SKKN: Giải bài tập áp dụng định luật OHM cho các đoạn mạch của vật lí 9

Nếu giải được bài tập vật lý sẽ giúp học sinh khắc sâu hơn kiến thức đã học và đặc biệt là biết vận dụng kiến thức vật lý để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và giải thích được những hiện tượng vật lý có liên quan đến cuộc sống. Khi giải bài tập vật lý học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá...Để xác định bản chất vật lý của từng bài tập, từ đó mới chọn lựa các công thức sao cho phù hợp với từng bài tập. Vì thế, rèn luyện kỹ năng giải bài tập vật lý cho học sinh là việc rất cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả của đào tạo. Xuất phát từ quan điểm trên nên tôi đã chọn đề tài nghiên cứu là: “Giải bài tập áp dụng định luật Ohm cho các đoạn mạch của vật lý lớp 9”.

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu:

Dưới sự lãnh đạo sáng suốt và đường lối đúng đắn của Đảng đã đưa đất nước chúng ta phát triển tiến đến văn minh và phồn thịnh Để góp phần vào công cuộc xây dựng đất nước, nghành giáo dục và đào tạo đứng vị trí quan trọng trong việc đào tạo ra những con người có đầy đủ tri thức, năng lực, tài năng để kế

thừa vào sự nghiệp trọng đại đó Đại Hội Đảng lần IX đã khẳng định: “ Phát triển giáo dục và đào tạo là một trong những động lực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá, là điều kiện phát huy năng lực con người, là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững”(1) Vì thế,

muốn giáo dục và đào tạo xứng đáng với vị trí trên thì mỗi thầy giáo(cô giáo) phải luôn phấn đấu để nâng cao hiệu suất giờ lên lớp Có làm được như thế thì mới nâng cao chất lượng đào tạo, gây được uy tín với học sinh, củng cố niềm tin đối với phụ huynh học sinh và hoàn thành nhiệm vụ mà xã hội đã giao phó

Là giáo viên dạy vật lý bậc trung học cơ sở, trong suốt quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy rằng học sinh gặp không ít khó khăn khi giải và chữa các bài tập vật lý Bởi vì, học sinh chỉ giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng,

áp dụng công thức một cách máy móc, không theo một trình tự nhất định Do đó, đôi khi không giải được bài tập vật lý cơ bản và nhất là khi gặp những bài tập có tính suy luận cao hầu như học sinh không giải được

Kinh nghiệm cho thấy, giải bài tập vật lý không chỉ đơn giản là tính toán mà phải biết các hiện tượng vật lý, nắm vững các quy luật, định luật vật lý Từ đó, mới vận dụng kiến thức đã học để phân tích , suy luận, tổng hợp và bắt tay vào việc giải bài tập vật lý Một số học sinh khi làm bài tập không biết phải bắt tay từ đâu? Phải làm bài như thế nào? Lựa chọn công thức nào cho phù hợp? Cuối cùng là không thể giải được bài tập

Nếu giải được bài tập vật lý sẽ giúp học sinh khắc sâu hơn kiến thức

đã học và đặc biệt là biết vận dụng kiến thức vật lý để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và giải thích được những hiện tượng vật lý có liên quan đến cuộc sống Khi giải bài tập vật lý học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá Để xác định bản chất vật lý của từng bài tập, từ đó mới chọn lựa các công thức sao cho phù hợp với từng bài tập

Vì thế, rèn luyện kỹ năng giải bài tập vật lý cho học sinh là việc rất cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả của đào tạo Xuất phát từ quan điểm trên nên tôi

đã chọn đề tài nghiên cứu là: “Giải bài tập áp dụng định luật Ohm cho các đoạn mạch của vật lý lớp 9”.

2 Nghiệm vụ của đề tài:

* Đối với Giáo viên:

- Giúp giáo viên dạy tốt các tiết dạy bài tập vật lý

- Nâng cao chất lượng của tiết dạy bài tập vật lý

*Đối với học sinh:

- Rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, kiên trì, tính vượt khó và đặc biệt là tạo niềm vui trí tuệ

- Đây là yếu tố rất quan trọng và còn là phương tiện rất tốt trong việc phát triển óc tư duy, óc tưởng tượng, tính sáng tạo, tính tự lực để học sinh tự hoàn thiện mình về mặt nhận thức và tích luỹ thành vốn kiến thức riêng của mình

3 Phương pháp tiến hành:

* Thông qua các tiết giải bài tập ở trên lớp.

*Thông qua việc tổ chức các hình thức dạy học ở lớp và hướng dẫn

học sinh tự học ở nhà

B PHẦN NỘI DUNG

   CHƯƠNG MỘT CÁC CÔNG THỨC CẦN PHẢI NẮM VỮNG

Để giải được bài tập, khâu quan trọng nhất là học sinh phải thuộc công thức

và đơn vị của từng đại lượng trong công thức Nếu không thuộc công thức học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý Như vậy hệ thống lại các công thức trước khi bắt tay vào để giải bài tập vật lý là việc rất cần thiết

I Công thức của định luật Ôm:

I =U R Trong đó:

-I là cường độ dòng điện (CĐDĐ), đơn vị là Am pe (A)

- U là hiệu điện thế, đơn vị là Vôn (V)

- R là điện trở, đơn vị là Ôm (Ω).)

II Các công thức trong đoạn mạch gồm hai điện trở mắc nối tiếp:

1 Công thức tính CĐDĐ:

I =I1 = I2.

2 Công thức hiệu điện thế:

U = U1 + U2

3 Công thức điện trở tương đương:

Rtđ = R1 + R2

4 Mối quan hệ giữa hiệu điện thế với điện trở:

2

1 2

1

R

R U

U



* Nếu có n điện trở giống nhau mắc nối tiếp thì:

Rtđ = n.R1 và U = n.U1

III Các công thức trong đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song:

1 Công thức tính CĐDĐ:

I =I1 + I2.

2 Công thức hiệu điện thế:

U = U1 = U2

3 Công thức điện trở tương đương:

td

R R R hay Rtđ =

2 1

2

1

R R

R R



4 Mối quan hệ giữa CĐDĐ với điện trở:

1

2 2

1

R

R I

I



* Nếu có n điện trở giống nhau mắc song song thì:

Rtđ =

n

R1

I = n.I

Ngoài việc thuộc các công thức học sinh còn phải biết sử dụng thành thạo các công thức trên để suy ra công thức tính từng đại lượng có trong công thức đó

Ví dụ với biểu thức của định luật Ôm:

I =U R Thì học sinh phải suy ra được

U = I.R

R = U

I

Như vậy, lợi ích của việc thuộc và sử dụng thành thạo các công thức vật

lý và kết hợp với các bước giải bải tập vật lý đây chính là nền tảng vững chắc

để học sinh dễ dàng tiếp cận và giải được bài tập vật lý

CHƯƠNG II

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

I Các bước giải bài tập vật lý:

1 Đọc và tìm hiểu thật kĩ đề bài:

Cần tìm hiểu ý nghĩa của từng thuật ngữ, có thể dùng hình vẽ để mô tả tình huống, minh hoạ (nếu cần), phân tích nội dung để làm sáng tỏ bản chất vật lý, phân tích sơ đồ mạch điện, từ đó thiết lập các mối quan hệ của từng đại lượng theo

đề bài

Sau đó tóm tắt đề bài: Dùng kí hiệu để ghi tóm tắt đề bài cho gì? Yêu cầu tính đại lượng nào?Ví dụ: Nếu tính CĐDĐ thì hãy viết: I = ? (A), đổi đơn vị cho phù hợp với từng đại lượng vật lý

2 Viết các biểu thức liên hệ giữa các đại lượng:

Dựa vào mối quan hệ của từng đại lượng theo đề bài, viết các biểu thức có liên quan Nếu cần có thể lập phương trình (bao nhiêu ẩn số phải có bấy nhiêu phương trình) Bước này không thể bỏ qua vì đây là mấu chốt quan trọng để học sinh tư duy, chọn lọc và xác định phương án giải bài tập cho phù hợp với đề bài

3 Đưa các biểu thức về dạng đơn giản nhất rồi thay số và tính toán:

Ở bước này phải lưu ý đơn vị của từng đại lượng phải phù hợp Việc đổi đơn vị sai là rất hay gặp nên học sinh phải cẩn thận khi thực hiện bước này Bởi

vì nếu sai đơn vị thì kết quả của bài giải sẽ không chính xác

4 Kiểm tra để xác nhận kết quả:

Công việc này rất cần thiết, khi đã xác nhận kết quả chính xác sẽ giúp học sinh tự tin hơn, tự khẳng định mình và sẽ gây hứng thú cho học sinh trong học tập và nhất là giải bài tập vật lý

Từ việc phân tích bốn bước giải bài tập vật lý cơ bản như trên, ta có thể tóm tắt các bước thực hiện giải bài tập vật lý bằng sơ đồ sau:

SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

ĐỌC KỸ ĐỀ BÀI VÀ PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN, TÓM TẮT ĐỀ BÀI

BÀI TẬP VẬT LÝ

KIỂM TRA ĐỂ CÔNG NHẬN

KẾT QUẢ

II.Các ví dụ áp dụng:

1 Ví dụ 1 : Có ba điện trở R1 = 5Ω, R2 = 10Ω, RΩ, R3 =15Ω được mắc nối tiếp vào hiệu điện thế U = 12V

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch?

b) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở? (2-8)

Bước 1: Đọc, phân tích sơ đồ mạch

điện và tóm tắt đề bài:

-Ta có R1 được mắc nối tiếp với R2,

nên hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn

mạch U = U1 +U2 + U3

Bước 2: viết các công thức có liên

Cho biết:

R1 = 5Ω

R2 = 10Ω, RΩ

R3 =15Ω

U = 12V

Tính:

a) Rtđ = ?Ω b) U1 = ? V

U2 = ? V

U3 = ? V

VIẾT CÁC BIỂU THỨC, LẬP PHƯƠNG TRÌNH (NẾU CẦN) THAY SỐ VÀ TÍNH KẾT QUẢ (LƯU Ý ĐƠN VỊ)

R 1

B A

quan:

- Công thức tính Rtđ = R1+ R2 +R3

- Công thức tính hiệu điện thế:

I = U R => U = I R

Bước 3: Thay số vào công thức và

tính

Bước 4: Kiểm tra để công nhận kết

quả:

Vì U = 12 V = U1+U2 +U3 nên kết

quả được công nhận

Giải:

a)Tính Rtđ của đoạn mạch:

Ta có: Rtđ = R1+ R2 +R3

= 5 + 10Ω, R + 15 = 30Ω, R (Ω) b)Tính: U1;U2 vàU3 :

Vì R1; R2 và R3 mắc nối tiếp nên CĐDĐ trong mạch là I,ta có:

I = I1=I2 =I3 =

td

R

U

=

30Ω, R

12

= 0Ω, R,4 (A) Vậy:

U1 = I R1 = 0Ω, R,4 5 = 2 (V)

U2 = I, R2 = 0Ω, R,4 10Ω, R = 4 (V)

U3 = I, R3 = 0Ω, R,4 15 = 6 (V)

Đáp số: a) Rtđ= 30Ω, R (Ω)

b)) U1 = 2 (V)

U2 = 4 (V)

U3 = 6 (V)

2.Ví dụ 2: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó R1 =15Ω; R2 = 10Ω, RΩ, vôn

kế chỉ 24V

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch?

b) Tính số chỉ của các ampe kế? (3-9)

A

A

1

+ R 2

Bước 1: Đọc, phân tích sơ đồ mạch

điện và tóm tắt đề bài:

-Mạch điện có R1 mắc sonh song với

R2, nên cường độ dòng diện trong

mạch chính là: I = I1 +I2

Bước 2: viết các công thức có liên

quan:

- Công thức tính Rtđ của đoạn mạch

song song: Rtđ =

2 1

2

1

R R

R R



- Công thức tính CĐDĐ: I = U R

Bước 3: Thay số vào công thức và

tính

Cho biết:

R1 = 15Ω

R2 = 10Ω, RΩ

UAB= 24V

Tính:

a) RAB = ?Ω b) I = ? A

I2 = ?A

I3 = ? A

Giải:

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch:

Ta có: : RAB =

2 1

2

1

R R

R R



= 1515.10Ω, R10Ω, R

 = 6(Ω) b)Tính số chỉ của các ampe kế:

Ta có:

A

2

V

Bước 4: Kiểm tra để công nhận kết

quả:

Vì I = 4 A = I1+I2 = 1,6 +2,4 nên kết

quả được công nhận

I =

AB

R

U

= 246 = 4 (A)

I1 =

1

R

U

= 1524 = 1,6 (A)

I2 = I – I1 = 4 – 1,6 = 2,4(A)

Đáp số:

a) RAB =6(Ω) b) I = 4 (A)

I1 = 1,6 (A)

I2 = 2,4 (A)

3.Ví dụ 3: Giữa hai điểm A và B duy trì một hiệu điện thế không đổi UAB = 110Ω, RV Nếu ba điện trở R1, R2, R3 được mắc nối tiếp vào hai điểm AB thì cường độ dòng điện trong mạch là 2A Nếu chỉ mắc nối tiếp R1, R2 vào hai điểm AB thì cường độ dòng điện là 5,5A Còn nếu mắc nối tiếp R1, R3 vào hai điểm AB thì cường độ dòng điện là 2,2A Tính giá trị của R1, R2, R3? (4-85)

Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài:

Bước 2: Viết các biểu thức có liên

quan Lập các phương trình:

Cho biết:

UAB = 110Ω, RV

R1, R2, R3 mắc nối tiếp thì IAB = 2A

R1, R2 mắc nối tiếp thì IAB = 5,5A

R1, R3 mắc nối tiếp thì IAB = 2,2A

Tính: R1= ?Ω

R2= ?Ω

R3= ?Ω

- Công thức tính điện trở:

R = U

I

- Công thức tính điện trở tương

đương của đoạn mạch mắc nối tiếp:

Rtđ = R1+R2+R3

- Dựa vào điều kiện của đề bài ta viết

được hệ phương trình có ba ẩn số là:

R1, R2 và R3

Bước 3: Thay số và tính kết quả.

Giải:

- Khi R1, R2, R3 mắc nối tiếp vào hai điểm AB, ta có:

R1+R2+R3 =

AB

AB

I

U

= 110Ω, R

2 = 55(Ω) (1)

- Khi R1, R2 mắc nối tiếp vào hai điểm

AB, ta có:

R1+ R2 =

AB

AB

I

U

= 110Ω, R5,5 = 20Ω, R(Ω) (2)

- Khi R1, R3 mắc nối tiếp vào hai điểm

AB, ta có:

R1+ R3 =

AB

AB

I

U

= 110Ω, R2, 2 = 50Ω, R(Ω) (3)

- Từ (1), (2) và (3) ta được hệ phương trình:

R1+R2+R3 = 55(Ω) (1)

R1+ R2 = 20Ω, R(Ω) (2)

R1+ R3 = 50Ω, R(Ω) (3)

- Giải hệ phương trình trên ta được:

R1= 15(Ω)

R2 = 5(Ω)

R 3

U AB

R 1

U AB

R 2

Bước 4: Kiểm tra để xác nhận kết

quả: Thay lần lượt các giá trị của R1=

15Ω; R2 = 5Ωvà R3 =35Ω vào các

phương trình (1); (2) và (3) thì các

phương trình nghiệm đúng Nên kết

quả được công nhận

R3 =35(Ω)

Đáp số: R1= 15(Ω)

R2 = 5(Ω)

R3 =35(Ω)

4.Ví dụ 4: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ Trong đó R1 = 15Ω; R2= 30Ω, RΩ; R3 = 60Ω, RΩ Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch UAB = 42V

a)Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB?

b)Tính cường độ dòng điện qua các điện trở và số chỉ của ampe kế?(5- 85)

Bước 1: Đọc, phân tích sơ đồ mạch

điện và tóm tắt đề bài:

- Đoạn mạch điện AB gồm các điện

trở R1 mắc nối tiếp với điện trở R2

mắc song song với điện trở R3 :

- CĐDĐ qua mạch chính là số chỉ

của ampe kế cũng chính là CĐDĐ

qua R1 nên: IA =I1

Cho biết:

R1 = 15Ω

R2= 30Ω, RΩ

R3 = 60Ω, RΩ

UAB = 42V

Tính:

a) RAB = ?Ω b) IA =I1 =?A

I2 =?A A

Bước 2: Viết các biểu thức có liên

quan:

Biểu thức tính điện trở tương đương

của đoạn mạch có R1 nối tiếp R2:

Rtđ = R1 + R2

- Biểu thức tính điện trở tương

đương của đoạn mạch có R1 song

song với R2:

td

R R R hay Rtđ = 1 2

.

R R

R R

- Biểu thức tính CĐDĐ, Hiệu điện

thế:

I =U R => U = R I

- Biểu thức tính CĐDĐ của đoạn

mạch có R1 song song với R2:

I = I1 +I2

Bước 3: Thay số vào biểu thức rồi

tính kết quả:

I2 =?A

Giải:

a)Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB:

- Ta có: Điện trở R2 // điện trở R3 nên:

R23 = 2 3

.

R R

R R = 30Ω, R.60Ω, R

30Ω, R 60Ω, R  = 20Ω, R(Ω)

- Vì đoạn mạch AB có điện trở R1 nối tiếp với điện trở R23 nên:

RAB = R1+ R23

= 15 + 20Ω, R = 35(Ω) b)Tính CĐDĐ qua các điện trở và số chỉ của ampe kế:

- Số chỉ của ampe kế IA cũng chính là CĐDĐ điện trở R1 là I1

A

-R 1

R 4

C

D

Bước 4: Kiểm tra để công nhận kết

quả: Vì IA = I1 =I2 + I3 = 0Ω, R,8 + 0Ω, R,4 =

1,2A

Nên kết quả công nhận

- Ta có: IA = I1= AB

td

U

R = 42

35 = 1,2(A) -CĐDĐ qua điện trở R2 là I2, CĐDĐ qua điện trở R3 là I3

- Ta có: U = I R Nên: U23 = I1.R23

= 1,2 20Ω, R = 24(V)

Vậy I2 = 23

2

U

R = 24

30Ω, R= 0Ω, R,8(A)

Và I3 =

3

23

R

U

=

60Ω, R

24

= 0Ω, R,4(A)

Đáp số:

a) RAB = 35(Ω) b)IA= I1 = 1,2(A)

I2= 0Ω, R,8(A )

I3= 0Ω, R,4(A)

5.Ví dụ 5: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ Trong đó R1 =5Ω; R2= 12Ω;

R3 = 8Ω và R4 = 20Ω, RΩ Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch UAB = 30Ω, RV

a)Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB?

b)Tính cường độ dòng điện qua các điện trở?

c) Tính các hiệu điện thế UAC và UCD.(6-33)

Thực hiện các bước giải Nội dung Bước 1: Đọc, phân tích sơ đồ mạch

điện và tóm tắt đề bài:

- Mạch điện CB gồm các điện trở R2

nối tiếp R3 (gọi là R23), R23 song song

với R4 Nên RCB = R234

- Mạch điện AB gồm điện trở R1 nối

tiếp với R234

Bước 2: Viết các biểu thức có liên

quan đến các đại lượng trong đề bài:

- Biểu thức tính điện trở tương

đương của đoạn mạch có R1 nối tiếp

R2:

Rtđ = R1 + R2

- Biểu thức tính điện trở tương

đương của đoạn mạch có R1 song

song với R2:

td

R R R hay Rtđ = 1 2

.

R R

R R

Cho biết:

R1 = 5Ω

R2= 12Ω

R3 = 8Ω

R4 = 20Ω, RΩ

UAB = 30Ω, RV

Tính:

a)RAB = ?Ω b) I1 = ?A

I2 = ?A

I3 = ?A

I4 = ?A c)UAC = ?V

UCD = ?V

- Nếu có n điện trở giống nhau mắc

song song thì:

Rtđ =

n

R1

- Biểu thức tính CĐDĐ, Hiệu điện

thế:

I =U R => U = I.R

- Biểu thức tính CĐDĐ của đoạn

mạch có R1 song song với R2:

I = I1 +I2

Bước 3: Thay số vào biểu thức rồi

tính kết quả:

Giải:

a)Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB:

- Ta có: Điện trở R2 nối tiếp điện trở R3

nên:

R23 = R2 + R3 = 12 + 8 = 20Ω, R(Ω) -Đoạn mạch CB có điện trở R4 song song với điện trở R23, vì: R23 = R4 = 20Ω, RΩ, nên:

R234 =

2

4

R

=20Ω, R2 = 10Ω, R(Ω)

- Đoạn mạch AB có R1 nối tiếp R234

nên:

RAB = R1 + R234 = 5 + 10Ω, R = 15(Ω) b) Tính cường độ dòng điện qua các điện trở:

- Cường độ dòng điện qua R1 là I1:

Ta có: I1 = I =

AB

AB

R

U

= 1530Ω, R = 2(A)

- Hiệu điện thế: UCB = I R234

= 2.10Ω, R = 20Ω, R(V)

Bước 4: Kiểm tra để công nhận kết

quả:

-Vì UAB =30Ω, R (V)

= UAC+ UCB= 10Ω, R +20Ω, R

= 30Ω, R (V)

-Và I =I1 = 2(A)

= I2 + I4 = 1 + = 2(A)

Nên kết quả đúng

- Dòng điện qua R2 và R3:

I2 = I3 =

23

R

U CB

= 20Ω, R20Ω, R = 1(A)

- Dòng điện qua R4:

I4 = I – I3 = 2 – 1 = 1(A) c)Tính các hiệu điện thế UACvà UCD:

Ta có:

UAC = I1 .R1 = 2 5 = 10Ω, R(V)

UCD = I2 R2 = 1 12 = 12(V)

Đáp số:

a) RAB = 15(Ω) b)) I1 = 2(A)

I2 = I3 = 1(A)

I4 = 1(A) c)UAC =10Ω, R (V)

UCD = 12(V)

C KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

1 Kết luận:

Qua thực hiện nghiên cứu đề tài để đạt hiệu quả cao, trong ví dụ áp dụng tôi giải theo các bước cơ bản để học sinh làm quen và vận dụng Dần dần hình thành thói quen giúp học sinh giải bài tập vật lý theo trình tự hợp lý, có lôgich