Skkn một số kinh nghiệm giúp học sinh giải bài tập về công suất nhằm nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí lớp 9

MỤC LỤC Nội dung Trang I.MỞ ĐẦU I.1: Lí chọn đề tài: I.2.Mục đích nghiên cứu: 1-2 I.3 Đối tượng nghiên cứu I.4 Phương pháp nghiên cứu II.NỘI DUNG SÁNG KIẾN II.1 Cơ sở lý luận II.2.Thực trạng vấn đề cần nghiên cứu II.3 Các giải pháp thực 4-21 III KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 22 - Kết luận 22 - Kiến nghị 22-23 skkn I MỞ ĐẦU I.1: lí chọn đề tài: Mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2011- 2020 nước ta: Phát triển kinh tế nhanh, bền vững, gắn với đổi mơ hình tăng trưởng cấu lại kinh tế theo hướng nâng cao chất lượng, hiệu sức cạnh tranh .đến năm 2020 nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng đại Để thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế nhân tố người giữ vai trị định có vai trị giáo dục đào tạo Bí thư Nguyễn Phú Trọng ký ban hành Nghị Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI (Nghị số 29-NQ/TW) với nội dung Đổi bản, toàn diện GDĐT: Đổi nội dung, phương pháp dạy học theo định hướng "coi trọng việc bồi dưỡng lực tự học tự nghiên cứu, tạo điều kiện cho người học phát huy tư sáng tạo, đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hố, đại hố trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế" Vì ngồi mục tiêu giáo dục cho em có nguồn tri thức khoa học phổ thơng việc phát bồi dưỡng nhân tài cho đất nước từ học sinh cấp trung học sở nhiệm vụ chiến lược hàng đầu nhà trường Môn Vật lý môn khoa học tự nhiên coi khó tiếp cận, khó học học sinh, việc tiếp thu kiến thức môn Vật lý học sinh nói chung học sinh giỏi mơn Vật lý nói riêng cịn mang tính chất thụ động đơi cịn phụ thuộc vào người thầy q nhiều Việc rèn luyện kĩ giải tập Vật lý học sinh nhiều hạn chế Đặc biệt phần điện học cụ thể số kĩ để giải tốn cơng suất: Như tìm giá trị điện trở để cơng suất tiêu thụ điện trở hay đoạn mạch đạt giá trị lớn nhất, biện luận độ sáng đèn thay đổi giá trị điện trở mạch, xác định giá trị định mức bóng đèn sơ đồ mạch điện, hầu hết học sinh chưa xác định cách tư suy nghĩ để có hướng giải Vì giáo viên chịu trách nhiệm bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi lớp huyện dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh nhiều năm, tơi trăn trở tìm số giải pháp để giúp em làm tốt tập cơng suất giải pháp thể đề tài “Một số kinh nghiệm rèn luyện kỹ giải tập công suất nhằm nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá- giỏi mơn Vật lý 9.” I.2.Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đề tài:“Một số kinh nghiệm rèn luyện kỹ giải tập công suất nhằm nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá- giỏi môn Vật lý 9” Với mong muốn giúp em học sinh lớp hình thành cách nghĩ, cách tư duy, cách khai thác xây dựng cho hướng giải tốn điện có liên quan đến biện luận cơng thức, tìm cơng suất tiêu thụ dụng cụ điện, Mạch có biến trở tốn biện luận độ sáng đèn, tìm giá trị điện trở để công suất tiêu thụ điện biến trở đạt giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, Tìm định mức skkn bóng đèn Từ hình thành phát triển tư duy, suy luận lôgic cho học sinh để làm dạng tốn tương tự Vì thời gian có hạn nên tơi xin phép nghiên cứu số dạng tốn cơng suất Trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu dạng tốn cơng suất để hồn thiện sáng kiến I.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp giải tập có liên quan đến cơng suất tiêu thụ điện nhằm góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá- giỏi mơn Vật lí I.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận: Cụ thể nghiên cứu vấn đề: +Tâm lí học sinh + Điều kiện học tập học sinh + Phương pháp dạy học mơn Vật lí + Định hướng đổi phương pháp dạy học -Phương pháp điều tra sư phạm: + Trên sở khảo sát thực tế đối tượng học sinh, nghiên cứu tài liệu kết hợp với kinh nghiệm thực tế giảng dạy thân xây dựng sở lí thuyết, cho học sinh áp dụng Đúc rút điều chỉnh đưa giải pháp thiết thực skkn II NỘI DUNG SÁNG KIẾN II.1 Cơ sở lý luận: Môn Vật lý môn khoa học tự nhiên có vị trí vai trị quan trọng việc thực mục tiêu đào tạo giáo dục phổ thông Việc giảng dạy mơn Vật lý có nhiệm vụ trang bị cho học sinh kiến thức vật lý phổ thông bản, đại có hệ thống : Các tượng Vật lí, khái niệm Vật lí, định luật Vật lí, thí nghiệm vật lí bản, ứng dụng Vật lí kĩ thuật cơng nghiệp Hệ thống kiến thức Vật lí gắn liền với sống góp phần chuẩn bị tiềm lực cho học sinh tham gia lao động sản xuất Việc học mơn Vật lý góp phần phát triển tư khoa học lực sáng tạo học sinh: Giáo viên bồi dưỡng phương pháp học, phương pháp nghiên cứu bài, lịng ham thích nghiên cứu khoa học ý thức tích cực chủ động sáng tạo q trình chiếm lĩnh, xây dựng, vận dụng tri thức Vật lí cho học sinh Rèn cho em có khả thực hành tự lập, động sáng tạo học tập, lao động sản xuất, thích ứng với phát triển thời đại Học mơn Vật lí làm cho học sinh hiểu rõ giới tự nhiên vật chất, vật chất trạng thái vận động vận động theo quy luật Củng cố lịng tin khoa học .góp phần hình thành giới quan vật biện chứng góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp giáo dục thẩm mỹ: làm cho học sinh nắm nguyên lý trình sản xuất, cách sử sụng dụng cụ đo lường máy móc đơn giản, rèn luyện cho học sinh phương pháp thực nghiệm khoa học, biết tổ chức công tác thực hành, biết sử lý số liệu thực nghiệm, Đảm bảo cho việc dạy học Vật lí gắn với đời sống, với khoa học cơng nghệ đại Vì mơn Vật lý góp phần to lớn việc rèn luyện cho học sinh tư lơ gíc tư biện chứng, phát triển khả nhận thức người, khả ứng dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất, cải thiện đời sống Góp phần vào công xây dựng CNH-HĐH đất nước Môn vật lý môn khoa học tự nhiên khó học sinh, đặc biệt học sinh khối THCS, học sinh vừa phải hiểu hệ thống kiến thức vừa phải có óc liên tưởng, khả tư tượng vật lý xảy nào, phân tích vật tượng vật lý khâu học sinh cịn gặp nhiều khó khăn em sợ học Vật lý, Mặt khác khối lượng kiến thức phân phối chương trình cần truyền tải đến học sinh nhiều, Hầu hết tiết lý thuyết, số tiết giành cho luyện tập có tăng lên so với chương trình cũ chưa đủ để học sinh rèn luyện kĩ học tập nói chung kĩ giải tập vật lý nói riêng Vì học sinh học tiếp thu hệ thống kiến thức Vật lý thụ động phụ thuộc nhiều giáo viên đặc biệt giải tập cơng suất, hầu hết tất em không làm Bằng sưu tầm nghiên cứu trình giảng dạy tập huấn đội tuyển học sinh giỏi tơi đúc kết tìm số giải pháp giúp em có kỹ giải dạng tập công suất skkn Tôi hy vọng mong sáng kiến kinh nghiệm giúp cho bạn đồng nghiệp em học sinh có phương pháp giải số dạng tốn cơng suất nhằm nâng cao chất lượng dạy học mơn vật lí, đặc biệt nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí II.2.Thực trạng vấn đề cần nghiên cứu Trong nhiều năm nhà trường phân công bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi mơn Vật lí lớp phân cơng Phịng giáo dục - đào tạo tham gia tập huấn đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lý dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh nhận thấy kỹ giải tập Vật lý em nhiều hạn chế Đặc biệt tập có liên quan đến tính cơng suất biện luận cơng suất cho đoạn mạch điện đơn giản tường minh áp dụng cơng thức tính cơng suất bình thường đơn giản thay số vào cơng thức em làm được, liên quan đến tốn biện luận cơng thức để tìm cơng suất tiêu thụ điện trở thông qua công suất tiêu thụ điện trở khác biết hay tìm giá trị điện trở để cơng suất lớn cơng suất nhỏ, tìm định mức bóng đèn em khơng làm Từ tơi suy nghĩ tìm giải pháp giúp học sinh có kỹ năng, cách tư duy, hướng suy nghĩ gặp tốn liên quan đến cơng suất Tơi tiến hành cho học sinh làm kiểm tra tập công suất Kết kiểm tra sau: Dạng 1: Biện luận công thức Tổng số HS Biết làm Không biết làm hay biến đổi sai 10 Dạng 2: Tìm định mức bóng đèn Tổng số HS Biết làm Không biết làm hay biến đổi sai 10 Dạng 3: Mạch có biến trở - Bài tốn biện luận Tổng số HS Biết làm Khơng biết làm hay biến đổi sai 10 Dạng 4: Tốn định mức Tổng số HS Biết làm Khơng biết làm hay biến đổi sai 10 Từ tình hình thực tế nêu tơi định tìm biện pháp giúp em rèn luyện kỹ giải tập công suất II.3 Các giải pháp thực Một số vấn đề kiến thức Vật lý phần điện a, Định luật Ôm: Cường độ dòng điện dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện hai đầu dây dẫn tỉ lệ nghịch với điện trở dây skkn Cơng thức : I = I : Cường độ dịng điện ( A ) U : Hiệu điện ( V ) ; R : Điện trở ( Ω ) b,Trong đoạn mạch mắc nối tiếp I = I1 = I2 = = In U = U1 + U2 + + Un R = R1 + R2 + + Rn Lưu ý: - Xét nhiều điện trở R1, R2… Rn mắc nối tiếp với nhau, với hiệu điện hai đầu điện trở U1 , U2 …, Un Vì cường độ dịng điện qua điện trở nhau, vậy: Nếu ta biết giá trị tất điện trở giá trị hiệu điện thế, công thức cho phép tính hiệu điện khác Ngược lại, ta biết giá trị tất hiệu điện trị số điện trở điện trở, cơng thức cho phép tính giá trị điện trở lại c,Trong đoạn mạch mắc song song U = U1 = U2 = = Un I = I1 + I2 + + In Lưu ý: - Nếu có hai điện trở R1 , R2 mắc song song với nhau, cường độ dòng điện qua điện trở I1 , I2 Do I1R1=I2R2 nên : - Khi biết hai điện trở R1 , R2 cường độ dòng điện qua điện trở, công thức cho phép tính cường độ dịng điện qua điện trở cường độ dòng điện mạch d Định luật nút: Nút điểm “buộc” từ ba đầu sợi dây trở lên Tổng đại số dòng điện vào nút tổng đại số dịng điện khỏi nút skkn e Để tính hiệu điện hai điểm A,B ta tìm đường từ A đến B gặp điện trở lấy U cho điện trở đó, U lấy dấu “+” qua điện trở R theo chiều dòng điện U lấy dấu “-” ngược chiều dịng điện f.Cơng suất tiêu thụ điện: - ý nghĩa số vôn số oát ghi dụng cụ tiêu thụ điện: + Số vôn cho biết hiệu điện định mức dụng cụ tiêu thụ điện + Số oát cho biết công suất định mức dụng cụ tiêu thụ điện + Khi dụng cụ tiêu thụ điện dùng hiệu điện số vơn ghi dụng cụ tiêu thụ điện hoạt động bình thường công suất tiêu thụ điện dụng cụ lúc số ốt ghi - Cơng thức tính cơng suất tiêu thụ điện đoạn mạch: P = U.I = I2.R = P : công suất điện ( W ) U hiệu điện hai đầu đoạn mạch (V) I cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch( A) 1kW = 1000 W - Lưu ý: + Đối với đoạn mạch có hai điện trở R1 R2 mắc nối tiếp ta có + Đối với đoạn mạch có hai điện trở R1 R2 mắc song song ta có Một số kỹ giải tốn cơng suất Dạng 1: Biện luận công thức Loại 1: Cho mạch điện, Biết mối quan hệ điện trở biết cơng suất tiêu thụ điện bóng đèn Tính cơng suất tiêu thụ bóng đèn cịn lại Hướng suy nghĩ để giải vấn đề: Để tìm cơng suất bóng đèn khác thơng qua cơng suất bóng đèn cho ta phải tính tỉ số cơng suất bóng đèn cần tính với cơng suất bóng cho với lưu ý: + Đối với đoạn mạch có hai điện trở R1 R2 mắc nối tiếp ta có + Đối với đoạn mạch có hai điện trở R1 R2 mắc song song ta có từ ta tính cơng suất bóng đèn cần tìm + Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ, bóng đèn có A điện trở R, cơng suất đèn Đ4 1w Đ1 Tìm cơng suất bóng đèn cịn lại Hướng suy nghĩ cách giải: Dựa theo định hướng giáo viên, B học sinh tìm cách làm tập dễ dàng Hầu tất học sinh phát được: C Đ4 Đ2 Đ3 Đ5 D skkn Vì đề cho biết cơng suất đèn Đ4 mà Đ4 mắc nối tiếp Đ5 điện trở hai đèn nên công suất tiêu thụ đèn Đ công suất tiêu thụ đèn Đ5 ( P5 = P4=1W) Để tính cơng suất tiêu thụ đèn 3, Xét đoạn mạch CD gồm hai nhánh mắc song song Ta có: nên Tại nút C ta có I2=I3+I4=2I4+I4=3I4 nên Xét đoạn mạch AB gồm hai nhánh mắc song song ta có: Nên - Để tính cơng suất tiêu thụ đèn Đ học sinh dựa vào mối quan hệ cơng suất với điện trở hai nhánh mắc song song Ta có P45=P4+P5=2W R45=R4+R5=2R Xét đoạn mạch CD gồm hai nhánh mắc song song ta có: Nên suy P3=2P45=2.2=4W Hồn tồn tương tự học sinh tính cơng suất đèn Đ2 đèn Đ1 Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ cho biết đèn C Đ1(6V-6W), Đ2(12V-6W) Đ3: 1,5W Khi mắc hai Đ1 + điểmA B vào hiệu điện U0 đèn Đ3 A sáng bình thường Hãy xác định: D Đ4 a, Hiệu điện định mức đèn Đ3, Đ4, Đ5 Đ2 B Đ5 b, Công suất tiêu thụ đoạn mạch, biết Hướng suy nghĩ cách giải: Giáo viên cho hs hiểu đèn sáng bình thường đề cho đèn sáng bình thường ta có điều gì? Vì đèn sáng bình thường nên: Cường độ dịng điện định mức đèn Đ1, đèn Đ2 I1,I2: , skkn Vì I1>I2 nên cường độ dịng điện chạy qua đèn Đ3 có chiều từ C đến D Tại nút C ta có: I1=I3+I2 I3=I1-I2=1-0,5=0,5(A) Hiệu điện định mức đèn Đ3,Đ4, Đ5 U3,U4,U5 Ta có: U4=U1+U3=6+3=9(V) U5= -U3+U2= -3+12=9(V) b, Học sinh khai thác phân tích lựa chọn cơng thức tính, Ở câu b khác với biết tỉ số mà U5= U4 (1) Mặt khác nút D ta có I.4+I3=I5 I5=0,5+I4 (2) Từ (1) (2) I.4=0,75(A), I5= 1,25(A) P4=U4.I4=9.0,75=6,75(W); P5=U5.I5=9.1,25=11,25(W) Công suất tiêu thụ mạch: P=P1+P2+P3+P4+P5=6+6+1,5+6,75+11,25=31,5(W) Học đến phần cơng suất kĩ biến đổi mạch điện sử dụng cơng thức tính hiệu điện thế, cường độ dòng điện, điện trở tương đương đoạn mạch học sinh có kĩ làm thành thạo nên sau làm tập đơn giản tơi đưa tập khó Nhưng thật vui mừng sau định hướng hầu hết 10 em đội tuyển làm được: Đ6 M Bài 3: Một mạch điện gồm bóng đèn giống A hoàn toàn giống mắc vào hiệu điện + Đ1 U không đổi Xem điện trở đèn không Đ5 Đ3 phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở dây nối nhỏ không đáng kể Đ4 Tính cơng sât tiêu thụ mạch điện biết Đ2 bóng đèn Đ6 tiêu thụ cơng suất 3W B Hướng suy nghĩ cách giải: N Đ9 Theo cách nghĩ chung để giải loại tập học sinh nghĩ đến: Để tính cơng suất tiêu thụ mạch phải tính cơng suất tiêu thụ bóng đèn thơng qua cơng suất tiêu thụ bóng đèn Đ Tức phải tính tỉ số cơng suất đèn cơng suất tiêu thụ bóng đèn Đ Do P= I2.R P = Mà bóng đèn giống nên điện trở chúng nhau(=R), nên việc tính tỉ số cơng suất đèn cơng suất tiêu thụ bóng đèn Đ6 trở thành tính tỉ số cường độ dịng điện qua đèn với cường độ dòng điện qua đèn Đ6, tỉ số hiệu điện hai đầu đèn với hiệu điện hai đầu đèn Đ6 Vì dựa vào tính chất đoạn mạch ta phải tính cường độ dịng điện qua đèn theo cường độ dòng điện qua đèn Đ hiệu điện hai đầu đèn theo hiệu điện hai đầu đèn Đ6 skkn Đ7 Đ8 Hs thực lời giải: - Đoạn mạch MN mạch cầu cân I5=0(A) P5=0(V) Theo tính chất mặt cầu cân ta có I9=I8=I7=I6, I3=I4 mà điện trở đèn nên P9=P8=P7=P6 =3(W), U7=U6 U67=2U6 U4 = U3 =U67=2U6 Ta có P4=P3=12(W) Ta có I3=I4= Vì I2=I1và R2=R1(=R) nên P2=P1 Mà I1= I3+I6=2I6+I6=3I6 Ta có P2=P1=27(W) Cơng suất tiêu thụ tồn mạch là: P=2P1+2P3+4P6=2.27+2.12+4.3=90(W) Loại 2: Ghép đèn để chúng sáng bình thường Bài 1; Hai bóng đèn 110V-100W 110V-25W mắc vào hiệu điện U=220V a.Liệu ghép nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện 220V để chúng sáng bình thường khơng? b.Có thể dùng điện trở phụ ghép thêm vào bóng để chúng sáng bình thường Hãy đề xuất sơ đồ tính điện trở phụ? Chọn cách ghép có hiệu suất cao hơn? Hướng suy nghĩ để giải vấn đề: - Giả sử hai đèn mắc nối tiếp vào HĐT 220V Học sinh tính: + Điện trở đèn theo cơng thức + Tính CĐDĐ I qua đèn, CĐDĐ định mức đèn I1,I2 + So sánh CĐDĐ định mức đèn I1,I2 với CĐDĐ I qua đèn I2 với HĐT định mức nó.) Thì đèn sáng mức bình thường bị cháy + Nếu CĐDĐ thực tế qua đèn < CĐDĐ định mức (hoặc HĐT thực tế qua đèn < với HĐT định mức nó.) Thì đèn sáng yếu mức bình thường - Theo định hướng chung học sinh thực lời giải: Tính điện trở tồn mạch:Rtm Tính cường độ dịng điện qua đèn là : I1 = I2 Tính cường độ định mức đèn : Iđm1 ; Iđm2 = So sánh I1 < Iđm1 nên đèn sáng yếu bình thường I2 >Iđm2 nên đèn sáng mạnh bình thường - Tính cơng suất thực đèn : P = I 22 R2 59,3 W vượt công suất định mức 11,3 W nên đèn không bị cháy c) Khi k đóng, đoạn mạch AB gồm (R // RMC ) nt(R // RCN) Đặt điện trở RMC=x( ) suy RCN= 540- x( ); (00) - Tính: Điện trở tương đương đoạn mạch MN là : R= R3 + RAB = R3 + = - Tính Cường độ dịng điện chạy qua mạch chính: I= - Tính Cường độ dịng điện chạy qua biến trở R2 - Tính công suất tiêu thụ điện biến trở R2 ( hướng dẫn học sinh tính hiệu điện hai đầu biến trở R2 U2= I.RAB= Công suất P2 (W) ) a, Công suất tiêu thụ R2 9(W) nên ta có Giải phương trình bậc hai ta x=9 x= 16 skkn - Trả lời: Vậy biến trở R2= 9( ) R2= 1( ) cơng suất tiêu thụ R 9W b, Tìm R2 để cơng suất tiêu thụ R lớn phải tìm giá trị lớn P theo x Ta có Áp dụng bất đẳng thức cơsi cho hai số Nên ta có Dấu “=” xảy + = Vậy R2= 3( ) cơng suất tiêu thụ R2 lớn maxP2= 12(W) Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ U=36V ln khơng đổi , r =1,5, điện trở tồn phần biến trở R=10 Đèn Đ1 có điện trở R1= 6, Đèn Đ2 có điện trở r + U -B R = 1,5 Xác định vị trí chạy C biến trở để: Công suất tiêu thụ đèn Đ2 nhỏ Tìm cơng suất Coi điện trở đèn không phụ thuộc vào nhiệt độ A Phương pháp giải: Khai mạch: Đoạn mạch AB gồm [( R2 nt RNC)//R1] nt RCM nt r Hướng suy nghĩ cách giải: - Gọi điện trở RNC =x(),điện trở RCM =R-x=10-x(), (0