Phát triển tư duy học sinh trong quá trình tìm lời giải bài toán mạch điện

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CƯ JÚT TRƯỜNG THCS NGUYỄN CHÍ THANH == == =o0o= == == Đề tài: “Phát triển tư duy học sinh trong quá trình tìm lời giải bài toán mạch điện” PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CƯ JÚT TRƯỜNG THCS NGUYỄN CHÍ THANH

== == =o0o= == ==

Đề tài: “Phát triển tư duy học sinh trong quá trình tìm lời giải bài toán mạch

điện”

PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

a/ Lý do khách quan:

Trường THCS Nguyễn Chí Thanh đóng chân trên địa bàn thôn 7 Xã Nam Dong –

Cư jút – Đăk Nông là một địa bàn tập trung phần đông là dân tộc phía Bắc vào định cư trong đó chủ yếu là dân tộc Nùng và dân tộc Tày, sự quan tâm đến việc học tập của phụ huynh đối với con cái còn nhiều hạn chế, rất nhiều học sinh ở xa trường phải ở trọ gần trường để đi học… Vì vậy việc định hướng, quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo của người lớn đối với việc học của học sinh còn nhiều hạn chế

b/ Lý do chủ quan:

Một số học sinh tỏ ra yêu thích môn Vật lý, tuy vậy phần lớn học sinh ngần ngại

và cho rằng đây là môn học khó hơn so với các môn tự nhiên còn lại Nguyên nhân chủ yếu là do các em chưa có một phương pháp thực sự để học, để giải các bài tập đòi hỏi tư duy Đặc biệt sang chương trình Vật lý 9, có rất nhiều bài tập về phần điện đòi hỏi các

em phải phân tích được mạch điện Việc tóm tắt, phân tích bài toán để tìm hướng đi đúng cho bài giải đòi hỏi ở học sinh rất nhiều, rất cao và phải có nhiều kinh nghiệm (đặc biệt trong xu thế các bài tập chủ yếu là bài tập trắc nghiệm) Do đó từ đầu năm tôi đã hướng và phát triển dần cho học sinh những kĩ năng cần thiết này, giúp các em có một

kỹ năng nhất định trong việc giải các bài tập về Vật lý

Với các yêu cầu thời sự trên, đề tài nhằm nêu lên thực trạng về việc giải bài tập Vật lý của học sinh hiện nay, sự chuyển biến nhằm đưa ra một phương pháp hướng dẫn học sinh suy nghĩ tìm lời giải cho một bài tập Vật lý phần điện học, đặc biệt là các bài

tập về mạch điện một cách khoa học nhất.Chính vì vậy tôi chọn đề tài: “Phát triển tư

duy học sinh trong quá trình tìm lời giải bài toán mạch điện”

PHẦN II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1/ Đối tượng và phạm vi ứng dụng của đề tài:

Bài tập là một phương tiện giáo dục, giáo dưỡng cho học sinh giúp học sinh hiểu, khắc sâu phần lí thuyết Mặt khác bài tập là một hoạt động tự lực của học sinh, phần nhiều bài tập làm ở nhà không có sự giúp đỡ, chỉ đạo của giáo viên Đặc biệt hiện nay môn Vật lý hầu như không có tiết bài tập hoặc rất ít nên thực tế nhiều học sinh lúng túng không biết giải quyết các bài tập cho về nhà như thế nào, đặc biệt là những bài đòi hỏi phải tư duy nhiều Tình trạng phổ biến hiện nay là học sinh rất thụ động, máy móc, chưa có động cơ học tập đúng đắn, còn giáo viên chỉ chủ trọng nhiều tới các bài tập tính toán cho nên học sinh chỉ thuộc công thức máy móc mà không hiểu rõ hiện tượng Vật

lý, ý nghĩa Vật lý của công thức đó

Bởi vậy, để giúp học sinh thực sự biết vận dụng kiến thức để giải bài tập thì điều quan trọng trước hết là phải hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng, xác định những tính chất, nguyên nhân, quy luật Vật lý, áp dụng công thức vào từng bài tập cụ thể

- SGK vật lý 9

- SBT vật lý 9

- Các loại sách tham khảo môn vật lý

- Đề tài được ứng dụng trong phần điện học môn vật lý lớp 9

- Thời gian năm học 2011-2012

Đề tài được thực hiện với học sinh lớp 9A trường THCS Nguyễn Chí Thanh năm học 2011-2012

2/ Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu quá trình tiếp thu, nhận thức, tư duy của học sinh đối với bộ môn vật lý nói chung và môn vật lý 9 nói riêng

Nghiên cứu phương pháp tư duy của học sinh với phần điện môn vật lý 9

PHẦN III: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

I/ NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI.

- Thấy được tầm quan trọng của việc đưa ra lời giải chính xác, khoa học

- Nâng cao năng lực tư duy logic cho học sinh

- Nâng cao chất lượng bộ môn vật lý 9

II/ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH TRONG QUÁ TRÌNH TÌM LỜI GIẢI VỀ MẠCH ĐIỆN.

A KHẢO SÁT THỰC TẾ:

Trong thời gian 2 năm học 2010-2011 và 2011-2012 trục tiếp giảng dạy chương trình vật lý lớp 9 tôi nhận thấy khả năng tư duy, phân tích tìm lời giải chính xác cho các bài toán về mạch điện rất yếu

* Số liệu điều tra cụ thể trước khi thực hiện đề tài:

Khảo sát 31 học sinh lớp 9A năm học 2011-2012 bằng một bài kiểm tra sau khi học xong phần đoạn mạch nối tiếp và song song

a Đề bài:

Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ Biết U = 12V, R1 = 20, R2 = 5, R3 = 8

Một vôn kế có điện trở rất lớn và một ampe kế có điện trở rất nhỏ

a Tìm số chỉ của vôn kế khi nó được mắc vào hai điểm A và N trong hai trường hợp K

mở và K đóng

b Thay vôn kế bằng ampe kế, tìm số chỉ của Ampe kế khi nó được mắc và hai điểm A

và N trong hai trường hợp K mở và K đóng

2: Khi mắc song song ba điện trở R1 = 10, R2 và R3 = 16 vào hiệu điện thế U không đổi ta thu được bảng số liệu còn thiếu Hãy hoàn thành bảng số liệu đó

b Đáp án:

Bài 1: a) Trường hợp K mở ta có mạch điện như hình a.

A B

R3

R2

K

N N

RAB = R1 + R3 = 20 + 8 = 28  Hình a

A

12

RAB 

 =>U AN I AB.R 2812.8 3,43V

3  



R3

R2 B







 11 22 12

3 R R

R R

R

A U

12

12

RAB  



Mà IAN = IAB = 1A => UAN = IAN.R3 = 1.8 = 8V

b * K mở: Khi mắc ampe kế vào hai điểm AN thì dòng điện không chạy qua R3 Vậy trong mạch( hình a) chỉ có điện trở R1, ta có:

A R

U

I

20

12

1









* K đóng: Tương tự ta có:











5 20

5 20

R

2

1

2

1

R

R

R

R

AB

A U

I

4

12

RAB  





Bài 2:

c Kết quả bài làm của học sinh như sau:

V

N A

R1

R1

R2

B NHỮNG BIỆN PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:

1 Tìm hiểu đối tượng học sinh:

Việc tìm hiểu đối tượng học sinh là công việc đầu tiên khi người thầy muốn lấy các em làm đối tượng thực hiện một công việc nghiên cứu nào đó Do đó tôi đã làm sẵn một số phiếu có ghi sẵn một số câu hỏi mang tính chất thăm dò như sau:

- Em có thích học môn Vật lý không ?

- Học môn Vật lý em có thấy nó khó quá với em không ?

- Em có thuộc và nhớ được nhiều công thức, định nghĩa Vật lý không ?

- Khi làm bài tập em thấy khó khăn ở điểm nào ?

- Em đã vận dụng thành thạo công thức Vật lý chưa ?

- Em có muốn đi sâu nghiên cứu các bài toán về mạch điện không ?

2 Tổ chức thực hiện đề tài:

a Cơ sở:

Dựa vào kết quả tìm hiểu học sinh qua các phiếu câu hỏi ở trên, tôi đã thấy được những khó khăn bức xúc của học sinh trong việc học tập Vật lý 9 và sự cần thiết phải đi sâu nghiên cứu các bài tập về mạch điện Một lý do nữa là số tiết dành cho việc luyện tập trong chương trình Vật lý 9 là tương đối ít vì vậy tôi đã thường xuyên tranh thủ rèn luyện cho học sinh cách phân tích bài toán, cách đưa ra lời giải, lập luận … trong phần vận dụng cuối bài học

b Biện pháp thực hiện:

- Trang bị cho học sinh những kiến thức toán học cần thiết, đặc biệt là kĩ năng tính toán, biến đổi toán học

- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng lập luận đưa ra lời giải một cách hợp lý, chính xác, khoa học

- Giáo viên khai thác triệt để các bài toán trong SGK, SBT và một số bài tập ngoài bằng cách giao bài tập về nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải

- Trong những giờ bài tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải và nhiều học sinh có thể cùng tham gia giải một bài

c Kiến thức cơ bản:

- Định luật ôm:

I

U

I 

Đoạn mạch nối tiếp:( 2 điện trở )

2

I

I  

Đoạn mạch song song: ( 2 điện trở )

2

I

I  

U

U  

2

R

R 

2

1

2

1

R

R

U

U



2

U

U  

2 1

1 1 1

R R

R  Hay

2 1

2

1

R R

R R R





1 2 2

1

R

R I

I



- Công thức tính điện trở: R S l

- Các công thức khác thuộc chương I

C BÀI TOÁN CƠ BẢN:

Bài toán 1: Phân tích mạch điện trong các sơ đồ sau:

+

R2

Hình a Hình b

R1 R2

K D

R3 Hình c

* Hướng dẫn HS:

- Thế nào là một đoạn mạch nối tiếp ? Thế nào là đoạn mạch song song ?

- Hình c phải xét khi K đóng và khi K mở

- Dòng điện tương tự như dòng nước nên đường nào dễ chảy thì nó sẽ chảy nhiều hơn

* Giải:

Hình a: Giữa R1 và R2 có hai điểm chung vậy chúng mắc song song với nhau

Hinh b: Giữa R1 và R2 có duy nhất một điểm chung vậy chúng mắc nối tiếp với nhau

Hình c:

- K đóng:

Dòng điện không đi qua R1 mạch điện chỉ còn R2 //R3

- K mở: Mạch điện gồm AC nt CB hay R1nt ( R2 // R3 )

R3

B-C

K

D

* Nhận xét:

Trong bài tập này để phân tích được mạch điện đòi hỏi HS phải hiểu được thế nào là đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch song song và phải hiểu được ý nghĩa dòng điện tương tự như dòng nước.( giải thích tại sao khi K đóng lại không có dòng điện đi qua R1 )

Bài toán 2: ( bài toán về mạch điện hỗn hợp đơn giản )

Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ Biết R1 = 7, R2 = 3, R3 = 6.Cường độ dòng điện qua R1 là I1 = 2A.Tính UAB, UBC, UAC

* Tìm hiểu đề bài: A+ -C R 2

Biết

R3 = 6

I1 = 2A

Tính UAB, UBC, UAC

* Hướng dẫn HS:

- Mạch điện được phân tích như thế nào ?( Đoạn AB mắc ntn với đoạn BC)

- UAB là hiệu điện thế của điện trở nào được tính bằng công thức nào?

- Tương tự với UBC và UAC

* Giải:

Mạch điện gồm: R1nt(R2//R3) nên IAB = IBC = IAC =2A

Ta có: UAB = R1.I1 = 7.2 = 14V







6 3

6 3

3 2

3 2

R R

R R

R BC

UBC = IBC RBC = 2.2 = 4 V

Đoạn AC gồm AB nt BC nên: UAC = UAB +UBC = 14 + 4 = 18V

* Tìm cách giải khác.

* Nhận xét : Bài toán yêu cầu học sinh phải phân tích được mạch điện và phải sử dụng

công thức phù hợp

Bài toán 3: ( bài toán về mạch điện gồm 4 điện trở )

Cho mạch điện có sơ đồ

R1 = 1; R2 = 10; R3 = 50;

R4 = 40, điện trở của ampe kế

và của dây nối không đáng kể

Ampe chỉ 1A Tính cường độ

dòng diện qua mỗi điện trở và

hiệu điện thế MN ?

M +

N

-R1

R2 R3

R4

* Tìm hiểu đề bài:

R1 = 1

R2 = 10

R3 = 50

R4 = 40

A

I1 = ?; I2 =?; I3 = ? ;I4 = ? UMN = ?

* Hướng dẫn HS:

- Phân tích xem mạch điện được mắc như thế nào?

- Số chỉ của ampe kế cho biết điều gì ?

- Sử dụng công thức nào để tính I, U ?

* Giải:

.Ta có đoạn mạch MN gồm: R1 nt PQ nt ampe kế.=> I1 = IPQ = IA = 1A

Đoạn PQ gồm: (R2 nt R3) //R4

R23 = R2 + R3 = 10 + 50 = 60

23 4 4

23

3

2 3

2 60

40

I I

R

R I

I











Mặt khác: I23 + I4 = IPQ = 1A Vậy 1

3

2

4

4 I 

I => I4 = 0,6A và I23 = 0,4A

Ta có R2 nt R3 nên: I2 = I3 = I23 = 0,4A

Tính UMN = I.RMN











40 60

40 60

4 23

4

23

R

R

R

R

R PQ

RMN = RPQ + R1 = 24 + 1 = 25

Vậy UMN = 25.1 = 25V

Tìm thêm cách giải khác

* Nhận xét:

- Bài tập đòi hỏi học sinh phải phân tích được mạch điện khi có nhiều điện trở

- Khả năng vận dụng công thức của học sinh phải thuần thục

Bài toán 4: ( bài toán về đại lượng định mức của một dụng cụ điện)

Các đèn Đ1 và Đ2 giống nhau, loại 6V, được mắc như sơ đồ hình vẽ Hai đèn sáng bình thường

a So sánh R1 với R2 Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch AB bằng bao nhiêu?

b Tính R1 và R2 ?

* Tìm hiểu đề bài: A

Uđm1 = Uđm2 = 6V + Đ1 R1

Đèn sáng bình thường

a So sánh R1và R2 Đ2 R2

* Hướng dẫn học sinh: B

- Phân tích mạch điện Chú ý xem các dụng cụ có mấy điểm chung

- Đèn sáng bình thường khi nào

* Giải:

Dễ thấy Đ1 và R1 có hai điểm chung nên Đ1 // R1

Tương tự: Đ2 // R2

Đoạn mạch AB gồm: ( R1 // Đ1 )nt(R2 // Đ2 )

Hai đèn sáng bình thường nên: Uđ1 = Uđ2 = 6V; Iđ1 = Iđ2

Vì R1//Đ1 nên II = Iđ1 + I1; U1 = Uđ1

Vì R2//Đ2 nên III = Iđ2 + I2; U2 = Uđ2

Do mạch I nối tiếp mạch II nên: II = III Vậy Iđ1 + I1 = Iđ2 + I2 hay I1 = I2.

Ta có :

1

1 1

I

U

2

2 2

I

U

R  nên R1 = R2

Ta có: UAB = U1 + U2 = 6 + 6 = 12V

* Nhận xét :

Học sinh phải biết được một dụng cụ hoạt động bình thường thì U = Uđm; I = Iđm

Bài toán 5: ( bài toán về điện trở của dây dẫn )

Một dây đồng tiết diện đều được uốn thành một khung hình vuông ABCD như hình vẽ

So sánh điện trở của khung trong hai trường hợp sau:

a Dòng điện di vào từ điểm A và đi ra khỏi điểm D

b Dòng điện đi vào từ điểm A và đi ra khỏi điểm C

C

B C B

A D A D

*Tìm hiểu đề bài:

AB = BC = CD = DA

AB, BC, CD, DA cùng làm từ một vật liệu và cùng tiết diện

So sánh RABCD trong hai trường hợp

*Hướng dẫn học sinh:

- Khi dòng điện đi từ A đến D mạch điện được phân tích như thế nào ?

- Khi dòng điện đi từ A đến C mạch điện được phân tích như thế nào ?

- Dây đồng tiết diện đều vậy điện trở của các đoạn AB, BC, CD và DA có quan hệ với nhau như thế nào ?

- Tính điện trở của mỗi trường hợp rối so sánh

*Giải:

Dễ thấy được rằng: RAB= RBC = RCD = RDA = R( do chúng cùng S, l, cùng vật liệu )

a Khi dòng điện đi vào A và ra D:

Mạch điện được phân tích (AB nt BC nt CD)//DA

Điện trở của đoạn AB nt BC nt CD là : 3R

R R

R R

R a

4

3 3

3







b Khi dòng điện đi vào A và ra C:

Mạch điện được phân tích: (AB nt BC )//( AD nt DC )

Điện trở đoạn R( AB nt BC) = R( AD nt DC) = 2R

Vậy Rb = R So sánh ta thấy: Ra > Rb

* Nhận xét:

Đa số học sinh không phân tích được mạch điện vì các em chưa nhìn thấy điện trở Ở đây các em phải thấy mỗi đoạn dây dẫn đóng vai trò là một điện trở

Bài toán 6: ( bài toán về biến trở )

Cho mạch điện như sơ đồ Hai đèn Đ1 và Đ2 giống

hệt nhau hiệu điện thế định mức là 6V Khi con

chạy đang ở một vị trí xác định người ta thấy đèn Đ1

sáng bình thường

a Lúc đó đèn Đ2 làm việc ở tình trạng như thế nào ?

b Có thể dịch chuyển con chạy để đèn Đ1 và Đ2

sáng như nhau không ?

c Đẩy con chạy lên phía trên thì độ sáng của đèn Đ2

tăng hay giảm

* Tìm hiểu đề bài:

Đ1 và Đ2 giống hệt nhau

Uđm1 = Uđm2 = 6V

Đ1 sáng bình thường

a Đ2 làm việc như thế nào ?

b Có thể để Đ1 và Đ2 sáng như nhau không ?

c Đẩy con chạy lên trên độ sáng Đ2 tăng hay giảm ?

* Hướng dẫn:

Mạch điện được phân tích như thế nào

Dụng cụ điện hoạt động bình thường khi nào

Đ1 và Đ2 giống hệt nhau thì ta có điều gì

* Giải:

Mạch điện được phân tích: Đ1 nt CO nt ( Đ2 // OD)

a Ta có: I1 = ICO = I2 + IOD Vậy I1 > I2 Vậy nếu Đ1 sáng bình thường thì Đ2 làm việc ở hiệu điện thế nhở hơn giá trị định mức.( 6V)

b Không thể để 2 đèn sáng như nhau vì không thể làm cho dòng điện I1 = I2

c Gọi điện trở của phần biến trở ở phía dưới là x thì điện trở ở phần trên của biến trở là (R – x)

Ta có : UAO = UAC + UCO = I R1= I.( Ro + R – x ) ( Ro là điện trở của mỗi bóng đèn )

UBO = U2 = I.RBO = I.R2 =I R R R x x

x R

x R

O

O







0 2

.

=>

2

1

R

R

U

U

BO

AO

 Mà UAO + UBO = U

2 1 2 2

2

R R

R U U R

R R U

U U

BO BO

BO













Dịch chuyển con chạy lên trên ta thấy: 1

.

2









x R

R x R

x R R

O O

O

O

tăng do x tăng

Vậy U2 tăng nên Đ2 sáng mạnh lên

Bài toán 7: (Bài toán về sử dụng điện )

Một xã có 450 hộ, tính trung bình công suất tiêu thụ của mỗi hộ là 120W Điện năng này được truyền tải từ trạm điện đến Cho biết hiệu suất truyền tải điện năng là 68% và hiệu điện thế tại nơi sử dụng là 150V Tìm hiệu điện thế phát đi từ trạm điện và điện trở đường dây tải ?

Đ1

R

Đ2

D

B

* Tìm hiểu đề bài:

P1 = 120W

N = 450 hộ

H = 68%

UAB = 150V

U0 = ? Rd =?

* Hướng dẫn HS:

- Dây dẫn được coi mắc như thế nào so với xã ( các điện trở ở xã coi một điện như trở )

- Hiệu suất truyền tải điện năng được tính bằng công thức nào ?

- Dựa vào các công thức nào để tính U và R

- Tìm những cách khác nhau để giải bài toán

* Bài giải:

Mạng điện được sử dụng được kí hiệu bằng điện trở giữa hai điểm A và B

B

Rd

U0 R

Rd A

Công suất điện tới xã là: P = 120W 450 = 54 000W

Dễ thấy dòng điện chạy qua dây tải và dòng điện chạy qua công tơ của xã bằng nhau ( do Rdây nt R )

A U

P

150

54000







Gọi Ud là hiệu điện thế của dây dẫn Theo bài ta có: H = 68% Vậy Pd = 32%

I

U

I

U

d

68

150 32 68

32

.

.









Vậy hiệu điện thế tại trạm điện bằng: U0 = Ud + UAB = 70 + 150 = 220V

Điện trở của đường dây tải điện :    0 , 194 

360

70

d

d d

I

U R

* Nhận xét: Đây là dạng bài tập rất thực tế học sinh thường quên mất điện trở của dây

dẫn nên không phân tích được mạch điện

D KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÓ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG

Qua quá trình trao đổi, rèn luyện, bồi dưỡng cho học sinh khả năng phân tích để đưa ra lời giải hợp lý cũng như hưỡng dẫn học sinh tìm ra phương pháp giải một số bài toán được nêu như trên, tôi đã cho học sinh làm một số bài kiểm tra khảo sát chất lượng:

1 Đề bài:

Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ Các