skkn phân loại và phương pháp giải bài tập điện học vật lý 9 nâng cao

I TÊN SÁNG KIẾN “PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN HỌC VẬT LÍ NÂNG CAO” II TÁC GIẢ SÁNG KIẾN - Họ tên: Phạm Thị Gấm - Chức vụ: Giáo viên - Tổ khoa học tự nhiên - Đơn vị: Trường THCS Hùng Tiến - Kim Sơn III NỘI DUNG SÁNG KIẾN Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ sở lí luận Trong giai đoạn đổi đất nước, Đảng ta chủ trương đẩy mạnh công tác giáo dục, coi yếu tố đầu tiên, yếu tố quan trọng góp phần phát triển kinh tế - xã hội Mục tiêu giáo dục là: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài” Tinh thần nghị Đại hội VI Đảng rõ: Coi đầu tư cho giáo dục đầu tư cho phát triển Trong trọng đến chất lượng mũi nhọn, muốn phải đầu tư cho việc dạy, bồi dưỡng sử dụng nhân tài tất môn Bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nhiệm vụ ngành giáo dục, xem trọng “hiền tài nguyên khí quốc gia” công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THCS tổ chức thực năm qua Bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ then chốt nhà trường, thành để tạo lòng tin với phụ huynh sở tốt để xã hội hoá giáo dục Bác Hồ kính yêu sinh thời quan tâm đến việc đào tạo, bồi dưỡng nhân tài, Người coi việc diệt giặc đói, giặc dốt quan trọng không việc diệt giặc ngoại xâm Riêng môn Vật lí cấp THCS có đặc thù nội dung kiến thức gồm phần chính: Cơ học, Nhiệt học, Điện học Quang học Mỗi phần có nét đặc trưng riêng, áp dụng phương pháp giải tương đối khác Với phần Điện học, muốn học tốt kiến thức nâng cao nắm vững kiến thức môn Vật lí, học sinh phải có kiến thức tương đối vững Toán học Cơ sở thực tiễn: Hiện thị trường, sách tham khảo nâng cao Vật lí THCS chưa phong phú, nội dung sơ sài, trùng lặp, chưa có hệ thống Phần lớn sách tham khảo dừng lại việc đưa kiến thức bản, đề lời giải, chưa phân tích, mở rộng vấn đề, đề xuất cách giải hay phương pháp để giải toán Phần điện học xem loại toán phong phú chủ đề nội dung, quan điểm phương pháp giải toán Vì xem phần trọng điểm chương trình Vật lí nâng cao học sinh thi học sinh giỏi lớp thi vào lớp 10 chuyên Việc giải toán điện học thường phải sử dụng nhiều kiến thức kĩ môn Toán như: phương trình bậc hai, hệ phương trình bậc nhiều ẩn số, bất đẳng thức đặc biệt toán cực trị sử dụng đồ thị hàm số, Cũng lẽ mà với học sinh ôn tập thi học sinh giỏi thi vào 10 chuyên phần Điện học phần trọng điểm Vì vậy, việc phân loại thủ thuật giải số dạng tập Điện học vấn đề có ý nghĩa quan trọng Nó góp phần giúp giáo viên có sở để dạy tốt tập thuộc phần Qua chất lượng học sinh giỏi tốt hơn, học sinh có kiến thức vững vàng thi học sinh giỏi thi vào trường chuyên, lớp chọn Với lí mong muốn công tác ôn luyện học sinh giỏi đạt kết tốt, thường xuyên khoa học hơn, góp phần hoàn thành mục tiêu giáo dục, nâng cao chất lượng giáo dục địa phương, chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm: “Phân loại phương pháp giải tập điện học Vật lý nâng cao” Phần II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Giải pháp cũ thường làm Trong năm trường THCS Hùng Tiến, Ban giám hiệu nhà trường phân công dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9, giáo viên trường chưa bao lâu, kinh nghiệm giảng dạy hạn chế, lúng túng phương pháp dạy cách phân loại, lựa chọn tập Phần Điện học dạy em theo chủ đề theo tiết học sách giáo khoa, từ kiến thức đưa tập từ dễ đến khó Cụ thể: Dạng 1: Định luật Ôm Dạng 2: Định luật Ôm đoạn mạch nối tiếp Dạng 3: Định luật Ôm đoạn mạch song song Dạng 4: Định luật Ôm đoạn mạch hỗn hợp Dạng 5: Điện trở dây dẫn Dạng 6: Biến trở Dạng 7: Công- Công suất Dạng 8: Định luật Jun-Len xơ Với dạng, cung cấp cho em kiến thức (chủ yếu công thức áp dụng) đưa tập từ dễ đến khó, yêu cầu em tìm cách giải Có học sinh không làm lại hướng dẫn cho em chưa rút học hay phương pháp cho dạng Có phải sử dụng đến công thức toán học lại cung cấp cho em để áp dụng vào Với cách làm nhận thấy có ưu điểm hạn chế sau: 1.1 Ưu điểm: Với tập bản, học sinh cung cấp công thức nên vận dụng tương đối tốt Các dạng đưa phân theo trọng tâm theo sách giáo khoa, học sinh nắm công thức cách giải dạng 1.2 Hạn chế: Tuy nhiên kiến thức bổ trợ vật lý sách giáo khoa em không cung cấp đầy đủ dẫn đến em chưa làm toán sáng tạo, nâng cao hơn, phức tạp Học sinh không tự phân loại tập, việc phân loại phương pháp giải cho dạng chưa linh hoạt sáng tạo Từ chủ đề chưa rút kinh nghiệm hay phương pháp cho em tư nhanh hơn, giải toán nhanh hay thông minh Phần kiến thức toán học bổ sung cho em chưa kịp thời, đến cần sử dụng kiến thức toán bổ sung cho em dẫn đến em nhớ máy mọc cách làm mà chưa vận dụng khác Cách phân loại tập chưa hợp lí, thiếu dạng tập sáng tạo, nâng cao Do thi em lúng túng sáng tạo nâng cao Với kiến thức sách giáo khoa đưa gặp mạch điện có dạng đặc biệt không tường minh, học sinh tìm hướng giải Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ, cạnh có điện trở r (ví dụ AB, AC, BC…) Tính điện trở tương đương khi: a) Dòng điện vào nút A nút B D C b) Dòng điện vào nút C nút D O c) Dòng điện vào nút A nút O A B G E Chính mà kết công tác bồi dưỡng học sinh giỏi năm trước chưa cao Bản thân trăn trở, suy nghĩ tìm biện pháp khắc phục, mong muốn em học sinh giỏi thi đạt nhiều kết cao Để khắc phục hạn chế nêu trên, qua trình bồi dưỡng học sinh giỏi trường THCS Hùng Tiến bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh THCS Phát Diệm, mạnh dạn nêu số kinh nghiệm thân cách phân loại phương pháp giải tập điện học Vật lý nâng cao Giải pháp cải tiến Từ nhược điểm, tồn giải pháp cũ, qua trình bồi dưỡng học sinh giỏi môn rút số kinh nghiệm cho thân số giải pháp cụ thể sau đây: Trước tiên giáo viên cần giúp học sinh nắm vững kiến thức phần Điện học Các công thức vật lý, đơn vị đại lượng cách biến đổi, vận dụng công thức cho phù hợp với Cung cấp thêm cho em kiến thức bổ trợ nâng cao tài liệu tham khảo, tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi Bên cạch đó, nội dung không phần quan trọng giáo viên phải giúp học sinh nhớ lại nắm vững kiến thức môn Toán bổ trợ trước đưa tập 2.1 Các kiến thức Toán học cần bổ trợ cho học sinh Vì giải tập vật lý cần hổ trợ kiến thức toán học cho học sinh? Tôi đặt câu hỏi muốn đề cập đến vai trò quan trọng toán học việc giải tập vật lý khó, thủ thuật vượt khỏi kiến thức đại trà mà hàng ngày giáo viên cung cấp bục giảng, giành để ôn luyện học sinh giỏi kì thi học sinh giỏi Toán học phương tiện hổ trợ đắc lực việc giải tập vật lý Bởi giải tập học sinh thường mắc phải khó khăn định toán học xử lý khó Vì thuật toán học khó yếu tố dẫn đến bế tắc học sinh Nhiều học sinh phân tích tượng vật lý, tìm tượng sử dụng công thức vào toán, tính toán thông thường dựa vào phương trình bậc vài phép biến đổi học sinh giải dễ dàng, gặp phải thuật toán khó học sinh đành bế tắc, lại tư toán học học sinh trung học sở nhiều hạn chế Xuất phát trình bồi dưỡng giảng dạy học sinh giỏi môn Vật lý kì thi cấp huyện, tỉnh, nhận thấy kĩ toán học quan trọng cần thiết Học sinh phải biết áp dụng số kĩ toán học việc giải toán để đạt hiệu cao Tóm lại: Có thể giải toán nhiều đường khác nhau, kết học sinh tiếp thu được, lựa chọn cách giải riêng vận dụng cách hiệu giải tập tương tự quan trọng Mọi toán khó kĩ toán học yếu tố định thành công học sinh cần phải có kĩ sau: + Kĩ đọc hiểu đề + Kĩ biểu diễn hình minh họa đề (nếu có) + Kĩ phân tích tượng vật lý xảy + Kĩ sử dụng công thức (định luật, định nghĩa, khái niệm, tính chất, ) vật lý vào tượng phù hợp + Kĩ suy luận (toán học, lý học, ) lôgic + Kĩ tính toán để đến đáp số cuối (kĩ giải tập) + Kĩ biện luận Sau số kiến thức Toán học em cần nắm vận dụng giải tập Vật lí: 2.1.1 Hệ phương trình bậc nhiều ẩn số Hệ phương trình dạng đối xứng Dạng x+y=a (1) y + z =b (2) x+z=c (3) Thông thường học sinh dùng phương pháp giải toán Thực chất dùng phương pháp giải dễ dàng toán Nhưng gặp dạng ta dùng cách giải đặc biệt sau giải toán nhanh Cộng vế phương trình ta phương trình mới: x+y+z= ( a +b + c) (4) Trừ vế phương trình cho phương trình lại ta tìm giá trị: (4) (1) ⇒ z (4) (2) ⇒ x (4) (3) ⇒ y Dạng 2: z (y + x ) / ( x + y +z ) = a (1) y ( x+ z) / ( x + y +z ) = b (2) x (y + z ) / ( x + y +z ) = c (3) Đối với toán dạng dùng phương pháp gặp nhiều khó khăn toán không tìm đáp số, dùng cách giải toán giải nhanh hiệu tốt Cộng vế phương trình ta phương trình: ( xy + yz + xz )/ ( x +y +z ) = (a + b +c ) (4) Trừ phương trình (4) cho phương trình đầu ta xy / ( x +y +z )= (a + b +c ) –a = A xz / ( x +y +z )= (a + b +c ) –b = B zy / ( x +y +z )= (a + b +c ) –c = C Chia phương trình vừa tìm cho ta phương trình sau: y/z = A/B x/y = B/C Rút ẩn theo ẩn (ở rút ẩn khác theo ẩn y) thay vào phương trình ta phương trình ẩn số Giải phương trình ẩn tìm ẩn đó, suy ẩn lại z = y.B/A x = y.B/C Tuy nhiên phương trình tổng quát nhìn khó hiểu gặp phương trình số lại đơn giản Sau hai ví dụ thực tế học sinh giải tập vật lý thường gặp cho cách giải Ví dụ 1: Cho hộp đen vẽ Với dụng cụ vôn kế, ampe kế, nguồn điện, dây nối khoá K Bằng thực nghiệm xác định điện trở hộp R1 R2 R3 Hình Hướng dẫn cách giải: Mắc nguồn điện vào chốt 2, vôn kế vào chốt 2, ampe kế nối tiếp vào chốt để đo cường độ dòng điện hiệu điện hai đầu R1 R2 mắc nối tiếp U1 I1 Kết đưa ra: R1 + R2 = U1/I1 (1) Tương tự cho chốt lại ; R1 + R3 = U3/I3 (2) R3 + R2 = U2/I2 (3) Cộng phương trình ta được: R1 + R2 + R3 = (U1/I1 + U2/I2+ U3/I3) (4) Lấy (4) trừ cho phương trình ta được: R1 = ( U1/I1+ U3/I3 - U2/I2) R2 = ( U1/I1+ U2/I2- U3/I3) R3 = ( U2/I2+ U3/I3 - U1/I1) Ví dụ 2: Cho mạch điện hình vẽ Biết điện trở đoạn mạch 8Ω Nếu thay đổi vị trí R1 R2 R3 R1 Hình R2 ta điện trở đoạn mạch 16Ω, thay đổi vị trí R1 R3 ta điện trở đoạn mạch 10Ω Tính điện trở Hướng dẫn cách giải: Đặt : x = R1 , y = R2 , z = R3 Căn toán ta có: x (y + z ) / ( x + y +z ) = (1) y ( x+ z) / ( x + y +z ) = 16 (2) z (y + x ) / ( x + y +z ) = 10 (3) Cộng vế phương trình ta được: ( xy + yz + xz )/ ( x +y +z )= (8+ 16 + 10 ) ⇔ ( xy + yz + xz )/ ( x +y +z )= 17 (4) Trừ vế phương trình (4) cho phương trình đầu ta được: zy / ( x +y +z )= (5) xz / ( x +y +z )= (6) xy / ( x +y +z )= (7) Chia phương trình vừa tìm cho ta phương trình sau: y/x = y/z = Rút ẩn theo ẩn (ở rút ẩn khác theo ẩn y)và thay vào phương trình ta phương trình ẩn số Giải phương trình ẩn tìm ẩn đó, suy ẩn lại x = y/9 z = y/7 Thay vào (7) ta được: (y/7)y / ( y/9+ y + y/7) = Hay: 9y/ ( 7+ + 63) = Suy ra: y = 553/9 = R1 x = 553/81 = R2 z =79/ = R3 2.1.2 Bất đẳng thức Dạng học sinh thường gặp giải toán công suất dòng điện, biến trở thay đổi giá trị tìm giá trị cực đại, cực tiểu Vì kiến thức toán học phần hỗ trợ học sinh cần thiết Bởi học sinh kiến thức toán phần đưa biểu thức không giải toán *Bất đẳng thức Cô si: Cho a1, a2, , an số không âm thì: a1 + a + + a n n ≥ a1 a a n n Hay: a1 + a + + a n ≥ n n a1 a a n Dấu “=” xảy ⇔ a1 = a2 = = an Áp dụng với số a, b không âm, ta có: a+b ≥ ab hay: a + b ≥ ab Dấu “=” xảy a = b Trong toán vật lý đưa ra\được lập luận a = b giải nhiều vấn đề liên quan 2.1.3 Sử dụng nghiệm phương trình bậc hai: ax + bx + c = Trong toán vật lý thường giá trị thật, nên toán có nghiệm Khi gặp toán tìm giá trị cực đại cực tiểu ta lợi dụng ∆ ≥ 0, với ∆ = b2 - 4ac Ví dụ 3: Cho mạch điện gồm Rx R0 biến trở Rx mắc nối tiếp với điện trở R0 vào nguồn điện có hiệu điện + U - không đổi U Tìm giá trị R x để công suất tiêu thụ lớn nhất? Cách 1: Dùng phép biến đổi Hình Cách cách mà học sinh thường dùng để giải vấn đề toán Tuy nhiên cách đòi hỏi học sinh có khả toán học tốt Quan trọng học sinh nhìn nhận vấn đề gặp phải toán khó khăn Thực tế học sinh khả không giống nhau, nên gặp toán dạng nên cung cấp thủ thuật khác để học sinh lựa chọn cho cách tốt Dù giải cách nguyên tắc chung khảo sát đại lượng theo giá trị biến đổi, tốt nên hình thành biểu thức đại lượng khảo sát theo giá trị biến đổi để giải 10 + Ampe kế: sơ đồ ampe kế có vai trò điện trở Trong trường hợp mạch phức tạp ta tính số ampe kế dựa vào định lý nút + Vôn kế: Có điện trở không lớn có vai trò điện trở, số vôn kế loại trường hợp mạch phức tạp tính thông qua công thức cộng Ví dụ : Cho mạch điện hình vẽ, ampe kế giống hệt Các điện trở r Biết A2 1A, A3 0,5A Hỏi A1 bao nhiêu? Hình 26 Hướng dẫn cách giải: Nhận xét: Các ampe kế có điện trở đáng kể, R A= A1 làm đoản mạch Do trước hết ta phải tìm RA Áp dụng cho đoạn mạch song song ta có: I R A + 2r = = = ⇒ RA = 2r I3 RA 0,5 Để có I1 ta so sánh với I4 thông qua mạch song song, mạch A1 phần lại" RPQ = r r 4 = r , RMPQN = r + r = r 2r + 4r 3 r I1 7 7 ⇒ = = ⇒ I1 = I = ( I + I ) = A I 2r 6 Ví dụ 10: Có ampe kế, vôn kế giống điện trở gồm hai loại mà giá trị chúng gấp lần mắc với hình 1a Số máy đo 1V, 10V 20mA a) Chứng minh rằng: Cường độ dòng điện chạy qua điện trở có giá trị b) Xác định giá trị điện trở mắc mạch 22 Hình 27 Hình 28 Hướng dẫn cách giải: a) Do vôn kế V2 có số khác không nên mạch cầu AB mạch cầu cân Do đó, gọi giá trị loại điện trở R giá trị loại điện trở 4R điện trở mắc vào mạch hình 28 (nếu đổi chỗ điện rở R 4R cho mạch trở thành cầu cân bằng.) U V1 Nếu V1 1V điện trở Vôn kế là: RV = I = 0,02 = 50Ω A ⇒ IV = U V 10 = = 0,2 A > IA = 0,02A Điều vô lí RV 50 Vậy vôn kế V1 10V, V2 1V U 10 V1 Điện trở vôn kế là: RV = I = 0,02 = 500Ω A U V2 Dòng điện qua V2 : IV = R = 500 = 0,002 A V Ta có: UAB = I1.R + I3.4R = I2.4R + I4.R → I1 - I4 = (I2 - I3) (1) Mặt khác: I1 + I2 = I3 + I4 = I → I1 - I4 = (I3 - I2) (2) Từ (1) (2) suy ra: I1 = I4 I2 = I3 b) Dựa vào sơ đồ mạch điện hình 1b ta thấy I1 > I3, dòng qua V2 có chiều tư C đến D + Tại nút C ta có : I1 = I3 + IV2 → I1 = I2 + 0,002 (Vì I3 = I2) (3) + Mặt khác: Tại nút A có: IA = I1 + I2 = 0,02 (4) Từ (3) (4) ta tìm được: I1 = 0,011A, I2 = 0,009A + Lại có: UV2 = U2 - U1 ↔ = I2.4R - I1.R → R = 40 Ω 23 2.2.4 Bài toán mạch cầu * Mạch cầu cân R1 A + Dạng sơ đồ mạch cầu R2 C - R5 R3 B R4 D Hình 29 + Khi I5= mạch cầu cân Khi I1= I2 I3= I4; U1= U3 U2= U4 Suy ra: I1R1= I3R3 I2R2= I4R4 hay R1/R3 = R2/ R4 ; R1.R4 = R2 R3 Mạch điện coi tương đương với mạch điện sau, nghĩa vai trò R5 có mạch điện mạch điện R1 C R2 A + R3 D B R4 Hình 30 + Khi I5 ≠ mạch cầu không cân Thì việc giải toán theo phương pháp đặt biệt khác * Mạch cầu không cân bằng: R1/R3 ≠ R2/ R4 Hay R1.R4 ≠ R2 R3 Ví dụ 11: Cho mạch điện hình vẽ: R1= 1Ω, R2= 1Ω, R3= 2Ω, R4= 3Ω, R5= 1Ω Hiệu điện không A đổi trì U=10V Tính cường + độ dòng điện qua điện trở R1 R3 C R2 - R5 D R4 B Hình 31 điện trở toàn mạch *Các cách giải Cách 1: Thông thường học sinh gặp phải dạng toán hay đưa phương trình ẩn số I1, I2, I3, I4, I5 Tuy nhiên qua cách giải học sinh 24 phải vất vả để giải phương trình bật ẩn số dùng kĩ thuật thay dần để chuyển phương trình ẩn Việc giải có nhiều khéo léo, không dẫn đến đường vòng Giả sử dòng I5 có chiều từ CD Hình 32 Sử dụng hệ phương trình: U 1+U2 = U U 3+U4 = U U 1+U5 = U3* I1 = I5 + I2 I3 = I4 - I5 Thay số ta hệ phương trình sau: I 1R1+I2R2 = U I1+ I2 = 10 I 3R3+I4R4 = U 2I3 + 3I4 = 10 I 1R1+I5R5 = I3R3 ⇒ I 1+I5 = 2I3 I1 = I5 + I2 I1 = I5 + I2 I3 = I4 - I5 I3 = I4 - I5 Giải ta I1 = 4,8A - I2 = 5,2A – I3 = 2,2A - I4 = 1,8A - I5 = 0,4A Cường độ dòng điện qua mạch I = 7A R =10/7 ≈ 1,4 Ω Cách 2: Giải theo ẩn số U1 U3 Cũng sử dụng phương trình ta chuyển ẩn U1 U3 U 1+U5 = U3 * (1) I1 = I5 + I2 (2) I3 = I4 - I5 (3) U 1+U5 = U3 ⇒ U1/R1 = U5/R5+ U2/R2 U3/R3 = U4/R4 – U5/R5 Và: U4 = U – U3 ; U2 = U – U1 Thay vào ta được: U 1+U5 = U3 U 1+U5 = U3 25 U1/R1 = U5/R5+ (U – U1)/R2 ⇒ U3/R3 = (U – U1)/R4 – U5/R5 U1 = U5+ (10 – U1) U3/2 = (10 – U1)/3 – U5 Giải hệ phương trình ẩn số tìm : U1 = 4,8V; U3 = 4,4V Suy : U2 = 5,2V; U4 = 5,4V; U5 = 0,4V Từ tìm cường độ dòng điện điện trở tương đương toàn mạch Cách 3: Biến đổi tương đương, chuyển đổi từ mạch tam giác mạch M Hình 33 Thuận tiện phương án ta tính điện trở toàn mạch cách dễ dàng R13 = ( R1R3) / ( R1 + R5 +R3) R15 = ( R1R5) / ( R1 + R5 +R3) R35 = ( R5R3) / ( R1 + R5 +R3) Điện trở đoạn mạch MB: ( R 15 + R ) ( R 35 + R ) RMB = ( R + R + R + R ) 15 35 Điện trở toàn mạch: R = R13 + RMB Cường độ dòng điện qua mạch chính: I = U R Tìm U MB = I RMB Suy I2 = UMB/ ( R15 + R2) ⇒ U2 = I2R2 I4 = I – I2 ⇒ U4 = I4R4 Trở mạch ban đầu, tìm U1 U ⇒ I1 ; I3 ⇒ I5 Cách 4: Chọn mốc điện VB = ẩn số tìm V C VD Việc giải roán cần sử dụng phương trình nút C nút D U= VA – VB = VA = 10V I1 = I5 + I2 ⇒ (VA- VC)/ R1 = ( VC – VD)/ R5 + ( VC – VB)/R2 (1) I3 = I4 - I5 ⇒ (VA- VD)/ R3 = ( VD – VB)/ R4 + ( VD – VC)/R2 (2) 26 Giải tìm VC VD ⇒ I1, I2,I3, I4,I5 theo cách tính Tóm lại cách giải cách giải có ưu điểm định nó, cách giải học sinh dễ dàng tiếp thu giải toán nhanh 2.3.5 Bài toán công suất Phương pháp: - Công thức tính công suất: P = I2R = U2/R = UI (1) P R 1 - Khi R1 nt R2 thì: P = R 2 P (2) R - Khi R1 // R2 thì: P = R (3) Ví dụ 12: (Bài toán bản) A Đ2 Trong bóng mắc hình Đ4 Đ1 vẽ, bóng có điện trở R Cho biết công suất bóng thứ tư P 4=1W Đ3 B Tìm công suất bóng lại Đ5 Hình 34 Hướng dẫn cách giải: Nếu giải theo cách thông thường toán dài hơn, dùng công thức (2), (3) toán trở nên đơn giản gọn P R R + Ta thấy Đ4 nt Đ5 nên: P = R = R = → P4 = P5 = W 5 P R R 45 +Mặt khác R45 //R3 nên: P = R = R + R = → P3 = P45 = 2( P4 + P5 ) = W 45 P2 R R = = = R + Lại có: R2 nt R345 nên: P345 R345 → P2 = P345 = W + Cuối cùng: R1 // R2345 nên: P1 = R2345 P2345 R1 5R 5 = = → P1 = P2345 = 25 W R 3 *Bài toán tìm công suất cực đại, cực tiểu, biến trở Phương pháp giải toán sử dụng bất đẳng thức nghiệm phương trình bậc hai trình bày mục 2.1.2 2.1.3 27 Ví dụ 13: (Tìm công suất cực đại, cực tiểu biến trở) Cho mạch điện hình vẽ R0= 12Ω , đèn Đ có ghi 6V-3W Hiệu điện U = 15V không đổi a) Tìm vị trí chạy để đèn sáng bình thường b) Điều chỉnh chạy phía A đèn sáng nào? c) Tìm vị trí chạy để cường độ dòng điện qua biến trở cực đại Hướng dẫn: + Sử dụng phương trình nút C ta có: I = Ix + Iđ C A+ + Rx = 6Ω - B Hình 35 + Tìm I , suy Iđ= 15( x +2)/ (-x2 + 12 + 144) + Tìm cường độ dòng điện: Ix =180/{180 – (x- 6)} Suy x = 6Ω Ví dụ 14: Theo sơ đồ mạch điện (hình 36), đèn Đ có ghi 6V- 3W, R x biến U = 15V trở, R= 4Ω Hiệu điện U = 10V Rx không đổi Xác định giá trị Rx để: a) Công suất tiêu thụ Rx cực đại R Đ b) Công suất tiêu thụ đoạn mạch Hình 36 song song cực đại Đáp số: Rx = 3Ω Rx = 6Ω 2.2.6 Bài toán định luật Jun- Lenxơ Công dòng điện - Hiệu suất mạch điện Phương pháp: * Nắm công thức sách giáo khoa: U2 t = I Rt + Công dòng điện: A = P.t = UIt = R Đơn vị công: J kWh (1kWh = 3,6.106 J) + Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dòng điện chạy qua: Q = I 2Rt (J) Q = 0,24I2Rt (cal) A1 I R1t R1 = = * Khi R1 nt R2 thì: A2 I R2 t R2 28 U2 t A1 R1 R = = * Khi R1 // R2 thì: A2 U R1 t R2 Ví dụ 15: Dùng bếp điện để đun nước Nếu nối bếp với U1 = 120V thời gian nước sôi t1 = 10 phút Nếu nối bếp với U2 = 80V thời gian nước sôi t2 = 20 phút Hỏi nối bếp với U3 = 60V nước sôi sau thời gian t3 bao lâu? Cho biết nhiệt lượng hao phí tỉ lệ với thời gian đun nước Hướng dẫn cách giải: Gọi Q nhiệt lượng cần để nước sôi, k hệ số tỉ lệ ứng với trường hợp U 12 t1 − Q = kt1 Ta có: R (1); Từ (1) (2) ⇒ kR = U 12 t1 − U 22 t t1 − t (4) Từ (2) (3) ⇒ kR = U 22 t − U 32 t t − t3 (5) U 22 t − Q = kt (2); R U 32 t3 − Q = kt3 (3) R Từ (4) (5) ⇒ t3 = 30,76 phút Ví dụ 16: Dùng bếp loại 200V-1000W hoạt động hiệu điện U = 150V để đun sôi ấm nước Bếp có hiệu suất 80% Sự toả nhiệt môi trường sau: Nếu thử ngắt mạch điện sau phút nước hạ xuống 0,5 0C Ấm có khối lượng m1=100g; c1=600J/kgK, nước có khối lượng m2=500g; c2=4200J/kgK, nhiệt độ ban đầu 200C Tính thời gian cần thiết để đun sôi nước Hướng dẫn cách giải: U 02 200 = = 40Ω Điện trở bếp là: R = P0 1000 Nhiệt lượng điện cung cấp cho bếp thời gian t là: Q= U2 150 1125 t= t= t R 40 Nhiệt lượng toàn phần bếp tỏa là: Qtp = H.Q = 80% Nhiệt lượng ấm nước thu vào để sôi: Qthu = (m1c1 + m2c2)(100 - 20) = 172 800 J 29 1125 t = 450 t Nhiệt lượng hao phí ấm nước phút là: Qhp = (m1c1 + m2c2) 0,5 = 1080 J Nhiệt lượng hao phí ấm nước giây là: Qhp = 1080 = 18 J 60 Ta có: Qthu = Qtp - Qhp = 450 t - 18 t = 172 800 → t = 400 s 2.2.7 Bài toán mạch điện có bóng đèn- Cách mắc bóng đèn Bài toán dạng chủ yếu tuý khai thác số liệu định mức bóng đèn (Uđm Pđm) Từ số liệu bóng đèn ta suy đại lượng khác cường độ dòng điện định mức điện trở bóng đèn hoạt động bình thường Iđm= Pđm/ Uđm R = (Uđm)2/ Pđm Đối với bóng đèn + Khi chưa hoạt động điện trở nhỏ (điện trở đo ôm kế) nhỏ điện trở lúc thắp sáng nhiều lần (vì điện trở phụ thuộc nhiệt độ thắp sáng nhiệt độ dây tóc tăng đến vài ngàn độ C nên điện trở lớn) + Khi giải toán bóng đèn với hiệu điện nhỏ ta thường bỏ qua phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ coi điện trở không thay đổi + Điện trở phụ thuộc nhiệt độ tính theo công thức: R = R0(1 + ∝ t) ∝ = 1/273 gọi hệ số điện trở, R0 điện trở vật dẫn 00C + Thường giải toán khảo sát mạch điện thắp sáng đèn hay tính hiệu suất ta dùng công thức: H= (P0/ P).100% + Phương trình công suất: Ptm= P0 + Ph + So sánh độ sáng bóng đèn - Bản thân bóng đèn ta cần so sánh giá trị (U, I, P) thực tế với giá trị (Uđm, Iđm, Pđm) tương ứng đèn Để đến kết luận sau (đèn sáng bình thường, sáng yếu bình thường sáng mức bình thường, bị cháy) - Hai đèn khác có so sánh công suất thực tế với nhau, đèn có công suất thực tế lớn sáng 30 - Độ sáng thay đổi nào? Thường ta có kết luận sau (độ sáng tăng lên, độ sáng giảm xuống, độ sáng không thay đổi) * Cho mạch điện Hình 37 Công suất mạch: Pm =U.I Pr = I2 r Ta có: PR = Pm - Pr = U.I - I2.r = I(U - I.r) Công suất R đạt giá trị lớn khi: U - I.r = I Ví dụ 17: Một nguồn điện có hiệu điện U = 32V dùng để thắp sáng cho bóng đèn loại 2,5V -1,25W Dây nối từ bóng đèn đến nguồn có điện trở Rd =1 Ω a) Tìm công suất lớn bóng b) Tìm cách mắc đèn để chúng hoạt động bình thường Trong cách mắc đó, cách mắc lợi nhất? Hướng dẫn cách giải: a) Gọi cường độ dòng điện qua mạch I Công suất mạch là: Pm = U.I = 32 I Công suất tỏa nhiệt dây dẫn: Pd = I2.Rd = I2 Ta có: Pm = Pđ + Pd → Pđ = Pm - Pd = 32 I - I2 = I (32 - I) Suy ra: Pđ max ⇔ 32 - I = I → I = 16A Khi đó: Pđ max = 16(32 - 16) = 256W b) Giả sử nhánh gồm có n đèn mắc nối tiêp đèn gồm m nhánh mắc song song với → Số lượng bóng đèn mắc vào mạch là: m.n Công suất bóng: Pbđ = 1,25.mn Pđm Cường độ dòng điện định mức mối bóng đèn: I đm = U Cường độ dòng điện qua mạch chính: Im = 0,5m (A) 31 đm = 1,25 = 0,5 A 2,5 Công suất toàn mạch: Pm = U.Im = 32 0,5m = 16m Công suất tỏa nhiệt dây dẫn: Pd = I m2 Rd = (0,5m) Ta có: Pm = Pbđ + Pd ⇔ 16m = 1,25mn + (0,5m)2 ⇔ m + 5n = 64 (*), với n số nguyên dương Nếu m > → m = 64 - 5n > → n < 64/5 → n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Ta có bảng cách lắp bóng đèn sau: n 10 11 12 m 59 54 49 44 39 34 29 24 19 14 * Chú ý: Nếu cho tổng số bóng đèn a lập thêm phương trình: m.n = a Kết hợp với phương trình (*), giải ta tìm m, n (m, n số nguyên dương) Phần III KẾT LUẬN VẤN ĐỀ 32 Sáng kiến áp dụng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường năm học 2011- 2012; 2012- 2013; 2013- 2014 áp dụng bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh năm học 2013 -2014 Khi áp dụng sáng kiến nhận thấy học sinh cảm thấy dễ dàng việc tiếp cận với dạng tập nâng cao phần điện học Các em có cách giải hay, nhanh dễ hiểu Có thể vận dụng sáng tạo linh hoạt tập tương tự Chính mà kết thi học sinh giỏi trường có tiến triển rõ rệt Trong năm trước trường chưa có học sinh đạt giải kì thi học sinh giỏi cấp huyện Trong năm học mà áp dụng giải pháp kết bồi dưỡng học sinh giỏi có kết định * Cấp huyện: Năm học Nhất Nhì Ba K.khích Tổng 2012-2013 0 1 2013-2014 0 1 Và năm học 2013 – 2014, Phòng Giáo dục Đào tạo phân công nhiệm vụ dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh với đồng nghiệp, kết đội tuyển Vật lý xếp thứ Nhì tỉnh, tăng bậc so với năm học trước, trường có học sinh đạt giải Ba cấp tỉnh Bài học rút Trong việc dạy học nói chung bồi dưỡng học sinh giỏi nói riêng, phương pháp ôn tập theo đề để phát huy trí sáng tạo, khả ứng biến phương pháp ôn tập theo chủ đề Với phương pháp này, việc phân loại dạng thành hệ thống có ý nghĩa vô quan trọng Việc giải tập Điện học đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức Toán học như: tính chất dãy tỉ số nhau, bất đẳng thức, hệ phương trình, phương trình bạc hai, Thông thường tập có nhiều cách giải, ta cần tìm cách giải tối ưu Muốn cần ý: + Rèn cho học sinh nắm vững kiến thức nâng cao Vật lý + Có kỹ vẽ lại sơ đồ tương đương đưa dạng tường minh + Vận dụng tối đa kiến thức Toán học học 33 + Sử dụng kiến thức linh hoạt sáng tạo + Nắm vững dạng cách giải cho dạng IV HIỆU QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Nổi bật sáng kiến điểm: phân dạng tập có hệ thống logic khoa học môn phần điện học, sáng kiến thu thập từ nhiều tài liệu có chọn lọc từ nhiều tác giả, từ thi tuyển chọn học sinh giỏi tỉnh thi vào trường chuyên Việc phân loại theo chủ đề nên trình giảng dạy tập bị trùng lặp giảng dạy thời gian dài gây hứng thú cho học sinh học sinh tích cực học tập trạng thái tư tiếp nhận kiến thức Cung cấp cho học sinh kến thức toán học thủ thuật cần thiết trình giải tập vật lý (phương trình nghiệm nguyên, tìm cực đại, cực tiểu, tam thức bậc hai,…) mà bình thường chương trình hành học sinh chưa đủ khả lĩnh hội chưa học Học sinh tiếp thu kiến thức theo trình tự tư logic, hệ thống toàn diện Học sinh thấy dễ hiểu nắm kiến thức vững hơn, sâu hơn, lâu Và em thấy say mê yêu thích môn Vật lý Với sáng kiến nội dung kiến thức bao quát toàn chương trình chặt chẽ Hệ thống hoá kiến thức kiến thức nâng cao bổ sung kiến thức phần điện học mà chương trình khoá chưa đủ thời gian để cung cấp đáp ứng nhu cầu nhận thức học sinh đam mê môn Vật lí Trong trình giảng dạy bồi dưỡng lực tư học sinh kì thi học sinh giỏi giúp học sinh thi vào trường chuyên, thấy việc giảng dạy theo sáng kiến học sinh hứng thú tham gia học tập mang lại hiệu cao Hệ thống hoá kiến thức kiến thức nâng cao bổ sung kiến thức phần điện học để hỗ trợ học sinh tham gia giải tập khó V ĐIỀU KIỆN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Sáng kiến chủ yếu bồi dưỡng lực tư học sinh giỏi đáp ứng nhu cầu học tập học sinh có nguyện vọng thi vào trường 34 chuyên có chất lượng kì thi học sinh giỏi Cũng đưa vào nội dung sinh hoạt chuyên môn tổ, nhóm chuyên môn để xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi nhà trường Mọi giáo viên làm tài liệu tham khảo để có hội giảng dạy tốt môn vật lý kết hợp với kinh nghiệm thân để hoàn thiện, bổ sung, nâng cấp thường xuyên sáng kiến thành tài liệu riêng Phạm vi kiến thức sáng kiến rộng rãi áp dụng cho học sinh yêu thích môn vật lý, sáng kiến mang lại cho học sinh nhiều kĩ cần thiết bổ ích để học sinh học tốt môn Trên kinh nghiệm riêng thân rút trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi bộn môn Trong sáng kiến kinh nghiệm, cố gắng trình bày phương án giải ngắn gọn, dễ hiểu Tuy nhiên thân nhận thấy đôi chỗ cách giải dài, chưa tối ưu lời giải vắn tắt, việc phân loại chưa thực đầy đủ dạng Do mong nhận góp ý bạn đồng nghiệp Hội đồng khoa học cấp để bổ sung hoàn thành tài liệu có giá trị thực tiễn khoa học Xin chân thành cảm ơn! Xác nhận đơn vị Hùng Tiến, ngày 25 tháng năm 2015 Người viết Phạm Thị Gấm ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN KIM SƠN, NĂM HỌC 2014 - 2015 35 Kim Sơn, ngày tháng năm 2015 36 [...]... kết quả đội tuyển Vật lý được xếp thứ Nhì trong tỉnh, tăng 3 bậc so với năm học trước, trường tôi có 1 học sinh đạt giải Ba cấp tỉnh 2 Bài học rút ra Trong việc dạy học nói chung và bồi dưỡng học sinh giỏi nói riêng, ngoài phương pháp ôn tập theo đề để phát huy trí sáng tạo, khả năng ứng biến thì còn một phương pháp nữa là ôn tập theo chủ đề Với phương pháp này, việc phân loại các dạng bài thành hệ thống... ghép điện trở,…) Đặc biệt phần này tôi đi sâu vào các kinh nghiệm dùng thủ thuật để giải các bài tập (các dạng bài tập mà không thể áp dụng các tính chất thông thường của đoạn mạch để giải quyết được) - Toán học hổ trợ phần bài tập này là phương trình nghiệm nguyên (2 ẩn, 3 ẩn) và phương trình bậc hai - Từng bài toán sẽ rút cho học sinh biết điểm cơ bản và thủ thuật giải quyết Tóm lại: Bài toán tính điện. .. trên ta được Rx= R 2.2 Phân loại bài tập điện học nâng cao Vật lí 9 - Dạng 1 Mạch điện tương đương - Các quy tắc chuyển mạch - Dạng 2 Bài toán chia dòng, chia thế - Dạng 3 Vai trò của ampe kế, vôn kế trong mạch điện - Dạng 4 Bài toán về mạch cầu - Dạng 5 Bài toán về công suất - Dạng 6 Bài toán về định luật Jun- Lenxơ Công của dòng điện - Hiệu suất mạch điện - Dạng 7 Bài toán về mạch điện có bóng đèn- Cách... nghĩa vô cùng quan trọng Việc giải các bài tập Điện học đòi hỏi học sinh phải nắm vững các kiến thức Toán học như: tính chất của dãy tỉ số bằng nhau, bất đẳng thức, hệ phương trình, phương trình bạc hai, Thông thường các bài tập có thể có nhiều cách giải, ta cần tìm ra cách giải tối ưu Muốn vậy thì cần chú ý: + Rèn cho học sinh nắm vững kiến thức cơ bản và nâng cao Vật lý + Có kỹ năng vẽ lại sơ đồ... thi vào các trường chuyên Việc phân loại theo chủ đề nên trong quá trình giảng dạy bài tập ít bị trùng lặp khi giảng dạy trong thời gian dài gây hứng thú cho học sinh và học sinh tích cực học tập trong trạng thái luôn tư duy mới và tiếp nhận kiến thức mới Cung cấp cho học sinh những kến thức toán học và những thủ thuật rất cần thiết trong quá trình giải bài tập vật lý (phương trình nghiệm nguyên, tìm... hiệu quả khá cao Hệ thống hoá được kiến thức cơ bản và kiến thức nâng cao bổ sung kiến thức phần điện học để hỗ trợ học sinh tham gia giải được các bài tập khó V ĐIỀU KIỆN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Sáng kiến này chủ yếu là bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh khá giỏi đáp ứng nhu cầu học tập của học sinh có những nguyện vọng thi vào các trường 34 chuyên có chất lượng hoặc trong các kì thi học sinh giỏi... điện đi vào nút A và đi ra ở nút B b) Dòng điện đi vào nút C và đi ra ở nút D c) Dòng điện đi vào nút A và đi ra ở nút O O A B Hình 13 G E *Đây là mạch đối xứng, phương pháp giải các mạch điện này là: 1 Xác định các trục đối xứng nếu mạch điện nằm trong mặt phẳng hoặc các mặt đối xứng nếu mạch điện nằm trong không gian 16 + Trục hay mặt đối xứng rẽ là đường thẳng hay mặt phẳng đi qua nút vào và nút... của dây tóc tăng đến vài ngàn độ C nên điện trở khá lớn) + Khi giải bài toán về bóng đèn với hiệu điện thế nhỏ ta thường bỏ qua sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ và coi như điện trở không thay đổi + Điện trở phụ thuộc nhiệt độ được tính theo công thức: R = R0(1 + ∝ t) trong đó ∝ = 1/273 gọi là hệ số điện trở, R0 là điện trở vật dẫn ở 00C + Thường khi giải bài toán khảo sát mạch điện thắp sáng đèn... thức Toán học đã học 33 + Sử dụng kiến thức linh hoạt và sáng tạo + Nắm vững các dạng bài và cách giải cho từng dạng IV HIỆU QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Nổi bật trong sáng kiến là ở điểm: phân dạng bài tập cơ bản và có hệ thống logic khoa học của bộ môn phần điện học, trong sáng kiến tôi thu thập từ nhiều tài liệu có chọn lọc từ nhiều tác giả, từ những cuộc thi tuyển chọn học sinh giỏi của tỉnh cũng như thi vào các... 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 m 59 54 49 44 39 34 29 24 19 14 9 4 * Chú ý: Nếu bài cho tổng số bóng đèn là a thì lập thêm phương trình: m.n = a Kết hợp với phương trình (*), giải ra ta tìm được m, n (m, n là số nguyên dương) Phần III KẾT LUẬN VẤN ĐỀ 32 1 Sáng kiến này đã được áp dụng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí ở trường trong những năm học 2011- 2012; 2012- 2013; 2013- 2014 và áp dụng bồi ... học hơn, góp phần hoàn thành mục tiêu giáo dục, nâng cao chất lượng giáo dục địa phương, chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Phân loại phương pháp giải tập điện học Vật lý nâng cao Phần II GIẢI... đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh THCS Phát Diệm, mạnh dạn nêu số kinh nghiệm thân cách phân loại phương pháp giải tập điện học Vật lý nâng cao Giải pháp cải tiến Từ nhược điểm, tồn giải pháp cũ,... học, Nhiệt học, Điện học Quang học Mỗi phần có nét đặc trưng riêng, áp dụng phương pháp giải tương đối khác Với phần Điện học, muốn học tốt kiến thức nâng cao nắm vững kiến thức môn Vật lí, học