SKKN chuyên đề phát triển tư duy logic cho häc sinh thông qua các bài toán về mạch điện trong vật lư lớp 11

Một số dạng bài tập về mạch điện trong vật lý 11.. Phát triển tư duy lôgíc cho học sinh là một nhiệm vụ quan trọng bên cạnh nhiệm vụ truyền đạt kiến thức khoa học cho các em trong chương

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẮC GIANG TRƯỜNG THPT HIỆP HÒA SỐ 4

 CHUYÊN ĐỀ

PHÁT TRIỂN TƯ DUY LOGIC CHO häc SINH THÔNG QUA CÁC BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN TRONG VẬT LÝ

LỚP 11

Họ và tên: Nguyễn Thị Dung

Tổ: Lý-KTCN

Trường THPT Hiệp Hòa số 4

N¨m häc: 2017-2018

MỤC LỤC

Phần I Mở đầu

1 Lí do chọn đề tài ……… 3

2 Mục đích nghiên cứu……… 3

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ……… 3

4 Nhiệm vụ nghiên cứu ……… …3

5 Phương pháp nghiên cứu ……….3

6 Kết cấu của đề tài ……… 3

Phần II Nội dung I Cơ sở lí luận của vấn đề ……… 4

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu ……… … 4

III Một số dạng bài tập về mạch điện trong vật lý 11 ……….…… 5

1 Bài toán thuận ……… … ….5

2 Bài toán ngược ……… … .7

2.1 Tính giá trị linh kiện của mạch để thỏa mãn điều kiện cho trước 7

2.2 Bài toán về cực trị 8

2.3 Bài toán xác định số chỉ của vôn kế, ampe kế trong mạch điện phức tạp 10

2.4 Bài toán về mạch cầu 12

Phần III: Kết luận. 1 Nhận định chung……….15

2 Kết quả chuyên đề đạt được ………16

3 Đề xuất, kiến nghị ……… 16

PHẦN I NỘI DUNG

1 Lí do chọn đề tài.

Phát triển tư duy lôgíc cho học sinh là một nhiệm vụ quan trọng bên cạnh nhiệm vụ truyền đạt kiến thức khoa học cho các em trong chương trình THPT và vật

lý là một môn học có cơ sở và tiền đề cho yêu cầu này Vật lý lớp 11 càng có điều kiện để giáo viên thực hiện nhiệm vụ này bởi vật lý lớp 11 chứa đựng nhiều mảng kiến thức với các dạng bài tập phong phú Hơn thế nữa học sinh đã bước vào lớp 11

đã quen thầy, quen bạn, quen với cách học với cùng với tiền đề mà giáo viên đã hình thành ở lớp 10 nên theo tôi tiếp tục phát triển chuyên đề là điều cần thiết để tạo thành một hệ thống giúp cho quá trình giảng dạy cũng như học tập của học sinh Đồng thời cũng là cơ hội để cùng các thầy cô trao đổi thêm về cách dạy, cách tiếp cận học sinh sao cho có hiệu quả nhất

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu thế nào là tư duy lôgíc Tại sao phải phát triển tư duy logíc và môn học vật

lý 11 có vai trò gì trong đó? Từ đó trình bày một số dạng bài vật lý về mạch điện ở lớp 11 có tác dụng tốt để phát triển tư duy lôgíc cho học sinh

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.

Các kiến thức về mạch điện của vật lí 11, áp dụng cho học sinh của trường THPT Hiệp Hoà số 4

4 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Đưa ra các dạng bài tập về mạch điện của vật lí lớp 11 và phương pháp giải của từng dạng nhằm phát triển khả năng tư duy logíc cho học sinh áp dụng trong thực tiễn giảng dạy

5 Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu tài liệu đưa ra một số dạng bài tập cơ bản rồi vận dụng vào thực tiễn giảng dạy ở trên lớp từ đó đưa ra giải pháp hợp lí nâng cao hiệu quả giảng dạy và góp phần cải thiện khả năng tư duy logíc của học sinh

6 Kết cấu của đề tài.

Phần I: Mở đầu

Phần II: Nội dung

I Cơ sở lí luận của vấn đề

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu

III Một số dạng bài tập về mạch điện của vật lý 11.

Phần III Kết luận

PHẦN II NỘI DUNG

I Cơ sở lí luận của vấn đề.

1 Tư duy lôgíc là gì?

Tư duy lôgíc là hoạt động sử dụng trí não kết hợp một cách có quy luật, sáng tạo

và khoa học các kiến thức đã học với nhau để giải quyết một vấn đề nào đó

Tư duy lôgíc đòi hỏi kĩ năng nhận thức một vấn đề nào đó một cách tổng quát theo nhiều khía cạnh để từ đó có cái hiểu đúng đắn về nó

2 Tại sao phải phát triển tư duy lôgíc trong vật lý 11

Để hình thành và giúp học sinh phát triển tư duy logíc là một quá trình lâu dài và cần có tính hệ thống, được làm thường xuyên vì thế để nối tiếp kết quả đã đạt được trong năm học lớp 10 của HS thì việc phát triển tư duy logíc cho học sinh trong năm lớp 11 là rất quan trọng Nó gúp các em vận dụng, bổ sung đồng thời học hỏi những điều mới Như các bạn đã biết nhiệm vụ phát triển tư duy logíc không kém phần quan

trọng so với nhiệm vụ truyền đạt kiến thức vì khả năng tư duy lôgíc không những giúp

các em có thể tự tìm tòi, khám phá và học hỏi mà còn giúp các em có kĩ năng sống tốt hơn Kiến thức của nhân loại là vô cùng rộng lớn trong khi đó kiến thức mà các em được học trong trường trung học phổ thông là rất nhỏ so với khối kiến thức khổng lồ đó;thế nên cần trang bị cho các em kĩ năng tìm tòi , học hỏi, tư duy và sáng tạo Có những kĩ năng và phương pháp đó thì các em có thể tự học, tự tìm tòi một cách dễ dàng hơn, hệ thống hơn- đó là một yêu cầu và xu thế mới của thời đại hội nhập quốc tế như hiện nay nếu nước ta muốn lớn mạnh và phát triển xứng tầm với thế giới

Tiếp tục thực hiện mục tiêu đó nên trong chương trình của môn vật lý 11 cần xây dựng các dạng bài tập nhằm phát triển tư duy lôgíc Vì vật lí là một môn học có liên quan mật thiết với cuộc sống thường ngày của các em, có rất nhiều hiện tượng trong cuộc sống mà bằng kiến thức đã học cùng với khả năng tư duy các em có thể trả lời được Đặc biệt trong quá trỡnh học về mạch điện thỡ yờu cầu tư duy lô gíc càng cao đũi hỏi nhiều kỹ năng của học sinh mới thực hiện được

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu.

Thực tế ở trường THPT Hiệp Hoà 4 đầu vào của học sinh cũn thấp so với các trường ở trong huyện, điều đó chứng tỏ khả năng tư duy logíc của các em chưa

cao Nhưng thực tế hiện nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì yêu cầu những con người có phương pháp và khả năng tư duy tốt để có thể cập nhật những cái mới của khoa học cũng như học tập và vận dụng được chúng sau này Vì thế sự đầu tư vào việc phát triển tư duy logíc cho học sinh trong quá trình học là điều cần thiết Và

để thuận tiện hơn cho yêu cầu này thì việc thống kê các dạng bài tập cơ bản và nêu phương pháp giải cho từng dạng để học sinh dễ áp dụng là điều cần thiết Đây cũng

là lí do quan trọng để tôi thực hiện chuyên đề này

III Một số dạng bài tập về mạch điện trong vật lý 11.

1 Bài toán thuận

Bài tập về phương pháp giải toán trong toàn mạch.

Phương pháp:

*Bước 1: Tính Eb, rb

-Bộ nguồn mắc nối tiếp:

1

n

b i i

E E ,

1

n

i



-Bộ nguồn mắc song song: gồm n nguồn giống nhau: Eb  E , b r

r n



-Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng: gồm n nhánh mắc song song, mỗi nhánh gồm m

nguồn mắc nối tiếp, các nguồn giống nhau: Eb  m E , .

b

m r r

n



- Các điện trở mắc nối tiếp:

1

n

i



- Các điện trở mắc song song:

1

i

R  R

I





E

*Bước 4: Tìm các đại lượng theo yêu cầu

H

R r



E

I R U I

R

P ; Png  E I

Tác dụng của bài: Giúp cho học sinh rèn khả năng tư duy logíc bài toán này các em rất hay gặp trong cuộc sống thường ngày yêu cầu chúng ta sử lí sao cho thích hợp nhất Rèn luyện tính cẩn thận cho học sinh.

Bài tập ví dụ.

Bài 1: Có 20 nguồn giống nhau trên vở

ghi 3V-0,5 ghép thành bộ hỗn hợp

đối xứng gồm 4 nhánh Mạch ngoài là

các điện trở và bóng đèn được mắc như

hình vẽ.R1=4, R2=14 Đ: 12V-9w

a, Đèn có sáng bình thường không?

b, Tính hiệu suất của bộ nguồn và công

suất của mỗi nguồn

c, Công suất toả nhiệt trong toàn mạch?

Tóm tắt.

Có 20 nguồn

3V



R1=4, R2=14 Đ: 12V-9w

a, Đèn sáng bình thường không?

b, Hiệu suất của bộ nguồn? P của mỗi nguồn?

c, Công suất toả ngiệt trong toàn mạch?

d, Để đèn sáng bình thường thỡ cần mắc vào mạch điện trở R0 như thế nào?

Giải.

a, Vì có 20 nguồn ghép hỗn hợp đối xứng thành 4 nhánh:

n=4, m.n=12 n4,m5, với m là số nguồn ghép nối tiếp trên 1 nhánh

5.3 15

5.0,5

0,625 4

b

m r

r

n

Điện trở của bóng đèn:

3

12 16 9

dm dm

U R P

Sơ đồ mạch ngoài: (R ntR1 3)R2

R R R  

R

2

§ R

1

E

b, r

b

13 2

13 2

.

8, 24

N

R R

R

R R



áp dụng định luật Ôm trong toàn mạch: 15

1,69

8, 24 0,625

b

E

Mà U1d= U2 =UN

1 1 13

0, 697

d d

U

R

b, Hiệu suất của bộ nguồn: .100% 13,94.100% 92,9%

15

N b

U

E

Vì các đèn được mắc thành bốn nhánh và trên mỗi nhánh số đèn giống nhau nên cường độ dòng điện qua mỗi nguồn là bằng nhau và bằng cường độ dòng điện qua mỗi nhánh và I’ qua các nhánh cũng bằng nhau: 0, 4225

4

I

Công suất của mỗi nguồn là: Png  E I   1, 2675 w

c, Công suất toả nhiệt trong toàn mạch: P I2.(R N r b) 25,32 w

2 Bài toán ngược.

2.1 Tính giá trị linh kiện của mạch để thỏa món điều kiện cho trước

Phương pháp:

Điều kiện cho trước của mạch coi là cái đó biết

Giá trị của linh kiện cần tìm là cái chưa biết

Lập phương trình liên hệ giữa cái đã biết và cái cần tìm

Giải phương trỡnh.

Bài tập ví dụ:

Có 20 nguồn giống nhau trên mỗi nguồn ghi

3V



R1=4, R2=14 Đ: 12V-9w

Để đèn sáng bình thường thì cần mắc

vào mạch điện trở R0 như thế nào?

Giải

Vì có 20 nguồn ghép hỗn hợp đối xứng thành 4 nhánh:

n=4, m.n=20 n4,m5, với m là số nguồn ghép nối tiếp trên 1 nhánh

5.3 15

5.0,5

0,625 4

b

m r

r

n

Điện trở của bóng đèn:

3

12 16 9

dm dm

U R P

R 2

§

R 1

E

b , r b

Sơ đồ mạch ngoài lúc chưa mắc thêm R0 (R ntR1 3)R2

R R R  

13 2

13 2

.

8, 24

N

R R

R

R R



Muốn đèn sáng bình thường thì Ud=Udm=12V 2d dm 0,75

dm

P

I I A

U

1d 0,75.20 15

U   V  U2 15V  I2 1,07A

1 2 1,82

I  I I  A b .b 7,6

N

I r R

I



 E  <R’N: Cần mắc một điện trở song song với

mạch ngoài ban đầu có độ lớn là R0

7,6

8, 24

N

R



Giải phương trình tìm được R0=97,85

Bài tập vận dụng.

Bài 1 Cho mạch điện như hình: E = 12V, r = 1 ;

Đèn thuộc loại 6V – 3W ; R1 = 5 ; RV = ; RA  0

; R2 là một biến trở

a) Cho R2 = 6 Tính số chỉ của ampe kế, vôn kế

Đèn có sáng bình thường không ?

b) Tìm giá trị của R2 để đèn sáng bình thường

ĐS : a) IA = 1,2A ; UV = 4,8V ; Yếu hơn mức bình

thường

b) R2 = 12 ( Khi cho R2 tăng thì độ sáng của đèn

tăng)

Bài 2 Cho mạch điện như hình: E = 13,5V, r = 0,6 ; R1 = 3 ;

R2 là một biến trở Đèn thuộc loại 6V – 6W

a) Cho R2 = 6 Tìm cường độ dòng điện qua đèn, qua R1 Đèn

có sáng bình thường không?

b) Tìm R2 để đèn sáng bìng thường

c) Khi cho R2 tăng thì độ sáng của đèn thay đổi như thế nào?

ĐS: a) IĐ = 0,9A ; I1 = 3,6A ; Đèn sáng yếu hơn mức bình thường

; b) R2 = 4,75 ;

c) Khi cho R2 tăng thì độ sáng của đèn giảm

2.2 Bài toán về cực trị.

Phương pháp:

Lập phương trình liên hệ giữa đại lượng yêu cầu cực trị và đại lượng biến đổi.

Biện luận để tìm cực trị.

- Bất đẳng thức cosin: Với hai số dương a, b thì:

2

a b  ab Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi a=b

- Bất đẳng thức Bunhiacopxky:

Ñ

R2

R1

E, r



C

R 2

R1

RÑ

E, r

2 2 2 2 2

(a b )(c d ) ( ac bd )

Dấu “=” xảy ra khi:

Bài tập ví dụ Một nguồn điện có suất điện động E = 6V, điện trở trong r = 2, mạch

ngoài có điện trở R

a) Tính R để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là P = 4W

b) Với giá trị nào của R thì công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lớn nhất ? Tính giá trị đó

Giải.

a, Để công suất mạch ngoài là 4 W thì: I R P2 

6

4 2

E

Giải phương trình tìm được: R = 1 hoặc R = 4

b, Từ biểu thức tính công suất:  

2

4

4

r

R

Để Pmax thì

2 min

r R R



Áp dụng bất đẳng thức cosin: R r2 2r

R

  dấu = xảy ra khi R r2 R r

R

Vậy Pmax= 4,5 W khi R = r = 2

Bài tập vận dụng:

Bài 1 Cho mạch điện như hình vẽ với suất điện động

ξ = 12V, r = 1,1Ω, R1 = 0,1Ω

a) Tìm R để công suất mạch ngoài lớn nhất

b) Tìm R để công suất tiêu thụ trên R lớn nhất Tính điện

trở lớn nhất đó

Đs: 1Ω, 1,2Ω , 30WW

Bài 2 Cho mạch điện như hình: E = 16V, r = 4 ; R1 = 12 ; R2

là một biến trở

a) Tính R2, biết công suất tiêu thụ trên R 2 bằng 9W Tính công

suất và hiệu suất của nguồn lúc này

b) Với giá trị nào của R2 thì công suất tiêu thụ trên R2 lớn

nhất? Giá trị lớn nhất ấy bằng bao nhiêu?

ĐS: a) R2 = 1 , I = 3,25A ; H = 18,75% ; Hoặc R2 = 9 ,

I = 1,75A ; H = 56,25%; b) R2 = 3 ; P2max = 12W

R1

R2

E, r

Bài 3 Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động ξ = 12V và

có điện trở trong r = 2Ω Mạch ngoài gồm có R1 = 6Ω, R2 = 12Ω và R3 là biến trở

Tính:

a) Cho R1 = 4Ω Tìm cường độ qua mạch chính

b) Tìm R3 để dòng điện qua R3 đạt giá trị cực đại

c) Tìm R3 để công suất tiêu thụ trên R3 đạt giá trị cực đại

d) Tìm R3 để công suất tiêu thụ trên R2 đạt giá trị cực đại

2.3 Bài toán xác định số chỉ của vôn kế, ampe kế trong các mạch điện phức

tạp.

Phương pháp:

-Khi tính toán nếu cần có thể vẽ lại mạch

+Ampe kế lý tưởng có R=0 có thể nối ngắn mạch giữa hai cực của ampe kế

+Vôn kế lý tưởng có R=  có thể ngắt mạch giữa hai cực của vôn kế

-Khi xác định số chỉ của thiết bị đo điện lại sử dụng mạch ban đầu

+ Định lý dòng điện nút(Kếc xốp 1)

Tại một nút bất kỳ: I vao I ra

+ Công thức mạch vòng (Kếc xốp 2)

Tổng đại số các sụt áp trên các phần tử thụ động của một vòng kín bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng kín đó ” Hoặc là: “Tổng đại số các sụt áp của các nhánh trong một vòng kín bằng không”:

Trong đó: bk = 1 nếu chiều điện áp trên nhánh cùng chiều vòng quy ước,

bk = -1 nếu chiều điện áp trên nhánh ngược chiều vòng quy ước,

bk = 0 nếu nhánh đó không thuộc vòng đang xét

Bài tập ví dụ:

Cho mạch như hình vẽ:

R1= R2= R3=6  , R4= 2  ,UAB= 18 V

a, Nối M và B nằng một vôn kế có điện trở

rất lớn Tìm số chỉ của vôn kế

b, Nối M và B nằng một ampe kế có điện

trở rất nhỏ Tìm số chỉ của ampe kế

Giải.

a, Do vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện coi như không đi qua vôn kế

Mạch điện: R ntR2 3 R ntR1 4

Số chỉ của vôn kế chỉ hiệu điện thế UMB

MB MN NB

U U U U U

Tính điện trở tương đương của mạch điện:

R23= 12 

R123= 4 

M

N

R2

R3 A

B

RAB= 6 

Cường độ dòng điện qua mạch chính AB 3

AB

U

I A R

Tìm được U3=6V, U4=6V

Vậy tính được: UMB= 12 V chính là số chỉ của vôn kế

b, Do ampe kế có điện trở rất nhỏ nên hai điểm M, B coi như được nối với nhau bằng một dây dẫn

Sơ đồ mạch lúc đó là: R3 R ntR4 1 R2

Cường độ dòng điện qua ampe kế là: IA=I2+I3

Tính điện trở tương đương của mạch điện:

R34= 1,5 

R134= 7,5 

Cường độ dòng điện qua R1 và R34 là : 1

134

2, 4

AB

U

R

Cường độ dòng điện qua R2 là : 2

2

3

AB

U

I A R

Cường độ dòng điện qua R3 là : 2 3

3

0,6

U

R

Cường độ dòng điện qua ampe kế là: IA=I2+I3= 3+0,6=3,6 A và chiều dòng điện đi từ

M đến B

Bài tập vận dụng.

Bài 1 Cho mạch điện như hình vẽ UMN = 4V ; R1 =

R2 = 2 ; R3 = R4 = R5 = 1 ; RA  0 ; RV =

a) Tính RMN

b) Tính số chỉ của ampe kế và vôn kế

ĐS : a) RMN = 1 ; b) 2A ; 1V

Bài 2 Cho mạch điện như hình vẽ

UAB = 12V không đổi ; R1 = R4 = 2 ;

R2 = 6 ; R3 = 1

a) Tính RAB và cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

b) Mắc tụ điện C = 10mF vào mạch điện theo hai trường

hợp sau :

- Mắc vào hai đầu DB ; - Mắc nối tiếp với R3

Tính điện tích của tụ điện trong mỗi trường hợp

ĐS : a) RAB =

9

26

  2,9 ; I1= I =

13

54

A  4,15A ; I2 =

I4 0,46A ; I3 =3,69A

b) * q =

13

48

.10-5C  3,7.10-5C ; * q = 9,6.10-5C

R4

R2

R3



R1

R4

A

R3

C

Bài 3 Cho mạch điện như hình: UAB = 18V không đổi ; R1 = R2 = R3 = R4 = 6

RA  0 ; RV   Tính số chỉ của vôn kế, ampe kế

ĐS : IA = 1,2A ; UV = 7,2V

2.4 Bài toán về mạch cầu(mạch cầu cân bằng và không cân bằng)

Phương pháp:

- Mạch cầu là mạch dùng phổ biến trong các phép đo chính xác ở phòng thí

nghiệm điện

- Mạch cầu được vẽ như (H - 0.a) và (H - 0.b)

R1 R2

R

R3 R4

- Các điện trở R1, R2, R3, R4 gọi là các cạnh của mạch cầu điện trở R5 có vai trò

khác biệt gọi là đường chéo của mạch cầu (người ta không tính thêm đường chéo nối

giữa A - B vì nếu có thì ta coi đường chéo đó mắc song song với mạch cầu)

Mạch cầu có thể phân làm hai loại:

* Mạch cầu cân bằng (Dùng trong phép đo lường điện)

* Mạch cầu không cân bằng

Trong đó mạch cầu không cân bằng được phân làm 2 loại:

- Loại có một trong 5 điện trở bằng không (ví dụ một trong 5 điện trở đó bị nối

tắt, hoặc thay vào đó là một ampe kế có điện trở ằng không ) Khi gặp loại bài tập này

ta có thể chuyển mạch về dạng quen thuộc, rồi áp dụng định luật ôm để giải

- Loại mạch cần tổng quát không cân bằng có đủ cả 5 điện trở, thì không thể giải

được nếu ta chỉ áp dụng định luật Ôm, loại bài tập này được giải bằng phương pháp

chọn mốc điện thế

Phương pháp giải đối với mạch cầu cân bằng:

+ Nếu mạch cầu điện trở có dòng I5 = 0 và U5 = 0 thì bốn điện trở nhánh của

mạch cầu lập thành tỷ lệ thức:

n R

R

R

R





4

2

3

1

(Với bất kỳ giá trị nào của R5.)

D