báo cáo nghiên cứu khoa học 'sử dụng bài tập thí nghiệm xác định điện trở của mạch điện một chiều nhằm phát triển tư duy của học sinh'

Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Sử dụng bài tập thí nghiệm xác định điện trở của mạch điện một chiều nhằm phát triển tư duy của học sinh"... 70-74 Sử DụNG BàI TậP THí NGHIệM XáC ĐịNH

Báo cáo nghiên cứu

khoa học:

"Sử dụng bài tập thí

nghiệm xác định

điện trở của mạch điện một chiều nhằm

phát triển tư duy

của học sinh"

Nguyễn Đình Thước Sử DụNG BàI TậP THí NGHIệM XáC ĐịNH , TR 70-74

Sử DụNG BàI TậP THí NGHIệM XáC ĐịNH ĐIệN TRở của MạCH

ĐIệN MộT CHIềU NHằM PHáT TRIểN TƯ DUY CủA HọC SINH Nguyễn Đình Thước (a)

Tóm tắt Bài tập thí nghiệm về vật lý là một phương tiện dạy học có hiệu quả để bồi dưỡng tư duy học sinh Trong thực tiễn dạy học loại bài tập này còn được sử dụng rất hạn chế Trong bài báo này chúng tôi phân tích quá trình phát triển một bài tập thí nghiệm quen thuộc (đo điện trở bằng vôn kế và ampe kế) theo mục đích dạy học nhằm phát triển tư duy học sinh

1 Bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lý

Mục đích cơ bản đặt ra cho học sinh khi giải các bài tập vật lý là hiểu sâu sắc các quy luật vật lý, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào thực tiễn của cuộc sống

Trong các loại bài tập vật lý thì bài tập thí nghiệm có nhiều lợi thế thực hiện cả

ba mặt giáo dưỡng, giáo dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp Giải bài tập thí nghiệm giúp học sinh rèn luyện tính độc lập và tính tích cực đặc biệt rõ rệt trong hoạt động học tập Những dữ kiện dùng cho việc giải các bài tập thí nghiệm là kết quả thu được từ thí nghiệm bằng con đường đo lường những đại lượng vật lý, quan sát hiện tượng vật lý trong quá trình tiến hành các thí nghiệm Để tìm được câu trả lời học sinh cần phải vận dụng những kiến thức vật lý đã biết, từ việc phân tích các biểu thức, học sinh phải hiểu

rõ những điều kiện nào là cần thiết để giải bài tập; thiết kế sơ đồ và lắp ráp thí nghiệm, tiến hành những phép đo cần thiết Kết quả của lời giải có thể là kết quả của những phép đo trực tiếp hoặc gián tiếp Sau khi có kết quả của các phép đo học sinh phải biết tính toán xử lý sai số để lựa chọn kết quả

Ưu điểm của bài tập thí nghiệm so với các bài tập tính toán trước hết là ở chỗ không thể giải chúng một cách hình thức khi không biết đầy đủ quá trình vật lý mà bài tập đề cập đến

Hoạt động giải bài tập thí nghiệm luôn gây được hứng thú lớn đối với học sinh, lôi cuốn được sự chú ý của học sinh vào các vấn đề bài tập yêu cầu, phát huy tính tích cực tìm tòi, khám phá và sáng tạo Những số liệu khởi đầu về mặt lý thuyết của bài toán sẽ được kiểm tra tính đúng đắn thông qua các kết quả thu được bằng con đường thực nghiệm

Có thể giải bài tập thí nghiệm chỉ dùng thiết bị rất thông thường, đơn giản,

bề ngoài có vẻ kém hiệu lực trong việc gây hứng thú cho học sinh, song nếu biết khai thác lại có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển tư duy sáng tạo của người học như Ka-pi-xa đã từng nói “thiết bị dạy học càng đơn giản càng có tác dụng trong việc phát huy năng lực sáng tạo của người học”

2 Bài tập thí nghiệm xác định điện trở của mạch điện một chiều

2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp xác định điện trở bằng vôn kế và ampe kế

Nhận bài ngày 14/7/2008 Sửa chữa xong 08/12/2008.

trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 4a-2008 Xác định điện trở chưa biết RX, sử dụng định luật Ôm:

A

V

x

I

U

UV và IA là số chỉ

của vôn kế và ampe

kế Ta có thể mắc

vôn kế và ampe kế

vào mạch điện theo

một trong hai sơ đồ

trên hình 1 và hình

2

Sử dụng sơ đồ hình 1 Xác định RX theo định luật Ôm sẽ có sai số phụ thuộc ảnh hưởng của điện trở vôn kế bởi vì

Khi ngắt vôn kế khỏi mạch mà kim của ampe kế không thay đổi ta sử dụng sơ đồ hình 1 và công thức (1)

Nếu khi ngắt vôn kế khỏi mạch và kim của ampe kế thay đổi thì cần phải tính đến

điện trở của vôn kế RV Trong trường hợp này RV >> RX

Thông thường điện trở của vôn kế được ghi trên đồng hồ Nếu không có thông tin về điện trở của vôn kế thì phải xác định điện trở vôn kế RV Theo hình 3, để biết dòng điện I1 và hiệu điện thế U1 của mạch điện ta có:

1

1 V I

U

R = (3)

Từ (1), (2), (3) ta thu được:

1 1

V A V

V

V A

V x

I U

U I U

R

U I

U R

ư

=

ư

Sử dụng sơ đồ hình 2 Trong trường hợp Rx >> RA,

(RA là điện trở của ampe kế, có thể không cần tính đến điện trở của vôn kế) mắc mạch

điện theo hình 2, khi đó RX được tính theo công thức (1)

Muốn biết RX >> RA hay không thì chỉ cần ngắt ampe kế khỏi sơ đồ

Nếu kim của vôn kế thay đổi chỉ số ta cần tính đến điện trở của ampe kế Nếu không có thông tin về điện trở của ampe kế, chúng ta phải mắc mạch điện theo sơ đồ hình 4 để xác định điện trở của ampe kế Số chỉ của ampe kế và vôn kế cho biết I1 và

U1 ta có

1

1 A I

U

Trở lại sử dụng sơ đồ hình 2 theo chỉ số mới của ampe kế

I2 và vôn kế U2; theo định luật Ôm:

1

1 x A

I

U R

R + = (6)

Từ biểu thức (5), (6) ta có:

Hình 3

V A

•

K

K

A

V

R

Hình 4

Rx

A

V

IV

K

IR,

I

I

A

V

IV

IR, A Rx

K

Hình 1 Hình 2

Nguyễn Đình Thước Sử DụNG BàI TậP THí NGHIệM XáC ĐịNH , TR 70-74

1 1 2

2 A 2

2 x

I

U I

U R I

U

V 1

1

R R

E R

I

U

+

=

1

1 V

U E

R U R

ư

2.2 Một số bài tập thí nghiệm

Bài tập 1 Xác định điện trở RX Cho một vôn kế và điện trở mẫu R, nguồn điện, biến trở có con chạy và dây nối cần thiết có điện trở không đáng kể

- Cơ sở lý thuyết Trong đoạn mạch

ghép nối tiếp hiệu điện thế tỷ lệ thuận với

điện trở

R

R U

2

1

- Cách tiến hành Bố trí mạch điện theo

sơ đồ hình 5

• Với điều kiện

RV >> Rx và RV >> R (7)

Lần lượt dùng vôn kế đo hiệu

điện thế U1 ở hai đầu RX và U2

ở hai đầu điện trở mẫu

Ta có RX =

2

1 U

U

• Nếu điều kiện (7) không

thoả mãn, cần phải tính đến

điện trở vôn kế RV Mắc vôn

kế vào hai cực của nguồn

điện, thừa nhận số chỉ của vôn kế là suất điện động E của nguồn Mắc vôn kế theo sơ

V V

1

R R

E R

I U

+

=

1

1

V

U

E

R

U

R

ư

V x V

2

R R

E R

I

U

+

=

2

2 V

x

U

) U E ( R

điện và dây nối cần thiết có điện trở không đáng kể

- Cơ sở lý thuyết Cường độ dòng điện trong mỗi mạch nhánh tỷ lệ nghịch với

điện trở mạch nhánh

X 2

1 R

R I

I

- Cách tiến hành:

+ Phương án 1: Có thể mắc ampe kế vào

mạch điện theo sơ đồ hình 7; Dùng ampe

kế lần lượt đo cường độ dòng điện I1 qua

•

K Hình 5

V

R

K

V

Rx

Hình 6b Hình 6a

Rx

A

A

R

trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 4a-2008

Rx và I2 đi qua điện trở mẫu R Từ đó tính được:

1

2 x I

I R

hiện với điều kiện điện trở của ampe kế RA << R, RX

+ Phương án 2: Giải quyết bài toán theo hướng sử dụng định luật Ôm cho toàn

mạch, suất điện động của nguồn điện E và điện trở trong là r

Ta có thể mắc ampe kế lần lượt vào các mạch điện theo sơ đồ hình 8, 9, 10 để đo

dòng điện đi qua R, RX và R + RX là I1, I2 và I3

Theo định luật Ôm:

I1 =

r R

E +

, I2 =

r R E

x + , (8)

I3 =

r R R E

x + +

(9)

Từ (8) ta có:

2 1

x 2 1 I I

) R R ( I I E

ư

ư

2 1

1 x 2 I I

R I R I r

ư

ư

Thay giá trị E, r từ (10) vào (9) ta được:

) I I I

) I I I R

3 2 1

3 1 2 x

ư

ư

Bài tập 3 Xác định điện trở RX

- Dụng cụ: Điện kế, đoạn dây dẫn thẳng AB đồng chất có tiết diện đều, một

điện trở mẫu R, nguồn điện, biến trở có con chạy, công tắc và dây nối có điện trở

không đáng kể

- Cách tiến hành Mắc mạch điện theo sơ đồ

hình 11 Điện kế G chỉ dòng điện nhỏ chạy qua đoạn

mạch CD Khi ta dịch chuyển vị trí của điểm nối D để

cho điện thế ở C và D bằng nhau Độ dài AD = l1 và DB

= l2 Ta có UAC = UAD và UCB = UDB Vậy

S

I I R

I1 x = 2 ρ1 ,

S

I

I

R

I1 = 2 ρ 2 Từ đó rút ra

2

1

x

I

I

R

R

B

C

G

I1

>

A

D

• K Hình 11

A

R

A

A

Rx

Hình 8 Hình 9 Hình 10

Nguyễn Đình Thước Sử DụNG BàI TậP THí NGHIệM XáC ĐịNH , TR 70-74

Điện trở mẫu đã biết nên ta chỉ điều chỉnh điểm nối D để điện kế chỉ I = 0 sau đó đo

độ dài l1, l2 thay vào biểu thức (11) để tính RX Đó chính là phương pháp "cầu dây" phương pháp được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật

3 Kết luận

Định luật Ôm có nội dung đơn giản nhưng khi vận dụng giải quyết một vấn

đề thực tiễn lại khá phức tạp Để có được năng lực vận dụng định luật Ôm giải quyết một vấn đề cụ thể trong thực tiễn thì việc sử dụng bài tập thí nghiệm là hiệu quả nhất Các bài tập thí nghiệm xác định điện trở của mạch điện một chiều với giả thiết dụng cụ cho khác nhau, học sinh phải thiết kế phương án thí nghiệm để xác định giá trị điện trở với độ chính xác lớn nhất Học sinh phát hiện điện trở của dụng cụ đo là tác nhân ảnh hưởng đến kết quả xác định điện trở của mạch điện Sau khi xác định gián tiếp điện trở chưa biết RX, giáo viên yêu cầu học sinh kiểm tra kết quả trên trực tiếp bằng đồng hồ đo điện đa năng Hiện nay ở trường phổ thông được trang bị đồng

hồ đo điện đa năng hiện số là dụng cụ đo điện hiện đại, hiển thị kết quả đo với 4 chữ

số từ 0000 đến 1999 nhờ các tinh thể lỏng Đồng hồ loại này có nhiều chức năng: đo hiệu điện thế một chiều và xoay chiều, đo cường độ dòng điện một chiều và xoay chiều, đo điện trở Việc giải bài tập thí nghiệm xác định điện trở dùng ampe kế, vôn kế mang ý nghĩa phát triển tư duy, đòi hỏi học sinh làm việc sáng tạọ Sử dụng các bài tập thí nghiệm, phát hiện ra những quy luật mới mà trong sách giáo khoa không trình bày đó chính là những hoạt động sáng tạo của học sinh

TàI LIệU THAM KHảO

[1] Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên), Phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông, NXB ĐHSP, 2002

[2] Vũ Quang (Tổng Chủ biên), Vật lí 9, NXB GD, 2006

[3] Lương Duyên Bình (Tổng Chủ biên), Vật lí 11, NXB GD, 2007

[4] Nguyễn Thế Khôi (Tổng Chủ biên), Vật lí 11 Nâng cao, NXB GD, 2007

SUMMARY

TO USE EXPERIMENTAL EXERCISES ABOUT MEASURING THE RESISTOR OF DERECT CURRENT - ELECRICAL CICUIT IN ORDER TO impruve

THINGKING FOR PUPILS

Experimental exercises of physics are being effected means for improving thingking of pupils But in teaching practice, experimental exercises of physics is used very limited In this paper, we analyse process of development the habitual experimental exercise (to measure the resistor by the amperemeter and the voltmeter) in order to improve thingking for pupils