Phương pháp giải bài tập về mạch điện có biến trở môn vật lí 9 trường THCS quảng đại

Cũng như các môn học khác, học Vật lí lại càng cần phát triển năng lực tích cực, năng lực tư duy của học sinh để không phải chỉ biết mà còn phải hiểu để giải thích hiện tượng vật lí cũng

1 MỞ ĐẦU

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

kinh nghiệm

4

sử dụng để giải quyết vấn đề

4

động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

15

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài :

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đã chỉ ra mục tiêu cụ thể đó là : Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh Phát triển khả năng sáng tạo, tự học, khuyến khích học tập suốt đời Bảo đảm cho học sinh có trình độ trung học cơ sở có tri thức phổ thông nền tảng, đáp ứng yêu cầu phân luồng mạnh sau trung học cơ sở

Nâng cao chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng bộ môn Vật lí ở trường THCS Quảng Đại nói riêng đòi hỏi phải đổi mới phương pháp dạy học vì việc đổi mới phương pháp dạy học là một yếu tố quan trọng nhằm phát huy tính tích cực của học sinh, nêu cao ý thức tự giác, tự tìm tòi kiến thức để nâng cao hiểu biết của mình Xét cho cùng công việc giáo dục phải được tiến hành trên cơ

sở tự nhận thức, tự hành động, việc khơi dậy phát triển ý thức năng lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học là con đường phát triển tối ưu của giáo dục Cũng như các môn học khác, học Vật lí lại càng cần phát triển năng lực tích cực, năng lực tư duy 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 kỹ năng vào các hoạt động trong cuộc sống gia đình và cộng đồng

Đối với môn Vật lí lớp 9 nói, việc học sinh nắm vững kiến thức, biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống có nhiều khó khăn đó là; cơ sở vật chất (màn chiếu, ti vi, mạng internet, phòng thực hành, ) và đồ dùng dạy học (thiếu,

hư hỏng, chất lượng kém, ) chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học thực tế hiện nay Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp dạy học phù hợp điều kiện của nhà trường để đảm bảo được chất lượng của học sinh là điều quan trọng

Những bài tập Vật lí thường là những vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lô gíc, bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên

cơ sở những quy tắc, phương pháp đã học Việc giải bài tập Vật lí giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức cơ bản của bài giảng, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, là biện pháp quí báu để phát triển năng lực

tư duy của học sinh, có tác dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng, đạo đức lớn

Vì thế trong việc giải bài tập Vật lý mục đích cơ bản cuối cùng không phải chỉ tìm ra đáp số, tuy điều này cũng quan trọng và cần thiết, mục đích chính của việc giải là ở chỗ người làm bài tập hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật Vật lí, vận dụng chúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động

Phần điện học lớp 9 ở Chương I của Học kì I có 23 tiết, trong đó chỉ có 1 tiết học về “Biến trở - Điện trở dùng trong kĩ thuật” cho nên học sinh vận dụng kiến thức làm bài tập có biến trở gặp khó khăn Xuất phát từ những lý do trên, tôi thấy rằng việc rèn luyện kỹ năng cho học sinh giải bài tập là việc làm hết sức

cần thiết Vì vậy, tôi chọn đề tài “Phương pháp giải bài tập về mạch điện có

biến trở môn Vật lí 9 trường THCS Quảng Đại” làm đề tài sáng kiến kinh

nghiệm của mình

1.2 Mục đích nghiên cứu:

Hình thành cho học sinh một cách tổng quan về phương pháp giải một bài tập về Mạch điện có biến trở ở trường THCS Quảng Đại, từ đó các em có thể vận dụng một cách thành thạo và linh hoạt trong việc giải các bài tập thuộc dạng này, nâng cao hiệu quả của bài tập, giúp các em nắm vững kiến thức để vận dụng vào cuộc sống một cách thiết thực và có hiệu quả

1.3 Đối tượng nghiên cứu :

+ Các dạng bài tập về mạch điện có biến trở

+ Nghiên cứu lí luận về phương pháp giải bài tập Vật lí có chứa biến trở + Nghiên cứu lí luận về sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học Vật lí

+ Nghiên cứu chương trình nội dung kiến thức phần Điện học ở các bài học Vật lí cấp THCS

+ Nghiên cứu tình hình dạy và học Vật lí Đặc biệt quan tâm đến hoạt động

sử dụng bài tập Vật lí

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài này tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: 1/ Phương pháp tổng kết kinh nghiệm dạy học

2/ Phương pháp điều tra, phân tích, so sánh

Ngoài ra còn sử dụng các phương pháp hỗ trợ sau;

- Phương pháp trò chuyện với đồng nghiệp, học sinh

- Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm:

Bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu, khắc sâu thêm phần lý thuyết và đặc biệt giúp học sinh có phương pháp giải bài tập Biết vận dụng kiến thức Vật lí để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề thực tế của đời sống là thước đo mức độ hiểu biết, kĩ năng của mỗi học sinh

Bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lí, những hiện tượng vật lí, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt, tự giải quyết những tình huống cụ thể khác nhau, để từ đó hoàn thiện về mặt nhận thức và tích lũy thành vốn riêng của mình

Muốn làm được bài tập Vật lí, học sinh phải biết vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa để xác định được bản chất vật

lý, trên cơ sở đó chọn ra các công thức thích hợp cho từng bài tập cụ thể Vì thế bài tập Vật lí còn là phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, sáng tạo, tính tự lực trong suy luận

Bài tập Vật lí là hình thức củng cố, ôn tập mở rộng hoặc đi sâu vào các trường hợp riêng lẻ của định luật mà nhiều khi nếu nhắc lại nhiều lần ở phần lý thuyết có thể làm cho học sinh nhàm chán

Khi làm bài tập, học sinh bắt buộc phải nhớ lại kiến thức đã học và vận dụng, đào sâu kiến thức, do vậy đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh thì đây là phương tiện tự kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh Trong việc giải bài tập, nếu học sinh tự giác, say mê tìm tòi thì nó còn có tác

dụng rèn luyện cho các em những đức tính tốt như tinh thần tự lập, vượt khó, tính cẩn thận, tính kiên trì, và đặc biệt tạo niềm vui trí tuệ học tập

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

Qua nhiều năm giảng dạy Vật lí ở trường THCS Quảng Đại, đối với học sinh vấn đề giải và sửa các bài tập Vật lí gặp không ít khó khăn vì học sinh thường không nắm vững lý thuyết, không có giờ luyện tập, bài tập ở lớp (phân phối chương trình Vật lí lớp 8) hoặc nếu có thì rất ít (Vật lí 9), chưa có kỹ năng vận dụng kiến thức Vật lí Vì vậy các em giải bài tập một cách mò mẫm, không

có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được, có nhiều nguyên nhân:

- Học sinh chưa biết phương pháp để giải bài tập Vật lí

- Chưa có những kỹ năng toán học cần thiết để giải bài tập Vật lí

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập và tìm ra từ câu hỏi điều kiện của bài toán, xem xét các hiện tượng vật lí nêu trong đề bài tập để từ

đó nắm vững bản chất vật lí, tiếp theo là xác định mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

1 Nh ng ki n th c liên quan: ững kiến thức liên quan: ến thức liên quan: ức liên quan:

a) Biến trở:

Là điện trở có thể thay đổi được trị

số và có thể được sử dụng để điều chỉnh

cường độ dòng điện trong mạch

b) Kí hiệu biến trở :

- Kí hiệu biến trở như các bình bên

- Biến trở có thể mắc nối tiếp, mắc

song song hoặc mắc hỗn hợp với các phần tử

trong mạch điện

- Biến trở dùng để chia điện áp hoặc dùng để điều chỉnh cường độ dòng điện qua mạch

- Nếu giá trị của biến trở tăng thì dòng điện qua biến trở sẽ giảm Ngược lại, nếu giá trị biến trở giảm thì dòng điện qua biến trở sẽ tăng

c) Công thức cơ bản:

+ Hệ thức định luật Ôm: I =

R U

+ Hệ thức định luật Ôm đối với đoạn mạch nối tiếp và song song

Đoạn mạch gồm n điện trở

mắc nối tiếp

Đoạn mạch gồm n điện trở mắc song song

Cường độ dòng điện

I1 = I2 = I3 = = In

Cường độ dòng điện

I = I1 + I2 + I3 + + In Hiệu điện thế:

U = U1 + U2 + U3 + + Un

Hiệu điện thế:

U = U1 = U2 = U3 = = Un Điện trở tương đương :

R = R1 + R2 + R3 + + Rn

Điện trở tương đương:

n

R R

R R

1

1 1 1

2 1









Hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi

điện trở tỉ lệ thuận với điện trở đó

2

1 2

1

R

R

U

U



Cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở tỉ lệ nghịch với điện trở đó

1

2 2

1

R

R I

I



R

+ Ý nghĩa các số ghi trên dụng cụ điện :

Trên mỗi dụng cụ điện thường ghi các số : 12V – 6W; 220V – 60W;

Điều kiện đề dụng cụ hoạt động bình thường:

U = Uđm => I = Idm và P = Pđm

+ Tam thức bậc hai : f(x) = ax2 + bx + c

* Nếu a > 0 :

Hàm số nghịch biến trên đoạn x <

-2

b a

Hàm số đồng biến trên đoạn x >

-2

b a

Hàm số đạt giá trị nhỏ nhất tại x =

-2

b a

* Nếu a < 0 :

Hàm số đồng biến trên đoạn x <

-2

b a

Hàm số nghịch biến trên đoạn x >

-2

b a

Hàm số đạt giá trị lớn nhất tại x =

-2

b a

b) Các cách thông th ng s d ng đ m c bi n tr vào m ch đi n ường sử dụng để mắc biến trở vào mạch điện ử dụng để mắc biến trở vào mạch điện ụng để mắc biến trở vào mạch điện ể mắc biến trở vào mạch điện ắc biến trở vào mạch điện ến thức liên quan: ở vào mạch điện ạch điện ện

+ Biến trở

B

R1

Rb

+ Biến trở

được mắc vừa nối

tiếp vừa song song

+ Biến trở

được mắc vào mạch

cầu

2 Các dạng giải bài tập về mạch điện có biến trở

Dạng 1: Biến trở được mắc nối tiếp với bóng đèn hoặc điện trở khác

Ví dụ 1 : Một bóng đèn khi sáng

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 = 12 V Phải điều

Lời giải

Vì Rđ nt RAC nên Iđ = IAC = 0,6 A

Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn là :

) ( 5 , 4 5 , 7 6 , 0

I

Hiệu điện thế hai đầu A, C là :

) ( 5 , 12 6 , 0

5 , 7









AC

AC AC

I

U R

đó đèn sẽ sáng bình thường

Ví dụ 2 : Cho mạch điện (như hình vẽ)

0,24 A đến 0,4 A

Hư

ớng dẫn

Do R1 nt Rb nên :

Ta có :

D

Rb

B Đ

Rb A

C B A

B

Đ1

Đ2

Rb

R1

A

) ( 30 4 , 0

12

1

I

U R

+ I = 0,24 A là giá trị nhỏ nhất nên : Rtđ = R1 + Rb

24 , 0

12

min









I

U Rtđ AB

Suy ra : Rb = Rtđ - R1 =50 – 30 = 20()

Ví dụ 3 : Cho mạch điện (như hình

không đổi

và

cho biết độ sáng của đèn thế nào ?

x = ? Bài giải :

a) Vì Rđ nt Rx nên khi Rx = 20 thì :

Rtđ = Rđ + Rx = Rđ + 20

mà Rđ = 2 610( )

3,6

dm dm

U

    Rtđ= 10 + 20 = 30 ()  I = 120,4( )

30

MN td

 Pđ = I 2 Rđ = 0,42 10 = 1,6 ( W )

b) Để đèn sáng bình thường  Iđm = 3,60,6 ( )

6

dm dm

tm Nên I ‘

tm = 0,6 A

tđ= Rđ + R’

x = '

12 20( ) 20 20 10 10( ) 0,6

MN

x d

U

R R

I         

x = 10 thì đèn sáng bình th ng ường sử dụng để mắc biến trở vào mạch điện

Ví dụ 4 : Cho mạch điện (như hình vẽ) Bóng

cho biết độ sáng của đèn khi đó như thế nào ?

Bài giải:

30

12 )

( 30 20 10 )

( 10 6 , 3

6 2 2

A R

U I R

P

U R

tđ

MN tđ

đm

đm

6

6 , 3

A U

P I

đm

đm

A

Rb

Đ

Vì Rđ nt Rx nên Iđ là I’tm  I’tm =0,6A  R’tđ = Rđ + R’x =

) ( 20 6

,

0

12

'tm   

MN

I

U

Vậy để đèn sáng bình thường thì phải điều chỉnh con chạy C sao cho R’x = 10 Ω

Ví dụ 6: 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 R (Biết trên biến

Hướng dẫn:

Bài giải:

20

8 , 4

A R

U I

AC

AC

24 , 0

2 , 7









R

R

I

U R

Bài t p t ng t ập tương tự ương tự ự

Bài 1 : Cho mạch điện nh hình vẽ AB là

một biến trở có con chạy C Lúc đầu đẩy con

chạy C về sát điểm B để biến trở có điện trở

lớn nhất

a, Khi dịch chuyển con chạy C về

phía A thì độ sáng của bóng đèn thay đổi nh

thế nào? Giải thích ?

là 46,8V Tính cường độ dòng điện qua đèn khi đó

Bài 2 : Cho mạch điện nh hình vẽ , trong

đó bóng đèn có hiệu điện thế định mức là 24

V và cờng độ dòng điện định mức là 0,6 A ,

đợc mắc với một biến trở con chạy để sử

dụng với nguồn điện có hiệu điện thế không

đổi 30 V

a, Để dèn sáng bình thờng thì phải điều chỉnh biến trở là bao nhiêu ?

A

Đ N

M

B

Đ

V

b, Nếu biến trở có điện trở lớn nhất là 40 thì khi đèn sáng bình thờng dòng điện chạy qua bao nhiêu phần trăm (%) tổng số vòng dây của biến trở

Bài 3 : Hai bóng đèn có cùng hiệu điện thế định mức là U1 = U2 = 6 V

bóng sáng bình thường Vẽ sơ đồ mạch điện và tính điện trở của biến trở khi đó

mắc hai bóng này với một biến trở vào hiệu điện thế U = 36 V để hai đèn sáng bình thường

a, Vẽ sơ đồ mạch điện

b, Tính điện trở của biến trở khi đó

Dạng 2 : Biến trở và công suất cực đại trên biến trở

Ví dụ 1: Cho đoạn mạch như hình vẽ,

ampe kế có điện trở r, hiệu điện thế giữa hai

đầu đoạn mạch không đổi U Khi điều chỉnh

suất tiêu thụ trên biến trở là 40W; khi số chỉ

31,5W

a Tính công suất tiêu thụ trên biến trở

b Tìm công suất toả nhiệt lớn nhất có thể có trên biến trở Khi đó điện trở của biến trở là bao nhiêu?

Bài giải







16

40

2 1

1 1

I

P

9

5 , 31

2 2

2 2

I

P R

Theo sơ đồ mạch điện ta có:

U = I1(R1 +r) = 10 + 4r (1)

U = I2(R2 + r) = 10,5 + 3r (2)

U = I3(R3 + r)  R3 = 5,5

Công suất toả nhiệt trên biến trở lúc này là:

P3 = R3.I2

b Công suất toả nhiệt trên biến trở là P, cường độ chạy trong mạch là I Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:

Ptm = P1 + P

 rI2 - UI + P = 0 (3)

A T í n h

g i á

t r ị

đ i ệ n

t r ở

R

( B i ế t

t r ê n

b i ế n

t r ở

c ó

g h i

2 0

-1 A )

Rb U

r

U

4

2

r

U

72 5 , 0 4

12 4

2 2





r

U

5 , 0 2

12



12

12

I

U R

Vậy công suất toả nhiệt lớn nhất có thể có trên biến trở là 72w Khi đó điện

Ví dụ 2 Cho mạch điện như hình vẽ





 12V;R0 4

a Điều chỉnh biến trở để công

tương ứng và giá trị công suất của mạch

trong trường

hợp này

Bài giải

 Dòng điện qua biến trở:

b

R R

U I





0

) (

0

2 2







b

R R

U R

I

b

0 2











R

U

4 4

12 2 0

2











b R R

U

P

W

16 4

12 2 0

2











b R R

U

Cách 1:

Công suất trên biến trở:

0 2

0

2 0

2 2

0

2 0

2 2

0

2 2

2 2







































b b

b b

b b

b b

b b

b

R R R

U R

R R R

U R

R R R

R U R

R

R U R

I

P

2 0

















 b

b

R R

R

phải nhỏ nhất

T í n h

g i á

t r ị

đ i ệ n

t r ở

R

( B i ế t

t r ê n

b i ế n

t r ở

c ó

g h i

2 0

-1 A )

R0 U



R R R

R

b b

là một hằng số

Vậy

2 0

















 b

b

R R

R

R

R

b b b

8 12

2

2 2

0

2 2













b

b b

b

R R

R U R

I

Cách 2

Theo định luật bảo toàn năng lượng: công suất toàn mạch bằng tổng công suất trên từng đoạn mạch thành phần

 U.I = I2R0 + Pb (ẩn là cường độ dòng điện I)  R0I2 - U.I + Pb = 0

∆ = U2 - 4R0Pb ≥ 0

 Pb ≤

0

2

4R

U

8 4

12 4

2 0

2







R

U b

Khi đó ∆ = 0 và phương trình có nghiệm kép :

A R

U

8 2

12

2 0  



75 , 0

5 , 4

2 2

I

R bm b

P

Ví dụ 3 : Cho mạch điện như hình

vẽ













 12V;R0 1 ;R1 6 ;R3 4

suất:

a) Đoạn mạch AB là lớn nhất

Tính công suất toàn mạch trong trường

hợp này

này

Bài giải

a Theo định luật bảo toàn năng lượng:

P = P03 + PAB

 UI = (R0 + R3)I2 + PAB

 (R0 + R3)I2 - UI + PAB = 0 (1)

∆ = U2 - 4(R0 + R3)PAB ≥ 0 

) (

4 0 3

2

R R

U

P AB





R R

U

) 4 1 ( 4

12 ) (

4

2 3

0

2











R R

U

) 4 1 ( 2

12 )

(

2 0  3   

