SKKN lý 9. Hướng dẫn học sinh THCS biện luận bài toán về biến trở

SKKN lý 9, tải SKKN lý 9, download SKKN lý 9, SKKN lý 9 hay, SKKN lý 9 mới, bài tập vật lí 9, những bài tập vật lý hay 9, SKKN lý 9, tải SKKN lý 9, download SKKN lý 9, SKKN lý 9 hay, SKKN lý 9 mới, bài tập vật lí 9, những bài tập vật lý hay 9, SKKN lý 9, tải SKKN lý 9, download SKKN lý 9, SKKN lý 9 hay, SKKN lý 9 mới, bài tập vật lí 9, những bài tập vật lý hay 9

A.PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các bài tập về phần mạch điện chứa biến trở trong chương trình Vật Lý cấpTHCS rất phong phú, đa dạng và hấp dẫn học, sinh thường gặp trong các kỳ thi tốtnghiệp THCS trước đây, các kỳ thi HSG các cấp cũng như các kỳ thi tuyển sinh vàoTHPT là phần biện luận bài toán khi giá trị điện trở của biến trở thay đổi Bài toánnày có rất nhiều bài khó, phải vận dụng thêm nhiều kiến thức tổng hợp, yêu cầu họcsinh phải nắm vững kiến thức Vật lý cũng như những kiến thức liên quan về Toán,học sinh thường lúng túng và giải sai hoặc giải không được Chính vì vậy việc giáoviên khi giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giải bài tập dạng này phải hướng dẫn học sinhphân loại bài toán, xây dựng phương pháp giải đi từ những bài toán dễ đến khó là mộtyêu cầu hết sức quan trọng Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi mạnh dạn thực hiện đề tài

“Hướng dẫn học sinh THCS biện luận bài toán về biến trở”.

2 Mục đích nghiên cứu.

Nghiên cứu để xây dựng phương pháp hướng dẫn học sinh giải, biện luận cácbài toàn về biến trở thông qua việc phân dạng và xây dựng hệ thống bài tập từ dễ đếnkhó

3 Đối tượng và thời gian nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 9 nơi tôi công tác

- Thời gian nghiên cứu: trong năm học 2012-2013, năm học 2013-2014

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo, các tập đề thi HSG các cấp, đề thi tuyểnsinh vào THPT, THPT chuyên Lý từ đó xây dựng, phát triển hệ thống bài tập từ dễđến khó của phần biện luận bài toán về biến trở

5 Giả thiết khoa học: Sau khi phân dạng bài toàn và xây dựng cho học sinh hệ thống

bài toán biện luận về biến trở từ dễ đến khó có tính hợp lí, khoa học, học sinh sẽ tiếpthu dễ dàng và giải quyết tốt các bài toán biện luận về biến trở gặp phải, từ đó đạt kếtquả cao trong các kỳ thi

6 Phương pháp nghiên cứu:

Trong quá trình nghiên cứu tôi sử dụng một số phương pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu hệ thống sách giáo khoa, sáchtham khảo, sách bồi dưỡng, tài liệu khác, …

- Phương pháp điều tra sư phạm: Điều tra bằng cách phỏng vấn học sinh, điềutra bằng phiếu trắc nghiệm học sinh

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Áp dụng đề tài vào giảng dạy thực tiễn,khảo sát, thu thập thông tin điều chỉnh cho phù hợp

B PHẦN NỘI DUNG

I Cơ sỏ lý luận:

Đối với vật lý phổ thông, hệ thống bài tập có vai trò hết sức quan trọng, việchướng dẫn học sinh giải các bài tập là một hoạt động sư phạm đòi hỏi người giáo viênphải có một trình độ và một phương pháp tốt Bài tập vật lý sẽ giúp học sinh hiểu sâuhơn những quy luật vật lý, những hiện tượng trong Vật lý là phương tiện củng cố, ôntập kiến thức sinh động Khi giải bài tập vật lý, học sinh phải huy động kiến thức củanhiều chương, nhiều phần khác nhau Thông qua giải bài tập ở các dạng khác nhau tạođiều kiện học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức đã học để tự lực giải quyếtthành công những tình huống cụ thể khác nhau, qua đó những kiến thức của học sinhtrở nên sâu sắc, hoàn thiện và trở thành vốn liếng riêng của học sinh Trong quá trìnhgiải quyết các vấn đề , tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh phải vận dụng cácthao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa … để giải quyết vấn

đề giúp phát triển năng lực tư duy làm việc độc lập được nâng cao, tính kiên trì đượcphát triển

II Cơ sở thực tiễn:

Phần kiến thức về biến trở được giảng dạy trong chương trình Vật lý 9 gồm 5tiết Trong đó có 3 tiết là lý thuyết để xây dựng công thức tính điện trở, 1 tiết trực tiếpgiảng dạy về biến trở và điện trở dùng trong kĩ thuật, 1 tiết giành cho làm bài tập vậndụng Như vậy thời lượng giảng dạy trên lớp đối với học sinh là không nhiều Tuynhiên các bài tập vật lý có liên quan đến biến trở nói chung cũng như liên quan đếbiện luận về biến trở nói riêng xuất hiện khá nhiều trong các tài liệu bồi dưỡng họcsinh giỏi cũng như trong các đề thi học sinh giỏi, tuyển sinh vào THPT chuyên Vìvậy học sinh thường lúng túng khi gặp các dạng bài tập này Với đội tuyển học sinhgiỏi ở trường, ở Phòng do tôi trực tiếp bồi dưỡng thông thường khi gặp dạng toán nàycác em thường lúng túng, rất khó khăn trong cách giải, cách lập luận Chính vì vậygiáo viên khi giảng dạy, bồi dưỡng cần phải xây dựng, thiết kế giáo án phù hợp, xây

dựng được phương pháp hướng dẫn học sinh hợp lí mới giúp học sinh tự tin giảiquyết thành công các dạng bài tập loại này.

III Giải pháp giải quyết vấn đề:

Trước hết giáo viên cần cung cấp, củng cố vững chắc cho học sinh hệ thống kiến thức liên quan

1 Những kiến thức liên quan:

1 Biến trở:

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 điềuchỉnh cường độ dòng điện trong mạch

Biến trở có thể mắc nối tiếp, mắc song song hoặc mắc hỗn hợp với các thiết bịtrong mạch điện

Có nhiều loại biến trở như biến trở con chạy, biến trở than hay biến trở có tayquay

Biến trở là dụng cụ có nhiều ứng dụng trong thực tế cuộc sống và kĩ thuật nhưbiến trở hộp trong các thiết bị điện đài, ti vi,

b) Cách mắc biến trở vào mạch điện

+ Biến trở được mắc nối tiếp : A C B R

N Đ

D

Biểu thức định luật: I =

R U

Đối với mỗi điện trở Ri cụ thể ta có: Ii =

i

i

R U

(Điện trở tương đương bằng tổng các điện trở thành phần)

4 Định luật ôm cho đoạn mạch mắc song song:

Cường độ dòng điện: I = I1 + I2 + I3 + + In

(Cường độ dòng điện trong mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện qua các

mạch nhánh (rẽ))Hiệu điện thế: U = U1 = U2 = U3 = = Un

(Hiệu điện thế hai đầu mỗi nhánh bằng nhau và bằng hiệu điện thế hai đầu đoạn

mạch)

Điện trở:

n

R R

R R

1

1 1 1

2 1

R R

R

2

1 22

12 21

6 Số ghi trên dụng cụ:

Trên mỗi dụng cụ điện thường ghi các số ghi: Uđm - Pđm, hoặc Uđm-Iđm

Trong đó: Uđm là hiệu điện thế định mức của dụng cụ điện

Pđm là công suất định mức của dụng cụ điện

Iđm là cường độ dòng điện định mức của dụng cụ điện

Điều kiện đề dụng cụ hoạt động bình thường:

U = Uđm => I = Idm và P = Pđm

7 Công thức tính công, công suất:

- Công suất: P = U.I = I2R = U2

* Nếu a > 0: Hàm số nghịch biến trên đoạn x <

-2

b a

Hàm số đồng biến trên đoạn x >

-2

b a

Hàm số đạt giá trị nhỏ nhất tại x =

-2

b a

* Nếu a < 0: Hàm số đồng biến trên đoạn x <

-2

b a

Hàm số nghịch biến trên đoạn x >

-2

b a

Hàm số đạt giá trị lớn nhất tại x =

-2

b a

9 Định luật về nút (Định luật Kiếc – sốp):

Tổng tất cả cường độ dòng diện đi vào một nút bằng tổng tất cả cường độ dòng điện đi ra từ nút đó

II Một số bài tập điển hình.

Dạng 1: Biện luận về số chỉ các dụng cụ đo:

Bài tập 1: Cho mạch điện như hình

vẽ Di chuyển con chạy C về phía B thì số

chỉ các dụng cụ đo thay đổi như thế nào?

Biết hiệu điệu thế hai đầu nguồn không

đổi?

Giải:

Khi di chuyển con chạy C về phía B, điện trở của biến trở sẽ tăng, do đó cường

độ dòng điện I = U R sẽ giảm vì U không đổi Vậy số chỉ Ampe kế giảm, số chỉ vôn kếkhông đổi

/ /+

-AV

Nhận xét: Đây là bài toán đơn giản, tuy nhiên bây giờ nếu ta mắc nối tiếp thêm vào mạch các biến trở nữa bài toán sẽ khó hơn một tý.

Bài tập 2: Cho mạch điện như hình vẽ

Biết UAB không đổi R1 = 5 , R2 = 6 ,

Rx là một biến trở Hỏi khi di chuyển con

Mặt khác: U12 = I.(R1 + R2) = 11.I tăng => Số chỉ Vôn kế tăng

Nhận xét: Bài toán này học sinh chỉ cần biện luận theo một chiều và không mấy khi bị nhầm Bây giờ nếu ta đổi vị trí của vô kế, học sinh sẽ gặp khó khăn ngay.

Bài tập 3: Cho mạch điện như hình vẽ

Biết UAB = 36V không đổi R1 = 8, R2 =

15 , Rx là một biến trở Hỏi khi di

chuyển con chạy C về phía N thì số chỉ

các dụng cụ đo thay đổi như thế nào? Tại

Khi di chuyển con chạy về phía N thì Rx tăng => RAB = R1 + R2 + Rx = 23 + Rx

=> U1x = UAB – U2 tăng => Số chỉ vôn kế tăng

Nhận xét: Rõ ràng rằng với bài toán này thì việc biện luận số chỉ Am pe kế là đơn giản, song biện luận số chỉ Vôn kế học sinh sẽ khó khăn hơn do việc phải gián tiếp biện luận sang hiệu điệu thế U 2

Bây giờ nếu ta ghép thêm điện trở thành mạch song song, học sinh sẽ gặp lúng túng ngay.

Bài tập 4: Cho mạch điện như hình vẽ.

Biết R1 = 5 , R2 = 3 Rx là một biến

trở con chạy

Các dụng cụ đo đều lí tưởng

Di chuyển con chạy C về phía N thì số

chỉ các dụng cụ đo thay đổi như thế nào?

1 1

=> U2 = I.R2 giảm => Số chỉ vôn kế giảm

Nhận xét: Với bài toán này, nếu học sinh không biết vận dụng R x tăng thì 1/R x

giảm mà thay vào công thức R 1x =

x

x

R R

R R

 1

Bài tập 5: Cho mạch điện như hình vẽ.

Biết R1 = 5 , R2 = 3 Rx là một biến

trở con chạy

Các dụng cụ đo đều lí tưởng

Di chuyển con chạy C về phía N thì số

chỉ các dụng cụ đo thay đổi như thế nào?

=> U12 = I.R12 giảm => Ux = UAB – U12 tăng => Số chỉ vôn kế tăng

Nhận xét: Giờ đây nếu ta mắc biến trở khác đi, chia biến trở thành 2 phần đều tham gia và mạch điên sẽ được một bài toán khó hơn, học sinh sẽ khó khăn hơn trong khi giải.

Bài tập 6: Cho mạch điện như hình vẽ R1

= 4, Biến trở MN con chạy C có điện

trở lớn nhất là 20 Hiệu điện thế 2 đầu

nguồn UAB không đổi

Hỏi khi di chuyển con chạy C về phía M

thì số chỉ các dụng cụ đo thay đổi như thế

nào? Tại sao?

R1A

V

+A

B

-DC

Ta vẽ lại được mạch điện như hình vẽ:

1 1 1

1

1

=> R1CN tăng

Gọi I là cường độ dòng điện trong mạch chính, ta có 3 khả năng xẩy ra đối với I

* Giả sử: I không đổi khi đó ta có:

UAD = UMC = I.RMC giảm => Số chỉ vôn kế giảm

UDB = U1CN = I.R1CN tăng => U1 = U1CN tăng => I1 =

* Giả sử I tăng khi đó ta có:

UDB = U1CN = I.R1CN tăng => U1 = U1CN tăng => I1 =

1

1

R

U

tăng => Số chỉ ampe kế tăng

UMC = UAB – UDB giảm => Số chỉ vôn kế giảm

* Giả sử I giảm khi đó ta có:

UAD = UMC = I.RMC giảm => Số chỉ vôn kế giảm

UDB = U1CN = UAB – UAD tăng (do UAB không đổi mà UAD tăng) => U1 = U1CN tăng =>

tăng => Số chỉ ampe kế tăng

Vậy ta luôn có số chỉ vôn kế giảm, số chỉ am pe kế tăng khi di chuyển con chạy

về phía M

Nhận xét: Rõ ràng với bài toán này, đối với học sinh THCS nếu không biết vận dụng linh hoạt mà chỉ cộng điện trở toàn mạch thì được một biểu thức bậc 2 đối với biến x, học sinh khó lòng biện luận được Nhưng khi ta đặt giả thiết đối với cường độ dòng điện trong mạch chính I theo 3 khả năng thì việc biện luận không còn khó nữa.

Bây giờ nếu ta thay đổi vị trí của ampe kế ta được một bài toàn mới, hấp dẫn

và khó hơn như sau:

Bài tập 7: Cho mạch điện như hình vẽ.

Biết U = 30V không đổi, R1 = R2 = 5

, R3 = 3 Biến trở Rx có điện trở

toàn phần là 20 Điện trở các vôn kế

vô cùng lớn, điện trở ampe kế và dây

b Khi x tăng lập luận tương tự bài trên ta cũng được R2x tăng, R3,20-x giảm

Gọi I là cường độ dòng điện trong mạch chính có 3 khả năng xẩy ra

* Nếu I không đổi thì U2 = U2x = I.R2x tăng => I2 = U2/R2 tăng

U3 = U3,20-x = I.R3,20-x giảm => I3 = U3/R3 giảm

* Nếu I giảm thì U1 = IR1 giảm

U3 = U3,20-x = I.R3,20-x giảm => I3 = U3/R3 giảm

=> U2 = UAB – U1 – U3,20-x tăng => I2 = U2/R2 tăng

* Nếu I tăng thì U1 = IR1 tăng

U = U = I.R tăng => I = U /R tăng

.

.

=> U3 = UAB – U1 – U2x giảm => I2 = U2/R2 giảmVậy ta luôn có: khi x tăng thì I2 tăng, I3 giảm

Khi x tăng dần từ 12,5 đến 20 thì I2 > I3 => IA = I2 – I3 tăng dần từ 0A

Ta giải bài toán khi x = 20, mạch trở thành R1 nt (R2//Rx) nt ampe kế dễ dàng tính được IA = 2,67 A

Tóm lại: Khi x tăng từ 0 đến 12,5 thì IA giảm dần từ 3,43A xuống 0A

Khi x tăng từ 12,5 đến 20 thì IA tăng dần từ 0A đến 2,67AVậy số chỉ am pe kế lớn nhất là 3,43 A đạt được khi x = 0

Dạng 2: Biện luận về độ sáng của đèn, công suất dụng cụ điện:

Bài tập 1: Cho mạch điện như hình vẽ

Hiệu điện thế hai đầu nguồn UAB = 18 V

không đổi Đèn Đ ghi 12V-24W

Biến trở có điện trở tối đa là 20

Di chuyển con chạy C từ N về phía M, độ sáng đèn thay đổi như thế nào? Tại sao?

Giải:

Điện trở của đèn là: Rđ =

2

dm dm

U

P = 6 ()Khi con chạy ở N: RAB = RMN + Rđ = 20 + 6 = 26 ()

=> Iđ = IAB = AB

AB

U

R tăng => độ sáng của đèn tăng

Giả sử tại vị trí RMC’ = x nào đó thì đèn sáng bình thường Khi đó ta có:

+ Khi di chuyển từ N đến C’ thì độ sáng của đèn từ tối hơn mức bình thường đến tăng dần lên và sáng bình thường khi C trùng C’

+ Khi di chuyển từ C’ đến M thì đèn sáng quá mức bính thường có thể cháy, cảng về phía M thì khả năng đèn bị cháy càng cao

Nhận xét: Với bài toán dạng này việc bình luận về sự thay đổi độ sáng của đèn

là không khó Song học sinh có thể quên mất xét trường hợp đèn sáng quá mức bình thường và có thể cháy.

Bây giờ nếu ta mắc thêm điện trở và chuyển bóng đèn mắc song song với biến trở ta được bài toán sau:

Bài tập 2: Cho mạch điện như hình vẽ.

Hiệu điện thế hai đầu nguồn không đổi

UAB = 12V Đèn Đ ghi 6V-6W R = 3

Biến trở có điện trở tối đa là 20 Ban

đầu đèn sáng bình thường Di chuyển con

chạy C về phía M thì độ sáng đèn thay đổi như thế nào? Tại sao?

R

Di chuyển con chạy C về phía M thì độ sáng của

đèn thay đổi như thế nào? Tại sao?

Giải:

Ta vẽ lại mạch như hình bên:

Gọi điện trở toàn phần của biến trở là R

điện trở của đoạn MC là x thì điện trở

Tương tự gọi I là cường độ dòng điện trong mạch thì có 3 khả năng xẩy ra với I

* Nếu I không đổi ta có:

Uđ = Uđx = I.Rđx giảm => độ sáng của đèn giảm

R1A

-=> Uđ = Uđx = UAB – (U1 + UCN) giảm => độ sáng của đèn giảm

Vậy khi di chuyển con chạy C về phía M thi độ sáng của đèn giảm

Nhận xét: Với bài toàn này nếu ta chỉ biện luận thông qua điện trở tương

đương toàn mạch thì rất khó biện luận điện trở đó tăng hay giảm do đó khó có thể biện luận độ sáng của đèn Nhưng nếu ta dùng cách giả sử về cường độ dòng điện trong mạch chính thì việc biện luận rất đơn giản.

Bây giờ tương tự ta biện luận một số bài toán về công suất của dụng cụ điện Bài tập 4: Một bếp điện có số ghi 110V-500W được mắc vào nguồn điện có

hiệu điện thế 220V bằng cách nối tiếp với một biến trở con chạy có ghi 5A-30 Hỏicông suất của bếp thay đổi như thế nào khi di chuyển vị trí con chạy của biến trở

R tăng => Công suất của bếp Pb = I2.Rb tăng

Vậy khi biến trở giảm từ 30 xuống 24,2 thì công suất của bếp tăng từ 494,508W lên 500W Khi biến trở giảm từ 24,2 xuống 0 thì công suất của bếp tiếp tục tăng dần và hoạt động quá mức bình thường, có thể cháy

Nhận xét: Với bài toán này rõ ràng việc biện luận đơn giản, chỉ cần lưu ý học sinh tính toán tìm vị trị của biến trở mà bếp bắt đầu hoạt động quá mức bình thường

là được.

Bây giờ nếu ta lại biện luận về chính công suất của biến trở thì bài toán trở nên phức tạp hơn nhiều.

Bài tập 5: Một điện trở không đổi r và một biến trở R được mắc nối tiếp với nhau rồi

mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi (Hình vẽ) Khi cường độ dòng điện trong mạch lần lượt là I1 = 1A và I2 = 2,5A thì công suất tỏa nhiệt trên biến trở lần lượt là P1 = 12W và P2 = 7,5W

a Tính U và r

b Tính giá trị của biến trở và điện năng tiêu

thụ của mạch điện trong 10 phút khi công suất tỏa

nhiệt của biến trở là P1

c.Khảo sát sự phụ thuộc của công suất trên

biến trở R khi R tăng dần từ 0

(Trích đề thi GVG tỉnh Hà Tĩnh năm học 2013-2014)

Giải:

Xin phép không trình bày lời giải câu a, câu b trong khuôn khổ bài viết này, chỉxin sử dụng kết quả ở câu a là U = 18V, r = 6

c Gọi điện trở của biến trở R là x khi đó ta có:

Cường độ dòng điện trong mạch:

r

RU