thì tôi thấy rằng việc hình thành cho học sinh kỹ năng giải bài tập Vật lí là hết sức cần thiết, từ đó giúp[r]
Trang 1MỘT SỐ KỸ NĂNG CƠ BẢN GIẢI BÀI TẬP LOẠI SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MÔN VẬT LÝ 9
A ĐẶT VẤN ĐỀ :
I Lý do chọn đề tài :
Để nâng cao chất lượng chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng
bộ môn nói riêng Cải tiến phương pháp dạy học là một yếu tố rất quan trọng, bên cạnh việc truyền thụ kiến thức, phát huy tính tích cực chủ động của học sinh , kích thích được óc tò mò khoa học, ham hiểu của các em có ý nghĩa hết sức quan trọng Vì thế công việc giáo dục phải được tiến hành trên
cơ sở tự nhận thức, việc khơi dậy ý thức năng lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học, kĩ năng giải bài tập là con đường phát triển tối ưu của giáo dục Trong việc học tập các môn học khác, môn học Vật lí là môn học giúp các
em phát triển năng lực tích cực, năng lực tư duy, năng lực sáng tạo của học sinh để không phải chỉ biết mà còn phải hiểu để giải thích hiện tượng Vật lí cũng như áp dụng kiến thức và kĩ năng vào các hoạt động trong cuộc sống gia đình và cộng đồng
Trong nhà trường phổ thông, bài tập Vật lí thường là những vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lô gich, bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc Vật lí, phương pháp Vật lí đã được quy định trong chương trình học Nhưng bài tập Vật lí là một khâu quan trọng trong quá trình dạy và học
Giải bài tập Vật lí không những giúp các em củng cố đào sâu, mở rộng những kiến thức cơ bản của bài giảng, củng cố kĩ năng kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, mà còn là biện pháp quý báu để phát triển năng lực tư duy của học sinh, có tác dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng, đạo đức rất lớn Vì vậy việc giải bài tập Vật lí mục đích cơ bản không phải chỉ tỉm ra đáp số, tuy nhiên điều này cũng quan trọng và cần thiết, nhưng mục đích chính của việc giải bài tập là ở chỗ người làm bài tập hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật Vật lí, vận dụng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống
Qua thực tế giảng dạy Vật lí ở trường THCS nói chung bộ môn Vật lý nói riêng, tôi nhận thấy rằng học sinh còn gặp rất nhiều khó khăn lúng túng khi giải bài tập, mà nhất là loại bài tập theo sơ đồ mạch điện ở môn Vật lí lớp 9 Điều này ít nhiều cũng ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học Vừa qua cùng với sự đổi mới phương pháp dạy học chung của ngành giáo dục, đồng thời bản thân cũng tự kiểm tra, tổng kết tình hình dạy học qua các năm
là một người thầy cô dạy môn Vật lí, đứng trước một thực trạng mà học sinh
cứ thấy loại bài tập có sơ đồ lại bảo khó quá không biết giải
Trang 2Xuất phát từ những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài này và ghi lại những kinh nghiệm nhỏ bé mà tôi đã thực hiện được và đạt kết quả tương đối khả quan Mong rằng những kinh nghiệm này phần nào giúp cho các em
có kết quả học tập tốt, từ đó nâng cao được chất lượng dạy và học mà toàn
xã hội đều mong ước nói chung, nhà trường tôi, bản thân tôi và gia đình các
em nói riêng
II Mục đích của đề tài :
Hình thành cho học sinh một cách tổng quan về kỹ năng giải bài tập Vật lí loại bài sơ đồ mạch điện, từ đó các em có thể vận dụng một cách thành thạo
và linh hoạt trong việc giải bài tập loại đó, nâng cao hiệu quả của bài tập, giúp các em nắm vững kiến thức trong quá trình học tập
III Phạm vi đề tài :
Thực hiện với học sinh một số lớp ở khối 9 trường Trung học cơ sở Lê Quý Đôn
IV Thời gian thực hiện : Năm học 2009 – 2010
B NỘI DUNG :
I Cơ sở lý luận :
1 Giải bài tập Vật lí giúp các em ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức :
Trong các bài tập học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng vào những trường hợp cụ thể đa dạng, nhờ thế học sinh nắm được những biểu hiện rất cụ thể của chúng ta trong thực tế và phạm vi ứng dụng của chúng Ngoài những ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật bài tập Vật lí loại sơ đồ giúp cho học sinh thấy được những ứng dụng trong thực tế Còn các khái niệm, định luật Vật lí rất đơn giản nhưng biểu hiện của chúng trong
tự nhiên thì rất phức tạp Do đó sẽ giúp các em luyện tập cho học sinh phân tích để nhận biết những trường hợp phức tạp đó Bài tập Vật lý là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải bài tập loại này học sinh phải nhớ lại kiến thức đã học
2 Giải bài tập Vật lí giúp các em rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn : Bài tập Vật lí là một phương tiện rất quý báo để rèn
luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyế vào thực tiễn, ngoài ra rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu nhận được để giải quyết vấn
đề của thực tiễn
3 Giải bài tập Vật là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh : Trong khi làm bài tập do học sinh tự mình phân tích đề bài, định
hướng giải, vạch ra một trình tự giải nên tư duy của học sinh được phát triển, năng lực làm việc tự lực nâng cao, tính kiên trì cũng được phát triển
4 Giải bài tập Vật lý còn góp phần giúp các em phát triển tư duy sáng tạo, là một phương tiện để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh.
Trang 3II Cơ sở thực tế :
Đối với học sinh đặc biệt là học sinh ở lớp 9 việc giải bài tập loại “ sơ đồ mạch điện” thường gặp rất nhiều khó khăn, thường khi giải không biết bắt đầu từ đâu và khó khăn chủ yếu của học sinh là không biết mạch điện thuộc loại nào ? phương pháp giải của từng loại ra sao ? Mà bài tập loại sơ đồ mạch điện trong chương trình môn Vật lí 9 được trình bày rãi rác trong chương điện học nên có học sinh chưa nghiên cứu kĩ Vì vậy mỗi giáo viên chúng ta khi dạy đến phần này cần giúp các em làm quen với một vài kỹ năng chủ yếu được sử dụng trong sơ đồ mạch điện Trong những năm giảng dạy môn Vật lí 9 với thực trạng học sinh chưa biết vận dụng định luật Vật lí
và rất sợ khi gặp bài tập loại sơ đồ mạch điện Mà nội dung cấu trúc chương trình sách giáo khoa mới không có dành thời lượng cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập, dẫn đến học sinh không có điều kiện bổ sung hay mở rộng kiến thức cũng như rèn luyện kỹ năng giải bài tập
*Số liệu điều tra trước khi thực hiện đề tài :
Trước khi thực hiện đề tài tôi đã khảo sát và tiến hành kiểm tra đối với một vài lớp ở khối 9 tại trường Trung học cơ sở Lê Quý Đôn bằng một số bài tập loại sơ đồ mạch điện ứng với mức độ nội dung của chương trình Kết quả thu được như sau :
III Một số kỹ năng giải bài tập loại sơ đồ mạch điện :
1 Loại mạch điện tương đương :
Khi giải bài tập loại mạch điện tương đương này ta cần chú ý hai trường hợp sau :
Trường hợp 1 : Mạch điện gồm một số điện trở xác định, nhưng khi ta thay đổi hai nút vào, ra của dòng mạch chính thì ta được các sơ đồ tương đương khác nhau
Trường hợp 2 : Mạch điện có điện trở nút vào và ra xác định, nhưng khi các khóa K thay nhau đóng mở, ta cũng được các sơ đồ tương đương khác nhau Để có sơ đồ tương đương ta làm như sau :
- Nếu khóa K nào hở thì ta bỏ hẳn tất cả các thứ nối tiếp với K về cả hai phía
- Nếu khóa K nào đóng, ta chập hai nút hai bên với nhau thành một điểm
- Xác định xem trong mạch có mấy điểm điện thế
Trang 4- Tìm các điện trở song song với nhau, các phần nối tiếp nhau và vẽ sơ
đồ tương đương
Sau đây là các ví dụ để áp dụng vào phương pháp loại mạch điện tương đương
Bài tập áp dụng 1 : Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ 1.2
Hãy vẽ sơ đồ tương đương để tính :
a) RAB
c) RBC
Giải :
a) Để tính RAB : Chập C với D, Mạch còn lại ba điểm điện thế là A, B và
C Ta có sơ đồ hình 1.2 A
HV 1.2A
b) Để tính RAC : Chập C với D mạch cũng còn ba điểm như câu a nhưng
A là điểm vào, C là điểm ra Ta có sơ đồ hình 1.2 B
HV 1.2B
c) Để tính RBC : Mạch gồm ba nhánh song song R4, R2 và bộ nối tiếp gồm R1 và R3 hình 1.2 C
HV 1.2C
Bài tập áp dụng 2 : Có mạch điện như hình vẽ.
Cho R1 = 20Ω ; R2 = 6Ω
HV 124 trang 34
Trang 5a) Tính điện trở của mạch CD khi khóa K mở
và khóa K đóng
b) Nếu đóng K và UCD = 12V Hỏi cường độ dòng điện qua R3 là bao nhiêu ?
Giải :
Ở bài này ta phải áp dụng trường hợp 2 để vẽ lại sơ đồ mạch điện ở dạng
dễ nhìn và dễ phân tích hơn
a) Khi K mở :
Ta có sơ đồ như sau :
HV 1.8G trang 111 (K mở)
- Điện trở tương đương của đoạn mạch gồm R2 nối tiếp R3 là :
Ta có : R23 = R2 + R3 = 20 + 6 = 26 (Ω)
- Điện trở tương đương của đoạn mạch gồm R23 song song R4 là :
Ta có : R234 = = ≈ 1,86 (Ω)
- Điện trở của mạch CD là : RCD = R1 + R234 = 20 + 1,86 ≈ 21,86 (Ω)
Khi K đóng :
Ta có sơ đồ như sau :
HV 1.8G trang 111 (K đóng)
- Điện trở tương đương của đoạn mạch gồm R1 song song R3 là :
Ta có : R13 = = = 10 (Ω)
- Điện trở tương đương của đoạn mạch gồm R13 nối tiếp R4 là :
Ta có : R134 = R13 + R4 = 10 + 2 = 12 (Ω)
- Điện trở của mạch CD là :
Ta có : RCD = = = 4 (Ω)
c) - Cường độ dòng điện qua R4 là :
Ta có : I4 = = = 1 (A)
- Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch EF là :
Ta có : UEF = I4 R13 = 1.10 = 10 (V)
Trang 6- Cường độ dòng điện qua R3 là : I3 = = = 0.5 (A)
2 Loại mạch điện chia dòng :
Để giải bài tập loại mạch điện chia dòng ta vận dụng định luật Ôm cho các điện trở ghép song song và các công thức dẫn xuất tương đương :
a) Công thức tính dòng điện rẽ I1, I2 , … từ dòng mạch chính như hình vẽ
Ta có : I1 = 1
U
R = 1
td
R
R I ; I2 = 2
U
R = 2
td
R
R I ; (2.1)
HÌNH VẼ B1 trang 8
b) Nếu mạch song song chỉ gồm hai nhánh R1 và R2 như hình vẽ là có thể tìm các dòng theo một trong hai cách :
HV B2 trang 8
Cách thông thường là giải hệ :
I1 + I2 = I
1 2
I
I =
2 1
R
R (2.2)
Cách giải nhanh là áp dụng công thức (2.1)
I1 = I ; I2 = I ; (2.3)
c) Định lý về nút :
Tổng đại số các dòng đi đến nút bằng tổng đại số các dòng đi khỏi nút
Ta tạm qui ước các chiều dòng điện, sau đó viết phương trình cho các nút Xét (hình B3 )
HV B3 trang 9
Ta có :
Trang 7Nút M : I = I1 + I3
Nút A : I5 + I1 = I2
Nút B : I3 = I4 + I5
Nút N : I = I2 + I4
d) Cường độ dòng điện qua nhánh có điện trở bằng 0 :
Với nhánh có R = 0
Nếu dùng định luật Ôm cho riêng nó, ta có dạng I =
0
0 Do đó, ta phải tìm dòng điện dựa vào nút vào hay nút ra của dòng điện qua nhánh đó
Bài tập áp dụng :
Trong mạch (H1.8), cho I = 2A, R1 = 1Ω, R2 = 2Ω, R3 = 3Ω, R4 = 6Ω Tìm I1, I2, I3, I4
Giải :
Cách 1 : Ta có :
1
td
R =
1
1
1
1
Rtđ =
1
2 suy ra U = I.Rtđ = 1
1
1
Từ đó : I1 = 1
U
R =
1
I2 = 2
U
R =
1
I3 = 3
U
R =
1
6 (A) HV1.8 trang 10
I4 = = (A)
Cách 2 : Dùng phương pháp chia tỉ lệ nghịch :
I1R1 = I2R2 = I3R3 = I4R4 Thay số : 1I1 = 2I2 = 3I3 = 6I4
Chia cho 6, ta được :
= = = = =
Từ đó suy ra các kết quả trên
Cách 3 : Chọn dòng bé nhất là ẩn số, ở đây là I4 vì R4 lớn nhất, qui các dòng ra I4
I1 = 6I4 , I2 = 3I4 , I3 = 2I4
I = I1 + I2 + I3 + I4 = 12I4 Vậy : I4 =
1
12A , Suy ra các dòng còn lại
3 Loại sơ đồ có bài toán chia thế : Phép chia tỉ lệ thuận
Khi giải bài toán loại này ta cần :
a) Ap dụng định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp ( xem hình C )
Trang 8HV C trang 12
I1 = I2 = I3 = I U = U1 + U2 + U3
= = RMN = R1 + R2 + R3
b) Công thức cộng thế : Nếu A,B,C là ba điểm bất kì trong mạch điện, ta
có : UAC = UAB + UBC
Bài tập áp dụng :
Cho mạch điện như hình C, trong đó R1= 2R2 = 3R3 , UMN = 11V Tìm
U1,U2 , U3
Giải :
Cách 1 : ( Qui R1, R2 theo R3 , tính I theo R3 Tìm U1 , U2 , U3 )
Ta có : R1 = 3R3 , R2 = 1,5R3
I = = =
U1 = IR1 = 3R3 = 6V
U2 = IR2 = 1,5R3 = 3V
U3 = IR3 = R3 = 2V
*Cách 2 : (Chia tỉ lệ)
Ta có:
R1 = 3R3, R2 = 1.5R3
= = hay = = =
Từ đó:
U1 = 3R3 = = = 6V
U2 = 1,5R3 = 3V
U3 = R3 = 2V
Trong sơ đồ ta lại thấy có vôn kế và ampe kế Vậy hai dụng cụ này có vai trò gì ?
4 Vai trò của ampe kế trong sơ đồ :
a) Nếu ampe kế lý tưởng ( có điện trở RA = 0 ) thì trong sơ đồ có vai trò như dây nối, bởi vậy :
- Khi mắc nối tiếp vào mạch nào thì nó chỉ dòng điện qua mạch đó
- Khi nó ghép song song với một điện trở thì điện trở đó bị nối tắt, được
bỏ ra khỏi sơ đồ
- Khi nó nằm riêng một mạch, thì dòng điện qua nó được tính thông qua các dòng liên quan ở hai nút mà ta mắc ampe kế
b) Nếu ampe kế có điện trở đáng kể thì trong sơ đồ được coi như là 1 điện trở
Bài tập áp dụng :
Trang 9Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ, các ampe kế giống hệt nhau Các điện trở bằng nhau và có giá trị R Biết A1 chỉ 3A , A3 chỉ 1A Hỏi ampe kế
A1 chỉ bao nhiêu ?
Hv 105 Sách ôn tập
Giải :
Ampe kế phải có điện trở RA nếu không mạch điện bị đoản mạch Ta kí hiệu các dòng điện trong mạch như hình vẽ
HV 171 trang 173
Ta có :
= = 3 RA = R
Điện trở tương đương của đoạn mạch PQ là :
RPQ = = RMNPQ = R + RPQ =
Số chỉ của ampe kế A1 là :
= = IA1 = (3 + 1) = 7 (A)
5 Vai trò của vôn kế trong sơ đồ :
a) Nếu vôn kế điện trở không quá lớn thì trong sơ đồ có vai trò như một điện trở Số chỉ vôn kế là U = IV RV
b) Nếu vôn kế có điện trở lớn vô cùng thì :
- Bỏ qua vôn kế khi vẽ sơ đồ tương đương khi tính điện trở của mạch điện
- Những điện trở bất kì khi ghép nối tiếp với vôn kế thì coi như dây nối của vôn kế
- Số chỉ của vôn kế loại này, trong trường hợp mạch phức tạp được tính thông qua công thức cộng thế
Bài tập áp dụng :
Trang 10Trong mạch điện ở (H.1.23A), hai điện trở R giống nhau, ba vôn kế có cùng điện trở, UMN không đổi Biết rằng V3 chỉ 10V, V2 chỉ 15V
a) V1 chỉ bao nhiêu?
b) Giả sử điện trở của vôn kế lớn vô cùng, UMN vẫn không đổi Hãy cho biết độ chỉ của vôn kế?
Hv 1.23A trang 24
Giải:
a) V1 chỉ UMN, V2 chỉ UAB, V3 chỉ UCB
Từ sơ đồ tương đương (H.1.23B)
HV 1.23 B trang 24
Xét trong mạch ACB, ta được:
= =
Thay U3 = 10V, U2 = 15V
Ta được: RV = 2Rcủa học sinh được tổ chức tốt
Xét trong mạch nối tiếp MAB:
RAB= = = R
= = R : ( R + R) =
Vậy : U1 = U2 = 15 = 27,5 (V)
IV Hướng dẫn học sinh học tập :
Việc học sinh học tập của học sinh có một ý nghĩa to lớn về mặt giáo dục và giáo dưỡng Nếu việc học tập được tổ chức tốt sẽ giúp các em rèn luyện thói quen làm việc tự lực, giúp các em nắm vững tri thức, có kỹ năng, kỹ xảo
Qua một số kỹ năng mà học sinh học tập để được đạt kết quả cao thì trước hết phải rèn luyện lòng say mê, ham muốn hiểu biết, biến nó thành một nhu cầu, một nguồn vui lớn của cuộc sống, phải rèn cho mình một nhiệt tình tiến lên không ngừng và luôn sáng tạo Cần có ý thức chủ động học tập không những điều mà thầy cô đã dạy, làm các bài tập mà thầy cô
Trang 11đã cho mà phải biết tham khảo tìm kiếm những bài tập tương tự, những bài tập mới để giải Muốn vậy cần phải rèn luyện tính kiên trì nhẫn nại, giải những bài tập khó đòi hỏi chúng ta phải tập trung tư tưởng, bền bỉ, cẩn thận, phân tích sơ đồ một cách chính xác,… và trong quá trình đó sẽ giúp các em nhanh chóng tìm xem sơ đồ đó thuộc loại nào ? Để tìm ra cách giải tốt nhất
Muốn có được những đức tính trên đây cần được rèn luyện một cách thường xuyên liên tục, phải biết kiên trì nhẫn nại, vượt khó
V Kết quả thực hiện :
Trong quá trình nghiên cứu và áp dụng đề tài : Một số kỹ năng cơ bản giải bài tập loại sơ đồ mạch điện, tôi nhận thấy rằng các em có sự chuyển biến rất rõ nét về việc giải bài loại có sơ đồ mạch điện Học sinh không còn sợ hay chán nản khi gặp bài tập loại này, mà còn vận dụng linh hoạt,
có khả năng tư duy tốt hơn
Cụ thể thông qua khảo sát chất lượng sau khi áp dụng đề tài tôi thu được kết quả như sau :
Kết quả so sánh đối chứng :
Kết quả khảo sát trước khi thực hiện đề tài :
Kết quả khảo sát sau khi thực hiện đề tài :
Qua so sánh đối chứng kết quả tôi thấy tỉ lệ : Giỏi, khá tăng ; Yếu giảm
rõ rệt cụ thể là :
- Đối với lớp 9A 4 : Giỏi tăng 27,7% ; Khá tăng 10,6% ; Yếu giảm 14,9%