SKKN Hướng dẫn học sinh gải bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh

Chính vì vậy, đề tài" Hướng dẫn học sinh giải bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh" sẽ giúp học sinh có một hệ thống bài tập về mạch điện, có phương pháp giải cụ thể của từng d

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Dòng điện không đổi có một số ứng dụng quan trọng trong đời sống và kỹthuật Chương “Điện học” là một trong những chương quan trọng của chương trìnhvật lý 9 - THCS Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải các bài tậpđịnh tính, bài tập định lượng của chương này đối với học sinh thật không dễ dàng

Chính vì vậy, đề tài" Hướng dẫn học sinh giải bài toán về mạch điện hỗn hợp

không tường minh" sẽ giúp học sinh có một hệ thống bài tập về mạch điện, có

phương pháp giải cụ thể của từng dạng với hướng dẫn giải chi tiết từng bài Đồngthời thông qua việc giải bài tập, học sinh có thể được rèn luyện về kĩ năng, pháttriển tư duy sáng tạo và năng lực tự làm việc của bản thân

Qua quá trình dạy học và tích luỹ, bản thân tôi đã và đang áp dụng cácphương pháp giải bài toán mạch điện hỗn hợp không tường minh áp dụng có hiệuquả trong quá trình giảng dạy

2 Mục đích nghiên cứu

Hướng dẫn phương pháp giải các dạng bài tập của chương “Điện học”, từ đóvạch ra tiến trình hướng dẫn hoạt động dạy học nhằm giúp học sinh nắm vữngkiến thức về chương này, trên cơ sở đó học sinh có thể tự lực vận dụng kiến thức

để giải các bài tập cùng dạng theo phương pháp đã đưa ra

Nghiên cứu và xây dựng bài tập mạch điện phân theo dạng chủ yếu nhằm tạohứng thú cho học sinh trong khi làm bài tập mạch điện

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu lý luận dạy học về bài tập vật lý để vận dụng vào hoạt độngdạy học

3.2 Nghiên cứu nội dung chương “Điện học” chương trình sách giáo khoavật lý 9 nhằm xác định nội dung kiến thức cơ bản học sinh cần nắm vững và các kĩnăng giải bài tập về mạch điện soạn thảo hệ thống bài tập của chương này, đưa raphương pháp giải theo dạng mạch điên hỗn hợp không tường minh, đề xuất tiếntrình hướng dẫn học sinh giải bài tập trong hệ thống bài tập này

3.3 Thực nghiệm sư phạm ở nhóm học sinh để kiểm tra hiệu quả

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý luận dạy học vật lý ở

trường THCS

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: nghiên cứu sử dụng phương pháp

dạy học ứng dụng bài tập trong tiết học vật lý 9, chương "Điện học"

4.3 Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành giảng dạy có đối chứng ở trường

THCS để đánh giá hiệu quả, kiểm chứng tính khả thi của đề tài.

5 Đối tượng nghiên cứu

- Các bài toán về mạch điện trong sách 500 bài tập vật lí lớp 9 THCS, các bài

tập sưu tầm từ các đề thi

- Phương pháp dạy học theo bài-lớp

- Học sinh khá giỏi lớp 9

NỘI DUNG

1 Cơ sở lí luận

Phương pháp dạy học là một bộ phận hợp thành của quá trình sư phạm nhằmđào tạo thế hệ trẻ có tri thức khoa học, về thế giới quan và nhân sinh quan, thóiquen và kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tế Phương pháp dạy học

có mối liên hệ biện chứng với các nhân tố khác của quá trình dạy học Nhữngphương pháp dạy học phải thống nhất biện chứng giữa việc giảng dạy của giáoviên với việc học tập của học sinh Đồng thời góp phần có hiệu quả vào việc thựchiện tốt các khâu của quá trình dạy học Xác định kế hoạch giáo dục, giáo dưỡng,phát triển bộ môn một cách nhịp nhàng, cụ thể hoá nhiệm vụ dạy học trên cơ sởđặc điểm của học sinh, điều chỉnh kế hoạch dạy học cho sát với diễn biến thực tế,

tổ chức và hướng dẫn học sinh học tập ở trên lớp cũng như ở nhà phù hợp với dựđịnh sư phạm

Đối với môn Vật lí ở trường phổ thông, bài tập vật lí đóng một vai trò hếtsức quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm bài tập vật lí là một hoạt động dạyhọc đòi hỏi sự công phu, tỉ mỉ của người giáo viên Ở đó bộc lộ rõ nhất trình độcủa người giáo viên vật lí trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh Vìthế đòi hỏi người giáo viên và cả học sinh phải học tập và lao động không ngừng.Bài tập vật lí sẽ giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật và những hiện tượng vật

lí Thông qua các bài tập ở các dạng khác nhau tạo điều kiện cho học sinh vậndụng linh hoạt nhiều kiến thức để tự lực giải quyết thành công ở các tình huống cụthể khác nhau từ đó kiến thức các em được học mới trở nên sâu sắc hoàn thiện vàtrở thành vốn riêng của mình Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụthể do bài tập đề ra học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh, phântích, tổng hợp, khái quát hoá để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp phát triển tư duysáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy luận Bởi vậy việchướng dẫn giải bài tập vật lí một cách bài bản, chính xác, hiệu quả cao của ngườigiáo viên sẽ góp phần gây hứng thú học tập cho học sinh nhằm đạt mục tiêu pháttriển giáo dục toàn diện trong nhà trường

2 Thực trạng

Chúng ta thấy rằng trong thực tế trình độ nhận thức của học sinh THCS chưacao, đặc biệt là đối với vùng nông thôn Thời gian tiếp thu trên lớp còn ít so vớilượng kiến thức và khả năng tư duy, nhận dạng, phân loại bài toán để xác địnhđược yêu cầu của bài toán là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh

Bên cạnh đó, một mặt do nhu cầu ham học, ham hiểu biết của một số họcsinh có triển vọng, mặt khác do mức độ quan trọng của vật lý 9 đối với việc thi vàolớp 10 và tiếp tục học ban KHTN ở các lớp trên nên yêu cầu đặt ra là phải chọnlựa, sàng lọc và phân loại bài tập để hướng dẫn cách giải cho học sinh là công việc

vô cùng quan trọng đối với mỗi giáo viên dạy chính khoá và bồi dưỡng nâng cao

Thực tế cho thấy: kiến thức là vô hạn, các loại, các dạng bài tập nói chung,bài tập về mạch điện nói riêng là rất phong phú và đa dạng Trong đó có thể kể tớicác dạng bài tập sau:

- Bài tập về mạch điện mắc nối tiếp, mắc song song

- Bài tập về mạch điện hỗn hợp tường minh

- Bài tập về mạch điện hỗn hợp không tường minh

- Bài tập về mạch cầu, mạch đối xứng, mạch tuần hoàn, mạch bậc thang Trong quá trình bồi dưỡng vật lý THCS cho học sinh, nếu ta chỉ phân ra cácphần cơ, nhiệt, điện, quang; mỗi phần làm một vài bài để học sinh quan sát, ghichép và ghi nhớ máy móc theo kiểu tái hiện thì rất khó có thể để ghi nhớ bền vững

và áp dụng khi cần thiết

Việc bồi dưỡng học sinh có triển vọng đòi hỏi giáo viên phải định hướngđược và phân loại từng dạng bài tập cho học sinh Với mỗi dạng bài tập trước hếtcung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, những điểm cần lưu ý, cung cấpcách giải cụ thể, chọn lựa bài tập cho học sinh luyện giải để nắm vững phươngpháp với mức độ từ đơn giản đến phức tạp Trong các dạng bài tập đó thì việc họcsinh biết phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện phức tạp thì mới có thểbắt tay vào việc giải các bài tập khác

Trong quá trình dạy học sinh ở các lớp bồi dưỡng, trước khi hướng dẫn chohọc sinh kinh nghiệm này, khi gặp bài tập về mạch điện không tường minh thì họcsinh thường lúng túng, chỉ có số ít là thực hiện được, còn lại là thực hiện đượcnhưng chưa đạt yêu cầu, thậm chí là có học sinh không có định hướng giải Điều

đó làm cho học sinh có tâm lí chán nản, ngại học vật lý Song do điều kiện có hạn

về thời gian, điều kiện về phương tiện, đồ dùng, vật chất nên không thể nghiêncứu kĩ để trình bày đủ các cho các dạng bài tập về từng loại mạch điện.Trong đề tàicủa mình tôi chỉ đưa ra một vài kinh nghiệm nhỏ để giúp học sinh biến đổi từ mạchđiện hỗn hợp không tường minh trở về mạch điện hỗn hợp tường minh để có thểthực hiện giải một cách đơn giản.Và như vậy, khi học sinh đã biết cách vẽ lại mạchđiện thì khi đó học sinh sẽ có sự hứng thú để bắt tay vào việc khai thác nhiều dạngtoán, bài toán về mạch điện

Từ những lí do đã trình bày ở trên để giúp học sinh có khả năng giải toán vật

lí phần định luật Ôm, bồi dưỡng học sinh có triển vọng để chọn đội tuyển học sinh

giỏi đạt kết quả cao, tôi đã lựa chọn chuyên đề " Hướng dẫn học sinh giải bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh" nhằm cung cấp cho học sinh có

thêm giải pháp để giải các bài toán loại mạch điện này

3 Nội dung

3.1 Nhắc lại một số kiến thức cơ bản

Một mạch điện có thể gồm nhiều đoạn mạch điện Mỗi đoạn mạch điện ởgiữa hai điểm của đoạn mạch điện có thể gồm một hay nhiều bộ phận, các bộ phận

có thể mắc nối tiếp hoặc mắc song song với nhau

1

R

R U

U

*Chú ý: U 1 = I 1 R 1 = I.R 1 = U R R 1 = U.

2 1

1

R R

R

U 2 = I 2 R 2 = I.R 2 = U R R 2 = U

2 1

2

R R

1

R

R U

U



- Nếu R2 = 0 thì theo (5a) ta thấy : U2 = 0 và U1 = U

Do đó trên sơ đồ (H.1) Hai điểm C và B: UCB = I.R2 = 0 Khi đó điểm C coi nhưtrùng với điểm B (hay điểm C và B có cùng điện thế)

A

_

+

H.2

2 2

1 1

2 1 1

1

1

) (

.

R I R R R

R R I U R

U I

1 2

1 2

2 1 2

2

2

) (

.

R I R R R

R R I U R

U I

1

R

R I

Sau đây là một số Quy tắc để chuyển những mạch điện phức tạp về những

dạng đơn giản Từ đó tìm ra lời giải ngắn gọn cho bài toán

+ Quy tắc 1: Chập các điểm có cùng hiệu điện thế

Các điểm có cùng hiệu điện thế là các điểm sau đây:

- Nối với nhau bằng dây dẫn và ampe kế có điện trở rất nhỏ có thể bỏ qua

- Các điểm đối xứng với nhau qua trục đối xứng của mạch đối xứng Trục đốixứng là đường thẳng hoặc mặt phẳng đi qua điểm vào và ra của mạch điện, chiamạch điện thành hai nửa đối xứng

+ Quy tắc 2: Tách nút

Tách một nút thành hai nút sao cho hai nút vừa tách có cùng điện thế, chập lại

ta được mạch điện ban đầu

+ Quy tắc 3: Bỏ điện trở

Ta có thể bỏ các điện trở (khác 0) nếu hai đầu điện trở đó có điện thế bằngnhau.

+ Quy tắc 4: Mạch tuần hoàn

Nếu một mạch điện có các mắt xích giống hệt nhau lặp đi lặp lại một cách tuầnhoàn thì điện trở tương đương sẽ không thay đổi nếu ta thêm vào (hoặc bớt đi) mộtmắt xích

R R R

R R R

- Trong một mạch điện, các điểm nối với nhau bằng dây nối (hoặc ampe kế)

có điện trở không đáng kể được coi là trùng nhau Khi đó ta chập các điểm đó lại

- Phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện là bước khá quan trọng,

nó giúp ta thực hiện yêu cầu của bài toán tránh được những sai sót

H.4

Cuối cùng, ta áp dụng các tính chất và hệ quả của định luật Ôm đối với từngloại đoạn mạch nối tiếp và song song Đối với dạng mạch điện hỗn hợp khôngtường minh có rất nhiều bài tập nhưng trong khuôn khổ đề tài này tôi đưa ra haidạng bài toán cơ bản là: Bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh có sựtham gia của Vôn kế hoặc Ampe kế hoặc cả hai dụng cụ đo đó và dạng bài toán vềmạch điện hỗn hợp không tường minh có nhiều điện trở.

3.2.1 Các bài tập thí dụ cụ thể:

3.2.1.1 Dạngbài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh có sự tham gia của Vôn kế hoặc Ampe kế

*Phương pháp chung:

*Bước 1: - Bỏ ampe kế nối dây dẫn lại

- Bỏ vôn kế không nối dây dẫn

-Trên đường nối dây dẫn nếu không có điện trở thì giáo viên hướng dẫn học sinhbiết các điểm trên dây là như nhau và được ký hiệu bằng một chữ cái giống nhau Nếu có điện trở thì hai đầu điện trở là hai điểm khác nhau và được ký hiệu bằng hai chữ cái khác nhau

* Bước 2: - Tiến hành vẽ lại mạch điện theo ký hiệu các chữ cái đã được qui định

viết trên mạch điện

- Sau đó xác định chiều dòng điện để vẽ lại sơ đồ mạch điện

* Bước 3: Dựa vào mạch điện ban đầu theo đề bài và mạch điện đã được vẽ lại để

tìm số chỉ của ampe kế và vôn kế

Để thực hiện vẽ phương pháp này tôi đưa ra các bài tập ví dụ sau đây

Bài tập thí dụ 1: (Trích đề thi GVDG Huyện Thanh Chương chu kỳ 2013

a Điều chỉnh R3 sao cho số chỉ của

ampe kế trong cả 2 trường hợp K đóng và K mở là như nhau

Tính giá trị R3 (Bỏ qua điện trở của ampe kế, khóa K và dây nối)

Hướng dẫn học sinh giải

K

H.5_

Vì mạch điện này vừa có cả biến trở vừa có cả khoá K, vừa có Ampe kế nên nó trởnên khó quan sát, do đó giáo viên cần hướng dẫn học sinh biết được đặc điểm củađoạn mạch khi K đóng và khi K mở.

Bước 1: Nhận xét

Do khoá K và Ampe kế có điện trở không đáng kể nên khi K đóng và K mởthì mạch điện xảy ra các trường hơp khác nhau

Bước 2: Thực hiện bài giải:

Ampe kế mắc nối tiếp với R4 nên số chỉ ampe kế là cường độ dòng điện qua R4

* Khi K đóng mạch điện được mắc: ((R3//R4) nt R2) // R1

Ta có: U34 =

3 4

3 4 3 42

2 1 4 2 1 43

1

.

9

18 11

A

R R U

2 1 4 2

R4 = 4Ω Khi đoạn mạch được mắc vào một

nguồn điện, ampe kế chỉ 3A

_

H.6

a/ Tính hiệu điện thế của nguồn điện

b/ Tính dòng điện đi qua R1 và R2

Hướng dẫn học sinh thực hiện giải

Với việc lần đầu tiên giải bài toán mạch điện hỗn hợp như thế này, học sinh lúngtúng trong việc phân tích mạch điện Vì vậy, sau khi đã được giáo viên cung cấpviệc chập các điểm nối với nhau bằng dây dẫn, ta yêu cầu học sinh quan sát kĩ sơ

đồ và nhận xét cách mắc

Bước 1: Nhận xét

Ta thấy các điểm A và D được nói với nhau bằng dây dẫn có diện trở khôngđáng kể, nên chúng có cùng điện thế và ta chập lại thành một điểm Như vậy thìgiữa hai điểm A và B có một đoạn mạch mắc song song gồm 3 mạch rẽ Mạch rẽthứ nhất chứa R1, mạch rẽ thứ hai chứa R2, mạch rẽ thứ ba chứa R3 và R4

Bước 2: Thực hiện bài giải

-Mạch điện được vẽ lại tương

đương như sau:

a/ Hiệu điện thế ở 2 cực của nguồn điện

b/ Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

Hướng dẫn học sinh thực hiện giải

Khi học sinh quan sát sơ đồ mạch điện, rất khó để có thể phân tích được cách mắccác bộ phận trong mạch điện, ta yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét sơ đồ cáchmắc

Bước 1; Nhận xét: Ta thấy hai điểm B và C được nối với nhau bằng dây dẫn có

điện trở không đáng kể Do đó, ta sử dụng quy tắc chập hai điểm này lại với nhau.Khi đó đoạn mạch AC và đoạn mạch CD là hai đoạn mạch mắc nối tiếp, mỗi đoạnmạch đó lại có 2 điện trở được mắc song song Như vậy, mạch điện gồm: Hai đoạnmạch mắc song song AC và CD mắc nối tiếp với nhau và nối tiếp với điện trở R1

mắc vào nguồn điện

Bước 2: Thực hiện bài giải

- Mạch điện được vẽ lại tương đương như

72 12 6

12 6 R

.

R 1

1

1

3 2

3 2 AC 3

2

3 2 3 2

R R R

R

R R

R

R AC

Điện trở tương đương của đoạn mạch CD là:

) ( 5 , 7 40

300 30 10

30 10 R

.

R 1

1

1

5 4

5 4 CD 5

4

5 4 5 4

R R R

R

R R

Cường độ dòng điện qua R2 và R3 là I2 và I3 :

2

3 3

2 2 I 2

6

12

I R

R I

H.9_

Ta có : 4 5

4

5 5

4 3 I 3

10

30

I R

R I

* Phát triển từ một bài toán ban đầu

Sau khi hướng dẫn học sinh bài toán gốc rồi để học sinh tự làm được bài rồigiáo viên có thể đưa ra các dạng tương tự từ sơ đồ mạch điện ban đầu để hướngdẫn học sinh cách chập các điểm có điện thế như nhau hay tách các điểm đó ra nếunhư dòng điện không thể đi qua giữa chúng

+Ví dụ 1: Như từ sơ đồ mạch điện

H.8 ta có thể thay dây dẫn BC bằng một vôn

kế có điện trở vô cùng lớn như H.10 thì

dòng điện không thể qua được vôn kế ta nên

áp dụng quy tắc tách 2 nút B và C(hai điểm

(I1, I2 là cường độ dòng điện lần lượt chạy qua

nhánh trên và nhánh dưới của mạch điện ban

đầu) Nếu Uv âm thì điện thế ở C cao hơn ở B và

ngược lại

+ Ví dụ 2: Từ sơ đồ mạch điện H.8 ta có thể bỏ

ampe kế rồi thay dây dẫn BC bằng một Ampe

kế có điện trở không đáng kể như H.11 Vì

Ampe kế có điện trở không đáng kể nên điện

thế ở B và C là như nhau ta áp dụng quy tắc chập 2 điểm đó với nhau và mạch điệntrở về dạng như đã làm trong trường hợp đầu, mạch điện khi đó có dạng:

R 1 nt {(R 2 // R 3 ) nt (R 4 // R 5 )} ta có thể tính được I1, I2, I3, I4 còn muốn tính chỉ số củaAmpe kế thì xét tại nút B ta có: I2 = IA + I4, Nếu cho kết quả IA dương thì dòngđiện qua Ampe kế từ B đến C, còn nếu IA âm thì dòng điện chạy từ C đến B

H.10

BM

C

BM

+ Ví dụ 3: Tương tự như trên ta có thể thay dây dẫn BC bằng một khoá Knhư H.12 Khi K mở mạch điện đưa về dạng như giữa BC có vôn kế, còn khi Kđóng mạch điện đưa về dạng ban đầu như H.8

+ Ví dụ 4: Tương tự ta có thể thay

dây dẫn bằng một điện trở như H.13 đến

đây bài toán trở nên phức tạp hơn nhiều,

nếu R6 = 0 thì đoạn mạch AD xảy ra

trường hợp cầu cân bằng Nếu điện trở

của dây nối vào R6 không đáng kể thì ta

có thể chập hai điểm có cùng điện thế là

định và cầu không cân bằng thì có thể áp

dụng quy tắc chuyển từ mạch sao sang tam giác và áp dụng công thức tính được

RA,RM,RN đã có trong quy tắc chuyển mạch tương ứng để rồi tính được Rtđ củamạch Với một bài toán khi đưa ra cho học sinh ta có thể thay đổi một vài dữ liệu

để có dạng tương tự theo từng cấp độ tăng dần độ khó sẽ giúp học sinh nắm đượccách giải một cách cơ bản nhất

Bài tập thí dụ 4 (Trích đề thi GVDG Huyện Đô Lương chu kỳ 2011 - 2013 và

đề thi chọn đội tuyển HSG tỉnh năm

học 2007-2008)

Cho mạch điện như hình vẽ:

a/ Ở hình vẽ(H.14).Biết R1=15

R2=R3=R4=10, RA=0;

Ampe kế chỉ 2A.Tính cường

độ dòng điện của các điện

C

BM

C

KA

R 1

-H.12

R2

H.12

R4

cường độ dòng điện qua các điện trở, độ giảm thế trên các điện trở và chỉ số ampe

kế (nếu có)

Hướng dẫn học sinh thực hiện giảii

Đây là 2 bài mà phòng GD Đô Lương đã từng ra để tổ chức thi cho học sinhchọn vào đội tuyển HSG Tỉnh năm học 2007 - 2008, và hội thi GVDG Huyện chu

và B với nhau và vẽ lại mạch điện, và rồi tính cường độ dòng điện qua R4 và cường

độ dòng điện trong mạch chính để tính số chỉ của Ampe kế

Ở sơ đồ mạch điện H.15 các Ampe kế đều có điện trở bằng 0 nên ta chập cácđiểm có cùng điện thế và vẽ lại sơ đồ mạch điện rồi mới tính được điện trở tươngđương và tính cường độ dòng điện tương ứng sau đó dựa vào sơ đồ gốc để xácđịnh số chỉ của các Ampe kế

Bước 2 Thực hiện bài giải:

a) -Vẽ lại sơ đồ mạch điện như H.16

-Do [R 2 nt(R 3 //R 4 )] nên điện trở

tương đương của mạch dưới: