SKKN ly

A. PHẦN MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Hiện nay, đất nước ta đang phát triển và đổi mới ngày càng mạnh mẽ về mọi mặt. Bộ GD&ĐT đã đặt vấn đề đổi mới phương pháp dạy học Vật lý ở bậc THCS. Việc vận dụng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý trong gần nhiều năm qua của giáo viên ở mỗi trường có những thành công và hạn chế khác nhau. Trong thực tế dạy học vật lý thì bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt. Hiện nay để việc thực hiện tốt chương trình sách giáo khoa mới và dạy học theo phương pháp đổi mới có hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh làm tốt các bài tập vật lý đã góp phần không nhỏ vào việc thành công trong công tác dạy học theo phương pháp đổi mới. Chính vì thế, trong những năm học qua tôi đã tìm hiểu thực trạng, nguyên nhân khiến cho nhiều học sinh học yếu, không ham thích môn vật lý. Từng bước tôi đã vận dụng các giải pháp mà mình tìm và thấy hiệu quả học tập của học sinh được nâng dần hơn. Môn vật lí là một trong những môn học lý thú, hấp dẫn trong nhà trường phổ thông, đồng thời nó cũng được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn đời sống hàng ngày của mỗi con người chúng ta. Hơn nữa môn học này càng ngày lại càng yêu cầu cao hơn để đáp ứng kịp với công cuộc CNH- HĐH đất nước vì đây là môn khoa học thực nghiệm , nhằm từng bước đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra " Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài", góp phần xây dựng Tổ Quốc ngày một giàu đẹp hơn. Đồng thời các em học sinh là một lực lượng lao động dự bị nòng cốt và thật hùng hậu về khoa học kỹ thuật, trong đó kiến thức, kỹ năng vật lý đóng góp một phần không nhỏ trong lĩnh vực này. Kiến thức, kỹ năng vật lý cũng được vận dụng và đi sâu vào cuộc sống con người góp phần tạo ra của cải, vật chất cho xã hội ngày một hiện đại hơn. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, các sự vật hiện tượng vật lí rất quen thuộc gần gũi với các em. Song việc tạo lòng say mê yêu thích và hứng thú tìm tòi kiến thức lại phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ sư phạm của người thầy. Qua giảng dạy và tìm hiểu tôi nhận thấy phần lớn các em chưa có thói quen vận dụng những kiến thức đã học vào giải bài tập vật lý một cách có hiệu quả. Thực tế qua các năm dạy chương trình thay sách lớp 9 bản thân nhận thấy: chương trình sách giáo khoa vật lý ở lớp 9 đòi hỏi cao hơn, nhất là việc vận dụng các kiết thức vật lý vào giải bài tập. Hệ thống bài tập chủ yếu trong chương trình vật lý lớp 9 là các bài toán về điện và quang, trong đó bài tập về phần điện rất đa dạng và phong phú. Qua việc giảng dạy bộ môn Vật lí nói chung và phần điện học nói riêng tôi thấy bài tập liên quan đến biến trở là loại bài tập khó. Học sinh thường ngại làm những bài tập dạng này do tính toán phức tạp, áp dụng nhiều kiến thức toán, học sinh trung bình thường tích hợp kiến thức chưa tốt . Trong quá trình làm bài tập học sinh thường chỉ quen với cách mắc biến trở nối tiếp trong mạch điện nên khi biến trở tham gia cách mắc hỗn hợp các em còn lúng túng. Đồng thời dạng toán biến trở thường đưa vào trong các đề thi HSG cấp huyện cấp tỉnh và thi vào trường chuyên lớp chọn và vào cấp 3. Với những lý do trên, để giúp HS lớp 9 có một định hướng về phương pháp giải bài toán mạch điện có biến trở lớp 9, nên tôi đã chọn đề tài: “ Phân loại và Phương pháp giải bài toán mạch điện có biến trở’’ với mong muốn phần nào khắc phục được nhược điểm mà học sinh mắc phải khi giải bài tập vật lý 9 góp phần hoàn thành mục tiêu , đáp ứng được yêu cầu giáo dục trong giai đoạn hiện nay. II. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: - Phạm vi nghiên cứu: chương I: Điện học vật lý 9. - Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 9 trường THCS Thất Hùng. III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Phân loại các dạng bài tập về mạch điện có biến trở và hướng dẫn HS cách phân tích tìm lời giải đối với từng dạng, và hướng dẫn chi tiết ở một số bài tập cụ thể để từ đó các em có thể nắm vững phương pháp và tự lực giải được các bài tập dạng này. - Đổi mới phương pháp dạy học. - Nâng cao chất lượng dạy học, cụ thể là chất lượng học sinh giỏi là mũi nhọn. - Rèn cho học sinh có kỹ năng giải bài tập mạch điện có biến trở làm cơ sở cho các năm tiếp theo. B - PHẦN NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÝ LUẬN: - Đối với môn vật lý ở trường phổ thông, bài tập vật lý đóng một vai trò hết sức quan trọng , để hướng dẫn học sinh làm bài tập vật lý đạt hiệu quả đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng đầu tư, sáng tạo, tìm tòi phương pháp phù hợp. Bài tập vật lý sẽ giúp các em hiểu sâu hơn những qui luật, hiện tượng vật lý. - Thông qua các bài tập vật lý tạo điều kiện cho HS vận dụng linh hoạt các kiến thức đã học, làm cho các kiến thức đó trở nên sâu sắc và trở thành vốn riêng của HS. Khi giải các bài tập HS phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh , phân tích ,tổng hợp…Nên bài tập vật lý đã phần nào gây hứng thú cho học sinh. Dạy học vật lí là việc làm thường xuyên, liên tục và lâu dài. Nó đòi hỏi người giáo viên không phải chỉ có năng lực, kinh nghiệm mà phải có cả tâm huyết với nghề, yêu nghề, yêu trò, phát hiện và bồi dưỡng tạo điều kiện để cho những em có năng lực tự bộc lộ khả năng một cách tối đa. Theo ý kiến của nhiều học giả đều cho rằng mỗi học sinh đều có mặt mạnh riêng, vì vậy trong dạy học giáo viên cần chú ý đến từng đối tượng học sinh thì sẽ nâng cao được chất lượng toàn diện . II. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ: 1. Thuận lợi: - Giáo viên được đào tạo có trình độ chuyên môn nghiệp vụ đạt chuẩn . - Từng bước nắm bắt sự thay đổi về mọi mặt của đất nước, nhạy bén trước thay đổi của khoa học kĩ thuật hiện đại, giáo viên đã tìm hiểu và vận dụng, đổi mới phương pháp dạy học, ứng dụng công nghệ thông tin vào soạn dạy. - Đa số các em chăm ngoan, tích cực học tập. Đa số các em có tinh thần tự học cao. Tính chủ động tìm hiểu kiến thức qua sách báo, trên mạng Internet… ở nhiều HS càng được phát huy. Số HS đạt điểm giỏi môn lý học ngày càng nhiều hơn, học sinh giỏi huyện dần dần đạt kết quả cao HS giỏi tỉnh dần dần xuất hiện tuy ít nhưng cũng nhen nhóm niềm hi vọng cho thầy-trò của trường THCS Thất Hùng từ những học sinh đạt thành tích cao trong các kỳ thi HSG huyện và tỉnh để làm tấm gương cho thế hệ HS sau. 2. Khó khăn: - Tài liệu tham khảo bộ môn vật lý chưa phong phú. - Do tư duy của học sinh còn hạn chế nên khả năng tiếp thu bài còn chậm, lúng túng đặc biệt là dạng toán tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất từ đó không nắm chắc các kiến thức, kĩ năng cơ bản, các bất đẳng thức liên quan đến giá trị lớn nhất , nhỏ nhất do đó khó mà hoàn thiện được bài toán mạch điện có biến trở. III. NHỮNG GIẢI PHÁP THỰC HIỆN: Những bài toán phần điện học lớp 9 đặc biệt là các bài toán có biến trở . Các bài toán loại này vẫn còn mới lạ và rất khó đối với HS, Mặc dù không quá phức tạp đối với HS lớp 9 nhưng vẫn cần tập dần cho HS có kỹ năng định hướng bài giải một cách có hệ thống, có khoa học, dễ dàng thích ứng với các bài toán mạch điện có biến trở dạng cao hơn . Để khắc phục khó khăn đã nêu ở trên, tôi đã đưa ra một số giải pháp cần thiết cho HS bước đầu có một phương pháp cơ bản để giải loại bài toán mạch điện có biến trở lớp 9 được tốt hơn: 1. Giáo viên cho HS phân loại các dạng bài tập, các dạng mạch điện : 2. Giáo viên cho HS đọc kỹ đề. Sau đó tóm tắt đề bài. 3. Để học sinh phân tích , tổng hợp và huy động kiến thức toán học kết hợp với vật lý . 4. Nắm chắc các công thức vật lý, các bất đảng thức các tính chất của đại số ,dùng các phép toán để biến đổi các hệ thức. C. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. KIẾN THỨC CẦN NẮM I. Một số vấn đề về lý thuyết: a) Khái niệm về biến trở: Biến trở là điện trở có thể thay đổi được trị số và có thể được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch. Biến trở có thể mắc nối tiếp, mắc song song hoặc mắc hỗn hợp với các thiết bị trong mạch điện. Có nhiều loại biến trở như biến trở con chạy, biến trở than hay biến trở có tay quay Biến trở là dụng cụ có nhiều ứng dụng trong thực tế cuộc sống và kĩ thuật như biến trở hộp trong các thiết bị điện đài, ti vi,lioa, b) Cách mắc biến trở vào mạch điện + Biến trở được mắc nối tiếp : + Biến trở được mắc vừa nối tiếp vừa song song + Biến trở được mắc vào mạch cầu : c. Kiến thức tích hợp để giải bài tập mạch điện có biến trở * Bất đẳng thức Cô si Với 2 số: 0 ,b 0 a ≥ ≥ . 2 a b ab + ≥ Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a = b *Phương trình bậc 2 Cho phương trình bậc 2 một ẩn: ax 2 + bx + c = 0 ( a ≠ 0 ) (*) Ta có : ∆ = b 2 – 4ac Phương trình có nghiệm ⇔ 2 0 b - 4ac 0≥ ⇔ ≥V + Nếu ∆ = 0 : phương trình (*) có nghiệm kép : x = - 2 b a III. TRÌNH TỰ GIẢI MỘT BÀI TẬP VẬT LÍ. 1.Hiểu kỹ đầu bài. - Đọc kỹ dầu bài: bài tập nói gì? cái gì là dữ kiện? cái gì phải tìm? -Tóm tắt đầu bài bằng cách dùng các ký hiệu chữ đã qui ước để viết các dữ kiện và ẩn số, đổi đơn vị các dữ kiện cho thống nhất(nếu cần thiết ). B C A R N M § B C A N M C M N A C B § M N B C R 2 D R 1 A - Vẽ hình , nếu bài tập có liên quan đến hình vẽ hoặc nếu cần phải vẽ hình để diễn đạt đề bài. Cố gắng vẽ dúng tỉ lệ xích càng tốt. Trên hình vẽ cần ghi rõ dữ kiện và cái cần tìm. 2. Phân tích nội dung bài tập, lập kế hoạch giải. - Tìm sự liên hệ giữa những cái chưa biết (ẩn) và những cái đã biết (dữ kiện) - Nếu chưa tìm được trực tiếp các mối liên hệ ấy thì có thể phải xét một số bài tập phụ để gián tiếp tìm ra mối liên hệ ấy. - Phải xây dựng được một dự kiến về kế hoạch giải. 3. Thực hiện kế hoạch giải. - Tôn trọng trình tự phải theo để thực hiện các chi tiết của dự kiến, nhất là khi gặp một bài tập phức tạp. - Thực hiện một cách cẩn thận các phép tính số học, đại số hoặc hình học. Nên hướng dẫn học sinh làm quen dần với cách giải bằng chữ và chỉ thay giá trị bằng số của các đại lượng trong biểu thức cuối cùng. - Khi tính toán bằng số, phải chú ý đảm bảo những trị số của kết quả đều có ý nghĩa. 4. Kiểm tra đánh giá kết quả. - Kiểm tra lại trị số của kết quả: Có đúng không? Vì sao? Có phù hợp với thực tế không? - Kiểm tra lại các phép tính: có thể dùng các phép tính nhẩm và dùng cách làm tròn số để tính cho nhanh nếu chỉ cần xét độ lớn của kết quả trong phép tính. - Nếu có điều kiện, nên phân tích, tìm một cách giải khác, đi đến cùng một kết quả đó. Kiểm tra xem còn con đường nào ngắn hơn không. IV. PHƯƠNG PHÁP GIẢI GIẢI BÀI TẬP MẠCH ĐIỆN CÓ BIẾN TRỞ Dạng 1: Biến trở được mắc nối tiếp với bóng đèn Ví dụ 1: Một bóng đèn khi sáng bình thường có điện trở là R 1 = 7,5 Ω và cường độ dòng điện chạy qua khi đó I = 0,6 A . Bóng đèn được mắc nối tiếp với biến trở và U A C B § chúng được mắc vào hiệu điện thế U = 12 V .Phải điều chỉnh con chạy C để R AC có giá trị R 2 = ? để đèn sáng bình thường ? Hướng dẫn Khi đèn sáng bình thường => I đ = 0,6 A => I tm = 0,6 A (vì mạch nt) ⇒ I tm = 1 0,6 ( ) AC U A R R = + Từ đó HS tìm ra R AC + R 1 và rút ra R AC khi thay R 1 = 7,5 Ω Bài giải Theo đầu bài : R 1 = R đ = 7,5 Ω và I đm = 0,6 A Để đèn sáng bình thường ⇔ I đ = 0,6 A. Vì Đ nối tiếp với R AC => I tm = 0,6 A Áp dụng định luật ôm cho mạch nối tiếp ta có R AC +R đ = 12 20( ) 20 7,5 12,5( ) 0,6 AC U R I = = Ω ⇒ = − = Ω Vậy phải điều chỉnh con chạy C sao cho R AC = 12,5 Ω thì khi đó đèn sẽ sáng bình thường . Ví dụ 2 : Cho mạch điện ( như hình vẽ ) có U AB = 12 V , khi dịch chuyển con chạy C thì số chỉ của am pe kế thay đổi từ 0,24 A đến 0,4 A . Hãy tính giá trị R 1 và giá trị lớn nhất của biến trở ? Hướng dẫn Khi C dịch chuyển => số đo của am pe kế thay đổi từ 0,24 A đến 0,4 A nghĩa là gì ? +) Khi C trùng A => R AC = 0 => R MN = R 1 (nhỏ nhất ) => I = 0,4 A là giá trị lớn nhất . Lúc đó R tđ = R 1 Biết I và U ta tính được R 1 Ngược lại +) Khi C trùng với B I = 0,24 A là giá trị nhỏ nhất => R tđ = R 1 + R o . vậy biết U , R 1 và I ta sẽ tính được R o là điện trở lớn nhất của biến trở . Bài giải 1. Tính R 1 : Khi con chạy C trùng với A => R tđ = R 1 ( vì R AC = 0 ) và am pe kế khi đó chỉ 0,4 A . Mà U MN = 12 V => R 1 = R tđ = 12 30( 0,4 MN U I = = Ω ) A B R 1 A N M C Vậy R 1 = 30 Ω 2. Tính điện trở lớn nhất của biến trở : Khi C trùng với B => R tđ = R 1 + R o có giá trị lớn nhất => I đạt giá trị nhỏ nhất => I = 0,24 A Ta có R o + R 1 = 12 50( ) 0,24 MN U I = = Ω Mà R 1 = 30( Ω ) ⇒ R o = 50 – 30 = 20 ( Ω ) Vậy giá trị lớn nhất của biến trở là 20 Ω Ví dụ 3 : Cho mạch điện ( như hình vẽ ) Đèn loại 6 V – 3,6 W , U MN = 12 V không đổi 1 . Khi điện trở của biến trở R x = 20 Ω . Hãy tính công suất tiêu thụ của đèn và cho biết độ sáng của đèn thế nào ? 2 . Muốn đèn sáng bình thường phải điều chỉnh con chạy cho R ’ x = ? Bài giải : 1 ) Khi R x = 20 Ω => R tđ = R đ + R x = R đ + 20 ( vì mạch nối tiếp ) . Mà R đ = 2 2 6 10( ) 3,6 dm dm U P = = Ω => R tđ = 10 + 20 = 30 ( Ω ) => I = 12 0,4( ) 30 MN td U A R = = => P đ = I 2 . R đ = 0,4 2 . 10 = 1,6 ( W ) Ta thấy P đ < P đm vậy đèn tối hơn bình thường . 2) Để đèn sáng bình thường ⇔ I đm = 3,6 0,6 ( ) 6 dm dm P A U = = Vì là mạch nt => I đ là I ‘ tm Nên I ‘ tm = 0,6 A => R ’ tđ = R đ + R ’ x = ' ' 12 20 ( ) 20 20 10 10( ) 0,6 MN x d U R R I = = Ω ⇒ = − = − = Ω Vậy phải điều chỉnh con chạy C sao cho R ’ x = 10 Ω thì đèn sáng bình thường . Ví dụ 4 : Cho mạch điện ( như hình vẽ ) Khi con chạy C ở vị trí A thì vôn kế chỉ 12 V khi con chạy C ở vị trí B thì vôn kế chỉ 7,2 V Tính giá trị điện trở R ( Biết trên biến trở có ghi 20 Ω - 1 A ) Hướng dẫn : Tương tự như VD 2 khi C trùng với A => vôn kế chỉ giá trị lớn nhất nghĩa là chỉ U MN và khi đó R tđ chỉ còn là R ( R AC = 0 ) . Khi C trùng với B => R AC bằng số ghi trên biến trở => HS dễ dàng giải được bài toán § C M N R x V R x C M N R B A Bài giải +)Khi con chạy C trùng với A khi đó R AC = 0 => R tđ = R và khi đó vôn kế chỉ 12 V nghĩa là U MN = 12 V +) Khi con chạy C trùng với B khi đó R AC = 20 Ω ( bằng số ghi trên biến trở ) và khi đó vôn kế chỉ 7,2 V => U R = 7,2 V 12 7,2 4,8 ( ) AC MN R U U U V⇒ = − = − = 4,8 0,24 ( ) 20 AC AC AC U I A R ⇒ = = = Vì mạch nt 0,24 ( ) R I A⇒ = mà U R = 7,2 V Vậy : 7,2 30 ( ) 0,24 R R U R I = = = Ω Trên đây là một số ví dụ tiêu biểu cho dạng mạch điện có biến trở mắc nối tiếp với bóng đèni . Song để thành thạo loại bài tập này HS cần phải rút ra cho mình một vài kinh nghiệm sau : 1 - R tđ = R tải + R x trong đó R x là phần điện trở tham gia của biến trở . 2 - I Rx là cường độ dòng điện trong mạch chính và U Rx = U tm - U tải 3 - Khi C trùng với điểm đầu lúc đó R x = 0 & R tđ = R tải ( là giá trị nhỏ nhất của điện trở toàn mạch ) và khi đó I đạt giá trị lớn nhất ( vì U MN không đổi ) . 4 - Ngược lại khi C trùng với điểm cuối lúc đó R tđ = R tải + R x ( là giá trị lớn nhất của R tđ ) và khi đó I đạt giá trị nhỏ nhất ( vì U MN không đổi ) . Dạng 2: Biến trở được mắc vừa nối tiếp, vừa song song. Với loại bài tập này biến trở được dùng như một điện trở biến đổi , ta phải sử dụng bất đẳng thức ( 0 ) x o R R≤ ≤ trong đó R o là điện trở toàn phần của biến trở . Và HS phải biết vẽ lại mạch điện để dễ dàng sử dụng định luât ôm trong mạch nối tiếp cũng như mạch song song . Ví dụ 5 : Cho mạch điện (như hình vẽ ),đèn sáng bình thường .Với U đm = 6 V và I đm = 0,75 A . Đèn được mắc với biến trở .Có điện trở lớn nhất băng 16 Ω và U MN không đổi bằng 12V Tính R 1 của biến trở để đèn sáng bình thường ? Hướng dẫn + Trước hết HS phải vẽ lại được mạch điện & khi đó (Đ// R AC ) nt R CB Trong đó: R AC = R 1 M N A C B § + Khi đèn sáng bình thường => U đ = U AC = ? -> U CB = ? + I đ + I AC = I CB Trong đó: 1 1 1 1 ; (*) 16 16 AC d d d AC CB d U U U U U U I I I R R R R − − = = ⇒ + = − − Học sinh giải PT (*) -> Tìm được R 1 Bài giải Sơ đồ mới: Ta có: R CB = 16 – R 1 Vì đèn sáng bình thường -> U đ = 6V I đ = 0,75A -> U AC = U đ = 6V-> I AC = 1 1 6 d U R R = Vì (Đ//R AC ) nt R BC => I d + I AC = I BC Mà 1 16 d BC U U I R − = − Ta có PT: 1 1 6 12 6 16 d I R R − + = − Hay 0,75 + 1 1 6 6 16R R = − 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 1 3 6 6 4 16 3(16 ) 24(16 ) 24 48 3 384 24 24 3 384 128 128 11,3 R R R R R R R R R R R R R + = − − + − = − + − = = = = = Ω Vậy phải điều chỉnh con chạy C để R AC = R 1 = 11,3 ( Ω ) thì đèn sáng bình thường. Ví dụ 6 : Cho mạch điện như hình vẽ. Biến trở có điện trở toàn phần R o = 12 Ω Đèn loại 6V – 3W; U MN = 15 V. a, Tìm vị trí con chạy C để đèn sáng bình thường. b, Khi dịnh C ->A Độ sáng của đèn thay đổi thế nào? 16 - R 1 § B C A N M C R 0 § B C M A