Những dạng bài toán về đoản mạch trong phần điện học Vật lý 9 luôn là những dạng bài gây khó khăn cho đa số học sinh đang trực tiếp ôn thi học sinh giỏi hoặc tự tiếp cận với những kiến thức nâng cao, ở dạng bài toán này học sinh bắt buộc phải vẽ lại mạch điện và đưa về những dạng mạch đơn giản đã học như mạch điện mắc nối tiếp, mạch điện mắc song song hoặc hỗn hợp…, từ mạch điện vẽ lại này mới xác định đúng chiều đi của dòng điện qua từng điện trở ở mạch gốc của bài toán để từ đó tìm ra cường độ dòng điện đi qua các ampe kế hoặc khóa k... Vấn đề đặt ra ở đây là vẽ như thế nào cho đúng theo từng điều kiện mà bài toán yêu cầu, hơn nữa bước vẽ lại mạch điện lại là bước đầu tiên phải thực hiện mới làm được các bước tiếp theo, rất nhiều đồng nghiệp trong và ngoài huyện qua trao đổi cũng đã nêu ra những băn khoăn này, trong chương trình cơ bản không đề cập đến cách vẽ vì nó thuộc nội dung nâng cao kiến thức, các tài liệu cũng như các chuyên đề về bồi dưỡng học sinh giỏi cũng không hình thành nên điểm tổng quát nhất về các bước vẽ cho dạng bài này.
I/ SỰ CẦN THIẾT, MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC THỰC HIỆN SÁNG KIẾN: Những dạng bài toán về đoản mạch trong phần điện học Vật lý 9 luôn là những dạng bài gây khó khăn cho đa số học sinh đang trực tiếp ôn thi học sinh giỏi hoặc tự tiếp cận với những kiến thức nâng cao, ở dạng bài toán này học sinh bắt buộc phải vẽ lại mạch điện và đưa về những dạng mạch đơn giản đã học như mạch điện mắc nối tiếp, mạch điện mắc song song hoặc hỗn hợp…, từ mạch điện vẽ lại này mới xác định đúng chiều đi của dòng điện qua từng điện trở ở mạch gốc của bài toán để từ đó tìm ra cường độ dòng điện đi qua các ampe kế hoặc khóa k Vấn đề đặt ra ở đây là vẽ như thế nào cho đúng theo từng điều kiện mà bài toán yêu cầu, hơn nữa bước vẽ lại mạch điện lại là bước đầu tiên phải thực hiện mới làm được các bước tiếp theo, rất nhiều đồng nghiệp trong và ngoài huyện qua trao đổi cũng đã nêu ra những băn khoăn này, trong chương trình cơ bản không đề cập đến cách vẽ vì nó thuộc nội dung nâng cao kiến thức, các tài liệu cũng như các chuyên đề về bồi dưỡng học sinh giỏi cũng không hình thành nên điểm tổng quát nhất về các bước vẽ cho dạng bài này. Ví dụ sau đây về một bài toán mà đa số học sinh thường gặp sẽ cho thấy những khó khăn của nó. Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ Biết R 1 =4 Ω ; R 2 =6 Ω ; R 3 =12 Ω ; U=6V . Điện trở của các ampe kế và dây nối không đáng kể. Tính số chỉ của các ampe kế khi: a) k 1 mở, k 2 đóng. c) k 1 và k 2 đều mở b) k 1 đóng, k 2 mở d) k 1 và k 2 đều đóng Nhìn vào mạch điện trên học sinh không thể biết được các điện trở được mắc với nhau như thế nào khi đóng hoặc mở khóa k, do đó không thể vận dụng định luật Ôm cho mỗi loại đoạn mạch được, như vậy là muốn tìm ra kết quả của bài toán trên cần phải vẽ lại mạch điện theo mỗi điều kiện để đưa về các dạng mạch điện đơn giản đã học, đây là việc phải làm đầu tiên nhưng rất quan trọng, vấn đề đặt ra là vẽ như thế nào cho đúng, nếu vẽ sai sẽ dẫn đến toàn bộ các bước tính toán kế tiếp đều sai theo, bước này rất nhiều thầy cô cũng chỉ vẽ lại bằng kinh nghiệm còn như học sinh thì thường làm theo nhưng không hiểu rõ tại sao lại vẽ ra như vậy. Ví dụ khi làm câu d cần vẽ lại mạch điện như sau: Người thực hiện : Nguyễn Văn Hải 1 Đơn vị : THCS Quách Văn Phẩm-Đầm Dơi D R 2 A 1 N A A 2 M B C k 1 k 2 R 1 R 3 + - R 1 R 2 R 3 Từ mạch điện vẽ lại ta không còn thấy các ampe kế A 1 và A 2 đâu thì làm thế nào để tính ra số chỉ của các ampe kế. Vậy vẽ lại mạch điện để làm gì? Vẽ lại mạch điện cần căn cứ vào những yêu cầu nào? Xác định dòng điện đi như thế nào trong mạch gốc và mạch mới vẽ lại ??? Sau nhiều năm trực tiếp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý tôi đã nghiên cứu và tìm ra được cách vẽ chung nhất, tổng quát nhất để vẽ lại bất kỳ mạch điện nào khi có hiện tượng ngắn mạch, cách vẽ đó được tôi rút ra thành một quy tắc ngắn gọn, đơn giản gồm 4 bước đưa vào áp dụng qua nhiều năm có hiệu quả, các bước này giúp học sinh dễ nhớ, dễ áp dụng, các em không còn cảm thấy khó khăn khi gặp những dạng bài tập như thế này. II/ PHẠM VI TRIỂN KHAI THỰC HIỆN: Sáng kiến này được áp dụng cho giáo viên cũng như học sinh trong quá trình bồi dưỡng, ôn luyện kiến thức nâng cao phần điện học Vật lý 9 tại trường Trung học cơ sở Quách Văn Phẩm III/ MÔ TẢ SÁNG KIẾN: Để vẽ lại được bất kỳ mạch điện nào khi có hiện tượng ngắn mạch trong các bài tập điện học Vật lý 9 nâng cao ta cần thực hiện trình tự theo 4 bước cơ bản mà tôi đã rút ra được như sau: * Bước 1: Xác định 2 điểm đầu và cuối của cả mạch điện. Trong ví dụ trên thì điểm đầu và cuối của cả mạch điện là MN * Bước 2: Xác định các điểm trùng nhau trong mạch điện khi có ngắn mạch. Chú ý các điểm trùng nhau chỉ xảy ra khi khóa k đóng và không có điện trở nào mắc nối tiếp với khóa k, điện trở của dây nối, khóa k rất nhỏ, các ampe kế là lý tưởng (có điện trở R A ≈ 0). Trong trường hợp không có khóa k nhưng ampe kế lý tưởng mắc song song với điện trở hoặc đoạn mạch có điện trở nào đó thì 2 đầu đoạn mạch đó cũng trùng nhau. Trong ví dụ trên thì các điểm trùng nhau ở câu d là: M trùng với B và D ; N trùng với C * Bước 3: Xác định vị trí hai đầu của mỗi điện trở. Trong ví dụ trên thì: - Điểm đầu của R 1 là B, điểm cuối là C - Điểm đầu của R 2 là C, điểm cuối là D - Điểm đầu của R 3 là D, điểm cuối là N * Bước 4: Xác định chiều dòng điện đi qua mỗi điện trở trong mạch mới vẽ lại rồi biểu diễn chiều đi vừa tìm được vào mạch gốc của bài toán. Ở bước này phải dựa vào mạch điện mới vẽ lại, căn cứ vào quy ước chiều của dòng điện đã học, các điểm biểu diễn trên mạch điện sẽ thấy được chiều dòng điện qua từng điện trở. Trên là 4 bước cần thực hiện để vẽ lại mạch điện khi có ngắn mạch. Để thuận tiện trong quá trình vẽ các bước 1 và 2 ta cần ghi rõ các điểm bằng các chữ cái hay số khác nhau ở các nút mạng như bài toán trên. Khi thực hiện các Người thực hiện : Nguyễn Văn Hải 2 Đơn vị : THCS Quách Văn Phẩm-Đầm Dơi bước ta nên kết hợp vẽ luôn ra ngoài giấy nháp ứng với mỗi bước sau đó vẽ lại theo hình dạng của các mạch điện đã học. Ví dụ khi thực hiện ở câu d (các câu a, b, c đơn giản hơn): Thực hiện lần lượt theo 3 bước đầu ta được mạch điện mới ở câu d khi cả 2 khóa cùng đóng trong bài toán trên như sau: Khi thực hiện bước 3 cần xác định chính xác điểm đầu và cuối của mỗi điện trở, đối chiếu với các điểm đã ghi sẵn ở bước 1 và 2 rồi vẽ từng điện trở vào các điểm tương ứng. Ví dụ như hai đầu của R 2 là C và D thì khi vẽ vào mạch điện phải có một đầu nằm ở C và đầu kia ở D như hình vẽ. Để tìm được cường độ dòng điện qua các ampe kế ta phải tính ra được cường độ dòng điện qua mỗi điện trở, áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch song song ta dễ dàng tìm ra I, I 1 , I 2 , I 3 là cường độ dòng điện tương ứng của mỗi điện trở và trong mạch chính. Tiếp theo ta thực hiện bước 4 là xác định chiều dòng điện đi qua từng điện trở ở mạch mới vẽ lại, căn cứ vào mạch điện đã hoàn chỉnh ở bước 3 ta xác định được chiều dòng điện đi qua các điện trở như sau: Nếu coi cực dương là đầu M và cực âm là đầu N thì: - Chiều dòng điện đi qua R 1 từ B đến C - Chiều dòng điện đi qua R 2 từ D đến C - Chiều dòng điện đi qua R 3 từ D đến N Nếu chỉ nhìn vào mạch gốc của bài toán thì ta rất khó để biết được chiều dòng điện đi qua R 2 từ điểm nào đến điểm nào, từ đó dẫn đến khó xác định số chỉ của ampe kế A 2 . Từ việc xác định được chiều dòng điện đi qua mỗi điện trở ở mạch điện mới vẽ lại ta vẽ chiều dòng điện đi qua các điện trở ở mạch gốc như sau: Từ chiều dòng điện đi trong mạch gốc ta căn cứ vào các nút mạng để tìm ra cường độ dòng điện đi qua từng ampe kế như sau: I A = I = I A1 + I 1 ; I A1 = I A - I 1 = I 2 + I 3 ; I A2 = I 1 + I 2 = I – I 3 Trên là một ví dụ cụ thể áp dụng 4 bước để vẽ lại mạch điện và xác định chiều dòng điện đi trong mạch điện khi có ngắn mạch. Từ 4 bước này ta có thể áp Người thực hiện : Nguyễn Văn Hải 3 Đơn vị : THCS Quách Văn Phẩm-Đầm Dơi M, B, D N, C R 1 R 2 R 3 M, B, D N, C R 1 R 2 R 3 M, B, D N, C D R 2 A 1 N A A 2 M B C k 1 k 2 R 1 R 3 + - Bước 1 và 2 Bước 3 dụng vẽ lại bất kỳ mạch điện nào khi có ngắn mạch trong chương trình điện học Vật lý 9 nâng cao. Trong thời gian mới áp dụng ban đầu ta nên thực hiện tuần tự từng bước để tránh nhầm lẫn khi xác định điểm trùng cũng như hai điểm đầu và cuối của mỗi điện trở. Sau đây là một mạch điện khác phải vẽ lại và xác định chiều dòng điện đi trong mạch gốc: Các mạch điện được vẽ lại theo từng điều kiện như sau: * Nếu xem hai điểm AB hoặc CD là hai cực của nguồn điện thì: - Điểm trùng: B và D - Điểm đầu và cuối của R 1 là A và B, của R 2 là C và D, của R 3 là C và D, của R 4 là A và C Ta có mạch điện vẽ lại của từng trường hợp như sau: Người thực hiện : Nguyễn Văn Hải 4 Đơn vị : THCS Quách Văn Phẩm-Đầm Dơi C R 1 R 2 R 3 R 4 k 1 k 2 D A E B U M N + - Mạch gốc của bài toán Khi k 1 đóng, k 2 mở A B,C,D, M,N E R 2 R 3 R 4 . R 3 D R 1 A B,C,E, M,N R 2 . Khi k 1 mở, k 2 đóng R 2 R 3 A B,C,D, E,M,N Khi k 1 và k 2 đều đóng R 3 R 4 R 2 R 1 A B C D Đối với mạch điện ở hình bên tuy không có hiện tượng ngắn mạch nhưng nhìn vào mạch điện của bài toán học sinh cũng khó xác định các điện trở được mắc với nhau như thế nào, nếu vận dụng quy tắc trên ta cũng dễ dàng vẽ lại được thành dạng mạch điện đơn giản đã học. R 1 R 4 R 2 R 3 A B,D C R 3 R 2 R 4 R 1 C A B,D . Khi AB là 2 cực của nguồn điện Khi CD là 2 cực của nguồn điện IV/ KẾT QUẢ, HIỆU QUẢ MANG LẠI Sáng kiến về cách vẽ lại mạch điện khi bị ngắn mạch được chính thức áp dụng từ năm học 2008 – 2009 đến nay tại trường Trung học cơ sở Quách Văn Phẩm đã mang lại kết quả rất thiết thực, học sinh rất tự tin khi gặp các dạng bài toán này, đây cũng là thế mạnh của đội tuyển dự thi học sinh giỏi Vật lý vòng huyện và vòng tỉnh trong nhiều năm của nhà trường, nếu năm nào ra đề vào dạng này nhiều thì số điểm các em đạt được đều cao hơn. Thống kê từ năm học 2008 – 2009 đến hết năm học 2012-2013 tổng số học sinh đạt giải vòng huyện và vòng tỉnh cụ thể như sau: * Vòng huyện: 16 em * Vòng tỉnh: 13 em Trong đó: - Từ năm học 2008 – 2009 đến năm học 2010-2011 trực tiếp bồi dưỡng đội tuyển Vật lý của nhà trường, kết quả như sau: + Vòng huyện: Dự thi 12 em đạt giải 11 em + Vòng tỉnh: Dự thi 11 em đạt giải 09 em - Từ năm học 2011 – 2012 đến năm học 2012-2013 không trực tiếp bồi dưỡng nhưng truyền lại kinh nghiệm cho đồng nghiệp trong trường, kết quả như sau: + Vòng huyện: Dự thi 07 em đạt giải 05 em + Vòng tỉnh: Dự thi 05 em đạt giải 04 em V/ ĐÁNH GIÁ VỀ PHẠM VI ẢNH HƯỞNG CỦA SÁNG KIẾN: Hiện nay phong trào về thi học sinh giỏi các cấp được rất nhiều trường quan tâm và đầu tư, lực lượng giáo viên tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi rất nhiệt tình và muốn thể hiện mình, qua trao đổi, tham khảo nhiều đồng nghiệp trong và ngoài huyện tôi thấy rằng đề tài này đang là một nhu cầu cần thiết cho những giáo viên trực tiếp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý nói riêng và những học sinh đang có nhu cầu được nâng cao kiến thức Vật lý nói chung. VI/ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT: Sáng kiến này nên được triển khai đến tất cả giáo viên các trường Trung học cơ sở trong huyện đang trực tiếp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý. Quách Phẩm, ngày 15 tháng 03 năm 2014 Xác nhận của thủ trưởng đơn vị Người viết Nguyễn Văn Hải Người thực hiện : Nguyễn Văn Hải 5 Đơn vị : THCS Quách Văn Phẩm-Đầm Dơi . phần điện học Vật lý 9 tại trường Trung học cơ sở Quách Văn Phẩm III/ MÔ TẢ SÁNG KIẾN: Để vẽ lại được bất kỳ mạch điện nào khi có hiện tượng ngắn mạch trong các bài tập điện học Vật lý 9 nâng cao. 2008 – 20 09 đến năm học 2010-2011 trực tiếp bồi dưỡng đội tuyển Vật lý của nhà trường, kết quả như sau: + Vòng huyện: Dự thi 12 em đạt giải 11 em + Vòng tỉnh: Dự thi 11 em đạt giải 09 em - Từ. thiết cho những giáo viên trực tiếp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý nói riêng và những học sinh đang có nhu cầu được nâng cao kiến thức Vật lý nói chung. VI/ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT: Sáng kiến này nên