(SKKN HAY NHẤT) phương pháp giúp học sinh giải bài tập mạch điện về mạch cầu trong dạy bồi dưỡng vật lý 9

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI : "PHƯƠNG PHÁP GIÚP HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP MẠCH ĐIỆN VỀ MẠCH CẦU TRONG DẠY BỒI DƯỠNG VẬT LÝ 9" LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I ĐẶT VẤN ĐỀ Lí chọn đề tài - Vật lý mơn khoa học tự nhiên đóng vai trị quan trọng đời sống thực tế Muốn học tốt môn học địi hỏi học sinh phải nắm vững lí thuyết, hiểu tường tận vấn đề có phương pháp giải tập cách khoa học - Hiện việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ song hành suốt trình dạy học Để học sinh nắm bắt kiến thức học, người dạy phải có phương pháp cụ thể, trình dẫn dắt kiến thức logic Có học sinh dễ tiếp thu vận dụng vào tập khó, tập nâng cao giải tập - Sách giáo khoa Vật lý có kiến thức định luật Ơm, cơng thức áp dụng cho đoạn mạch mắc nối tiếp, mắc song song Những tập học sinh luyện tập sách tập ôn luyện kiến thức đơn giản, mà dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, học sinh gặp nhiều khó khăn giải tập nâng cao Cụ thể tập phần điện mạch cầu Thực trạng vấn đề Qua nhiều năm dạy bồi dưỡng học sinh giỏi tơi nhận thấy học sinh gặp khó khăn giải tập điện mạch cầu với nội dung sau: + Xác định chiều dòng điện qua ampe kế với mạch cầu có điện trở ampe kế nhỏ không đáng kể + Xác định cực dương, cực âm vôn kế + Xác định giá trị điện trở mạch cầu gặp mạch cầu cân +Tính điện trở tương đương mạch cầu mạch cầu không cân + Xác định giá trị điện trở biết số ampe kế Mục đích vấn đề - Trải qua q trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, tơi tìm hiểu đề biện pháp giúp học sinh giải tập điện mạch cầu cách rõ ràng Chỉ cần học sinh nắm phương pháp giải cho dạng tập phần tập điện mạch cầu khơng cịn vấn đề khó khăn học sinh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ A Khái quát chung mạch cầu điện trở, mạch cầu cân mạch cầu không cân bằng: -Mạch cầu mạch dùng phổ biến phép đo xác phịng thí nghiệm điện Các điện trở R1, R2, R3, R4, gọi cạnh mạch cầu, điện trở R5 có vai trị khác biệt gọi đường chéo mạch cầu * Phân loại mạch cầu -Mạch cầu phân thành loại: Mạch cầu cân mạch cầu không cân B Phương pháp chung Bài tập mạch cầu điện trở đa dạng phong phú Để giải tập cần nắm vững kiến thức sau: a Kỹ phân tích mạch điện b Định luật Ôm cho đoạn mạch có điện trở R :I = c Các tính chất đoạn mạch có điện trở mắc nối tiếp,song song d Các công thức biến đổi hiệu điện e Các công thức biến đổi cường độ dòng điện f Cách mắc vai trò ampe kế, vôn kế mạch g Công thức chuyển từ mạch thành mạch tam giác ngược lại C Phương pháp cụ thể Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch mạch cầu ( mạch có điện trở mắc theo sơ đồ hình 1) - Áp dụng phương trình hiệu điện như: UAB = UAM + UMB UAB = I1 R1 + I2 R2 -Áp dụng phương trình dịng điện như: I = I1 + I3 = I2 + I4 -Để cho gọn ta đặt hiệu điện nút đó, nút B chẳng hạn, khơng, tức VB¬ = đó: UAB = VA UMB = VM UNB = VN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cách gọi phương pháp điện nút Đối với mạch cầu cân Mạch cầu gọi mạch cầu cân VM = VN hay UMN = Tức I5 = Trong trường hợp này: I1 = I2, I3 = I4 Và (1) Ngược lại, I5 = Do đó, đề cho mạch điện mạch cầu hay phần mạch điện mạch cầu nên kiểm tra xem có tồn hệ thức (1) hay không Nếu tồn hệ thức (1) kết luận mạch cầu mạch cầu cân bằng, lúc I5 = 0, muốn tính điện trở tương đương mạch cầu, ta bỏ điện trở R5 (vì I5 = 0) sau áp dụng cách tính mạch thơng thường Cách xác định chiều dòng điện biết giá trị điện trở hiệu điện đoạn mạch: - Nếu đề cho biết giá trị điện trở hiệu điện đoạn mạch ta tìm dịng điện qua điện trở - Chiều cụ thể dòng điện xác định theo quy tắc: Dòng điện chạy từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Nếu đề cho UAB = 6V chẳng hạn có nghĩa điện điểm A lớn ( thường ghi bên cạnh điểm A dấu +), điện điểm B nhỏ ( thường ghi bên cạnh điểm B dấu -), dòng điện chạy mạch theo hướng từ A đến B, từ suy dịng điện chạy mạch rẽ chạy qua máy đo (vốn kế, ampe kế).Để biết vốn kế, ampe kế phải mắc vào mạch nào, cần ý dòng điện chạy từ chốt dương sang chốt âm ampe kế, chốt dương vôn kế phải mắc vào điểm có điện cao Trong tính tốn áp dụng định luật ơm dạng I = Þ U = I.R Cách tính điện trở tương đương mạch cầu (khi gặp mạch cầu có điện trở) - Nếu tốn yêu cầu tính điện trở tương đương mạch cầu ta dùng phương pháp chuyển mạch ( mạch tam giác thành mạch ngược lại) để giải, toán ngắn gọn - Nếu tốn u cầu tính cường độ dịng điện qua mạch điện trở tương đương ta dùng phương pháp điện nút LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Những ý giải tập a Các điểm nối với dây nối ( ampe kế) có điện trở khơng đáng kể coi trùng vẽ lại mạch để tính tốn b Vơn kế có điện trở vơ lớn “tháo ra” tính tốn c Trong tốn khơng có ghi đặc biệt, người ta thường coi Ra = 0, Rv = ∞.Trong sơ đồ vẽ lại để tính điện trở, khơng cần vẽ vơn kế vơn kế có điện trở lớn (Rv = ∞) Các tập minh họa Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ (H2a) UAB = 18V, R1 = 8W; R2 = 2W, R3 = 4W, điện trở ampe kế không đáng kể a.Cho R4 = 4W Xác định chiều cường độ dòng điện qua ampe kế? b.Biết cường độ dòng điện qua ampe kế 1,8A theo chiều từ N đến M Tính R4? Bài giải: a Do điện trở ampe kế không đáng kể, chiều dài dây dẫn không ảnh hưởng đến mạch Ta chập hai điểm M với N lại với Khi mạch điện gồm: (R1//R2) nt (R3//R4) hình vẽ (H2b) Ta có : R12 = = = 1,6 R34 = Điện trở tương đương mạch: RAB = R12 +R34 = 1,6 + = 3,6 (Ω) I12 = I34 = I = = 5(A) Þ U12 = U1 = U2 = I12.R12 = 5.1,6 = (V) Þ U34 = U3 = U4 = I34.R34 = 5.2 = 10 (V) Cường độ dòng điện qua điện trở R1 là: I1 = Cường độ dòng điện qua điện trở R3 là: I3 = = 1(A) = 5(A) Do I3 > I1 nên dòng điện qua ampe kế có chiều từ N đến M có cường độ IA= I3 – I1 = 5-1 = (A) b.Xét sơ đồ hình 2a, dịng điện qua ampe kế có chiều từ N đến M xét nút M ta có: I3 = IA + I1 Þ = 1,8 + Þ 2U3 = 14,4 +U1 (1) -Mà UAB = U1 +U3 = 18(V) -Từ (1) (2) ta U1 = 7,2V = U2 ; U3 = 10,8(V) = U4 -Cường độ dòng điện qua R2 : I2 = (A) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -Cường độ dòng điện qua R4 là: I4 = I2 – IA = 3,6 – 1,8 =1,8(A) -Điện trở R4 : R4 = = (W) Bài 2: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 3a) Biết R1 = 80W; R2 = R3 = 120W; R4 biến trở, vốn kế có điện trở lớn Đặt vào hai đầu A, B mạch điện hiệu điện UAB = 66V a Tìm số vơn kế Cho biết cực dương vôn kế phải mắc vào điểm nào? b Điều chỉnh biến trở vôn kế số Tìm hệ thức điện trở R1, R2, R3 R4, tính R4 Nếu thay vôn kế điện trở R0 = 150 Ω cường độ dịng điện qua điện trở qua mạch thay đổi nào? Bài giải: a Vì vơn kế có điện trở vơ lớn nên I1 = I3 , I2 = I4 điện trở mắc vào mạch phải theo sơ đồ hình 3b: (R1 nt R3)// (R2 nt R4) Hình 3b Ta có: I1 = I3 = I2 = I4 = UAE = I1R1 = UAB UAF = I2R2 = UAB Ta có: UEF = UAF – UAE = UAB Þ UEF = UAB (1) - Thay số vào ta UEF = -6,6V, nghĩa VE < VF: Vôn kế 6,6 V dương vôn kế mắc vào điểm F cực b.Muốn cho vốn kế số (UEF = 0), theo (1) ta phải có: R2R3 = R1R4 mạch cầu cân Suy ra: R4 = Ω) Khi thay vơn kế điện trở R0 theo đề ta có UEF = cường độ dịng điên qua R0 ( khơng, cường độ dịng điện qua điện trở R1, R2, R3 ,R4 qua mạch giữ ngun khơng đổi Bài 3: Cho mạch điện có sơ đồ hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Biết R1 = Ω); R2 = 0,4 Ω) R3 = Ω); R4 = Ω) R5 = Ω) UAB = 6V Tính RAB dịng điện qua mạch? Hình Bài giải: Áp dụng phương pháp điện nút ta có: -Sau chọn VB = Þ UAB = VA -Thay trị số vào đẳng thức trên, ta được: Suy ra: -Giải ta được: -Thay giá trị RAB vào phương trình, ta có giá trị I1, I2, I3, I4, I5, I Kết ta được: I = 5,5A, I1 = 4A, I2 =5A I4 = 0,5 A; I5 = 1A Bài 4: Cho mạch điện hình 5, có R1 = Ω), R2 = Ω), R3 = Ω), R4 = Ω), R5 = Ω) UAB = 5,7V Tìm cường độ dịng điện, điện trở điện trở tương đương mạch cầu? Hình Bài giải: -Ta dùng phương pháp chuyển mạch: Chuyển từ mạch hình 5a sang hình 5b -Áp dụng công thức chuyển mạch tam giác MBN (H 5a) thành hình (H 5b) -Suy ra: RAMO = R1 +x = + RANO = R3 +Z = LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -Điện trở tương đương đoạn mạch: Rtđ = 1,05 + -Cường độ dịng điện qua mạch chính: I = UAO = I.RAO = 4.1,05 = 4,2 (v) I1 = -Trở sơ đồ gốc: U3 = I3¬.R3 = 1,2.2 = 2,4 (A) U4 = U – U3 = 5,7 – 2,4 = 3,3 (V) I4 = I2 = I5 +I1 = 0,1 + 2,8 = 2,9 (A) Bài 5: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 6a) Cho biết: Hiệu điện hai đầu mạch điện U = 14V; R1 = ; R2 = , AB dây dẫn điện dài 1,5m có điện trở phân bố theo chiều dài , điện trở RAB = , RA = a Dịch chạy C tới vị trí cho chiều dài AC = 0,5m Tìm cường độ dòng điện qua ampe kế? b Xác định vị trí chạy C để dịng điện qua ampe kế có cường độ ? Hình 6a Bài giải a Do điện trở phân bố theo chiều dài, nên: Ta thấy: nên mạch cầu cân Do ampe kế số b Đặt RAC = x RCB = – x (0 Vì RA = nên D xem chập với C, mạch điện cho vẽ lại sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 6b -Điện trở tương đương mạch điện: R= -Cường độ dòng điện qua mạch chính: I= -Có thể có trường hợp: +Nếu cực dương ampe kế gắn vào D: IA = I1 – I2 = (loại x = -18 ) RAC = Điểm C nằm AB +Nếucực dương ampe kế gắn vào C: IA = I2 –I¬1 = (loại ngiệm x = 25,8 RAC ; RCB = 6-1,2 = 4,8 ( ) (m) Điểm C cách A đoạn 0,3m Bài Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 7) có điện trở R1 = 3R, R2 =R3 =R4 =R Hiệu điện hai đầu mạch điện U không đổi, biến trở Rx có giá trị công suất tỏa nhiệt điện trở R1 p1 = 9W a Tìm cơng suất tỏa nhiệt điện trở R4 đó? b Tìm Rx theo R để công suất tỏa nhiệt điện trở Rx cực đại? LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài giải a Ta có: (1) Mặt khác: I = I1 +I3 = I2 +I4 mà I3 = I2 = Do đó: I1 Thay vào (1) ta được: Nhận xét tỉ số khơng phụ thuộc vào Rx b Ta có: UAB = UAM + UMN + UNB (1) (2) -Từ (1) (2) suy IxRx = U + 5Ix (R+Rx) -Công suất tỏa nhiêt điện trở R là: P= Dấu “=” xảy = 5R = 4Rx Kết đạt -Lúc chưa áp dụng chuyên đề dạy bồi dưỡng tập mạch cầu tính đa dạng nên thân tơi lúng túng không Dẫn đến học trị khó hiểu khơng có phương pháp giải cụ thể cho dạng toán -Từ áp dụng chuyên đề vào, phần dạy bồi dưỡng tơi có hiệu rõ rệt, học sinh nắm phương pháp giải áp dụng cho dạng cụ thể Vẫn có vài học sinh chưa thực tốt không học bài, thiếu tập trung, không làm tập nhà LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III KẾT THÚC VẤN ĐỀ Ý nghĩa đề tài -Qua đề tài này, thấy cần có phương pháp dạy thích hợp cho đề tài kết dạy học đem lại thành cơng -Đề tài giúp học sinh có phương pháp giải tập mạch điện mạch cầu cách cụ thể, hiệu Sự thành công đề tài kết trình tìm hiểu, xếp logic người dạy giúp học sinh tiếp thu dễ dàng hơn, giúp học sinh u thích mơn học Vật lí, thích thú học bồi dưỡng không cảm thấy nặng nề, mệt mỏi làm tập nâng cao -Tính đề tài: giúp giáo viên dạy bồi dưỡng có phương pháp giải cụ thể tập mạch cầu mà đề tài xét -Tính hiệu quả: giúp học sinh có kĩ đề giải tập mạch cầu đơn giản -Tính khoa học: Phương pháp giải cho dạng tập rõ ràng -Tính ổn định: Đề tài áp dụng suốt trình học bồi dưỡng học lên cấp THPT -Tính ứng dụng: Đề tài áp dụng tốt cho tập mạch điện mạch cầu đơn giản hay phần mạch điện mạch cầu -Tính tối ưu: Áp dụng có hiệu cho tập mạch cầu Bài học kinh nghiệm hướng phát triển -Để học sinh có phương pháp giải tốt cho dạng tập, q trình dạy học người dạy phải có chuẩn bị như: + Nghiên cứu kỹ nội dung chương trình + Đọc tài liệu tham khảo + Tìm hiểu sách viết chuyên đề nâng cao mà dạy Để từ phương pháp cụ thể cho dạng tập đề -Dạy học nói chung dạy bồi dưỡng trình đòi hỏi nghiên cứu, chuẩn bị tốt người dạy Ngoài chuẩn bị giáo viên, việc chọn học sinh có lực, có khả tính toán nhanh, giáo viên phải rèn cho học sinh kỹ học tập như: + Hoàn thành tập nhà + Giải lại dạng chưa hiểu + Tập khả tự đọc tự nghiên cứu sách Có học sinh nắm bắt kịp thời hiểu sâu sắc kiến thức vừa học LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Do giới hạn đề tài, đề tài trình bày cách giải tập đơn giản mạch điện mạch cầu Rất mong góp ý thầy, để đề tài hồn chỉnh Hịa liên, ngày 10 tháng 11 năm 2012 Người viết Nguyễn Thúy Huyên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tìm hiểu đề biện pháp giúp học sinh giải tập điện mạch cầu cách rõ ràng Chỉ cần học sinh nắm phương pháp giải cho dạng tập phần tập điện mạch cầu khơng cịn vấn đề khó khăn học sinh LUAN VAN CHAT... giản, mà dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, học sinh gặp nhiều khó khăn giải tập nâng cao Cụ thể tập phần điện mạch cầu Thực trạng vấn đề Qua nhiều năm dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nhận thấy học sinh gặp... cạnh mạch cầu, điện trở R5 có vai trò khác biệt gọi đường chéo mạch cầu * Phân loại mạch cầu -Mạch cầu phân thành loại: Mạch cầu cân mạch cầu không cân B Phương pháp chung Bài tập mạch cầu điện