Skkn phương pháp giúp học sinh giải bài tập mạch điện về mạch cầu trong dạy bồi dưỡng vật lý 9

TÊN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP GIÚP HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP MẠCH ĐIỆN VỀ MẠCH CẦU TRONG DẠY BỒI DƯỠNG VẬT LÝ Tác giả: NGUYỄN THÚY HUYÊN Chức vụ: GIÁO VIÊN TỔ CHUYÊN MÔN TRƯỜNG NHẬN XÉT: NHẬN XÉT: ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… XẾP LOẠI:… XẾP LOẠI:… Ngày.…tháng… năm 2012 Ngày….tháng….năm 2012 Hiệu trưởng Tổ trưởng Võ Hưng Nguyễn Quang Bộ phận công tác: Tổ Toán - lý PHÒNG GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HUYỆN HÒA VANG NHẬN XÉT: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… XẾP LOẠI: ………………………………………………………………………………………… Hân Ngày… tháng… năm 2012 I ĐẶT VẤN ĐỀ Lí chọn đề tài - Vật lý môn khoa học tự nhiên đóng vai trò quan trọng đời sống thực tế Muốn học tốt môn học đòi hỏi học sinh phải nắm vững lí thuyết, hiểu tường tận vấn đề có phương pháp giải tập cách khoa học - Hiện việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ song hành suốt trình dạy học Để học sinh nắm bắt kiến thức học, người dạy phải có phương pháp cụ thể, trình dẫn dắt kiến thức logic Có học sinh dễ tiếp thu vận dụng vào tập khó, tập nâng cao giải tập - Sách giáo khoa Vật lý có kiến thức định luật Ôm, công thức áp dụng cho đoạn mạch mắc nối tiếp, mắc song song Những tập học sinh luyện tập sách tập ôn luyện kiến thức đơn giản, mà dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, học sinh gặp nhiều khó khăn giải tập nâng cao Cụ thể tập phần điện mạch cầu Thực trạng vấn đề Qua nhiều năm dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nhận thấy học sinh gặp khó khăn giải tập điện mạch cầu với nội dung sau: + Xác định chiều dòng điện qua ampe kế với mạch cầu có điện trở ampe kế nhỏ không đáng kể + Xác định cực dương, cực âm vôn kế + Xác định giá trị điện trở mạch cầu gặp mạch cầu cân +Tính điện trở tương đương mạch cầu mạch cầu không cân + Xác định giá trị điện trở biết số ampe kế Mục đích vấn đề - Trải qua trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, tìm hiểu đề biện pháp giúp học sinh giải tập điện mạch cầu cách rõ ràng Chỉ cần học sinh nắm phương pháp giải cho dạng tập phần tập điện mạch cầu không vấn đề khó khăn học sinh II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ A Khái quát chung mạch cầu điện trở, mạch cầu cân mạch cầu không cân bằng: -Mạch cầu mạch dùng phổ biến phép đo xác phòng thí nghiệm điện - Mạch cầu vẽ hình Hình Các điện trở R1, R2, R3, R4, gọi cạnh mạch cầu, điện trở R5 có vai trò khác biệt gọi đường chéo mạch cầu * Phân loại mạch cầu -Mạch cầu phân thành loại: Mạch cầu cân mạch cầu không cân B Phương pháp chung Bài tập mạch cầu điện trở đa dạng phong phú Để giải tập cần nắm vững kiến thức sau: a Kỹ phân tích mạch điện b Định luật Ôm cho đoạn mạch có điện trở R :I = c Các tính chất đoạn mạch có điện trở mắc nối tiếp,song song d Các công thức biến đổi hiệu điện e Các công thức biến đổi cường độ dòng điện f Cách mắc vai trò ampe kế, vôn kế mạch g Công thức chuyển từ mạch thành mạch tam giác ngược lại C Phương pháp cụ thể Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch mạch cầu ( mạch có điện trở mắc theo sơ đồ hình 1) - Áp dụng phương trình hiệu điện như: UAB = UAM + UMB UAB = I1 R1 + I2 R2 -Áp dụng phương trình dòng điện như: I = I1 + I3 = I2 + I4 -Để cho gọn ta đặt hiệu điện nút đó, nút B chẳng hạn, không, tức VB = đó: UAB = VA UMB = VM UNB = VN Cách gọi phương pháp điện nút Đối với mạch cầu cân Mạch cầu gọi mạch cầu cân VM = VN hay UMN = Tức I5 = Trong trường hợp này: I1 = I2, I3 = I4 Và (1) Ngược lại, I5 = Do đó, đề cho mạch điện mạch cầu hay phần mạch điện mạch cầu nên kiểm tra xem có tồn hệ thức (1) hay không Nếu tồn hệ thức (1) kết luận mạch cầu mạch cầu cân bằng, lúc I5 = 0, muốn tính điện trở tương đương mạch cầu, ta bỏ điện trở R5 (vì I5 = 0) sau áp dụng cách tính mạch thông thường Cách xác định chiều dòng điện biết giá trị điện trở hiệu điện đoạn mạch: - Nếu đề cho biết giá trị điện trở hiệu điện đoạn mạch ta tìm dòng điện qua điện trở - Chiều cụ thể dòng điện xác định theo quy tắc: Dòng điện chạy từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Nếu đề cho U AB = 6V chẳng hạn có nghĩa điện điểm A lớn ( thường ghi bên cạnh điểm A dấu +), điện điểm B nhỏ ( thường ghi bên cạnh điểm B dấu -), dòng điện chạy mạch theo hướng từ A đến B, từ suy dòng điện chạy mạch rẽ chạy qua máy đo (vốn kế, ampe kế).Để biết vốn kế, ampe kế phải mắc vào mạch nào, cần ý dòng điện chạy từ chốt dương sang chốt âm ampe kế, chốt dương vôn kế phải mắc vào điểm có điện cao Trong tính toán áp dụng định luật ôm dạng I = Þ U = I.R Cách tính điện trở tương đương mạch cầu (khi gặp mạch cầu có điện trở) - Nếu toán yêu cầu tính điện trở tương đương mạch cầu ta dùng phương pháp chuyển mạch ( mạch tam giác thành mạch ngược lại) để giải, toán ngắn gọn - Nếu toán yêu cầu tính cường độ dòng điện qua mạch điện trở tương đương ta dùng phương pháp điện nút Những ý giải tập a Các điểm nối với dây nối ( ampe kế) có điện trở không đáng kể coi trùng vẽ lại mạch để tính toán b Vôn kế có điện trở vô lớn “tháo ra” tính toán c Trong toán ghi đặc biệt, người ta thường coi Ra = 0, Rv = ∞.Trong sơ đồ vẽ lại để tính điện trở, không cần vẽ vôn kế vôn kế có điện trở lớn (Rv = ∞) Các tập minh họa Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ (H2a) Hình 2a UAB = 18V, R1 = 8W; R2 = 2W, R3 = 4W, điện trở ampe kế không đáng kể a.Cho R4 = 4W Xác định chiều cường độ dòng điện qua ampe kế? b.Biết cường độ dòng điện qua ampe kế 1,8A theo chiều từ N đến M Tính R 4? Bài giải: a Do điện trở ampe kế không đáng kể, chiều dài dây dẫn không ảnh hưởng đến mạch Ta chập hai điểm M với N lại với Khi mạch điện gồm: (R1//R2) nt (R3//R4) hình vẽ (H2b) Hình 2b Ta có : R12 = = = 1,6 R34 = Điện trở tương đương mạch: RAB = R12 +R34 = 1,6 + = 3,6 (Ω) I12 = I34 = I = = 5(A) Þ U12 = U1 = U2 = I12.R12 = 5.1,6 = (V) Þ U34 = U3 = U4 = I34.R34 = 5.2 = 10 (V) Cường độ dòng điện qua điện trở R1 là: I1 = Cường độ dòng điện qua điện trở R3 là: I3 = = 1(A) = 5(A) Do I3 > I1 nên dòng điện qua ampe kế có chiều từ N đến M có cường độ IA= I3 – I1 = 5-1 = (A) b.Xét sơ đồ hình 2a, dòng điện qua ampe kế có chiều từ N đến M xét nút M ta có: I3 = IA + I1 Þ = 1,8 + Þ 2U3 = 14,4 +U1 (1) -Mà UAB = U1 +U3 = 18(V) -Từ (1) (2) ta U1 = 7,2V = U2 ; U3 = 10,8(V) = U4 Cường độ dòng điện qua R2 : I2 = - (A) -Cường độ dòng điện qua R4 là: I4 = I2 – IA = 3,6 – 1,8 =1,8(A) -Điện trở R4 : R4 = = (W) Bài 2: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 3a) Biết R = 80W; R2 = R3 = 120W; R4 biến trở, vốn kế có điện trở lớn Đặt vào hai đầu A, B mạch điện hiệu điện UAB = 66V Hình 3a a Tìm số vôn kế Cho biết cực dương vôn kế phải mắc vào điểm nào? b Điều chỉnh biến trở vôn kế số Tìm hệ thức điện trở R1, R2, R3 R4, tính R4 Nếu thay vôn kế điện trở R = 150 Ω cường độ dòng điện qua điện trở qua mạch thay đổi nào? Bài giải: a Vì vôn kế có điện trở vô lớn nên I = I3 , I2 = I4 điện trở mắc vào mạch phải theo sơ đồ hình 3b: (R1 nt R3)// (R2 nt R4) Hình 3b Ta có: I1 = I3 = I2 = I4 = UAE = I1R1 = UAB UAF = I2R2 = UAB Ta có: UEF = UAF – UAE = UAB Þ UEF = UAB (1) - Thay số vào ta UEF = -6,6V, nghĩa VE < VF: Vôn kế 6,6 V cực dương vôn kế mắc vào điểm F b.Muốn cho vốn kế số (UEF = 0), theo (1) ta phải có: R2R3 = R1R4 hay Suy ra: R4 = mạch cầu cân Ω) Khi thay vôn kế điện trở R0 theo đề ta có UEF = cường độ dòng điên qua R0 ( không, cường độ dòng điện qua điện trở R1, R2, R3 ,R4 qua mạch giữ nguyên không đổi Bài 3: Cho mạch điện có sơ đồ hình Biết R1 = Ω); R2 = 0,4 Ω) R3 = Ω); R4 = Ω) R5 = Ω) UAB = 6V Tính RAB dòng điện qua mạch? Hình Bài giải: Áp dụng phương pháp điện nút ta có: -Sau chọn VB = Þ UAB = VA -Thay trị số vào đẳng thức trên, ta được: Suy ra: -Giải ta được: -Thay giá trị vào phương trình, ta có giá trị I1, I2, I3, I4, I5, I RAB Kết ta được: I = 5,5A, I1 = 4A, I2 =5A I4 = 0,5 A; I5 = 1A Bài 4: Cho mạch điện hình 5, có R1 = Ω), R2 = Ω), R3 = Ω), R4 = Ω), R5 = Ω) UAB = 5,7V Tìm cường độ dòng điện, điện trở điện trở tương đương mạch cầu? Hình Bài giải: -Ta dùng phương pháp chuyển mạch: Chuyển từ mạch hình 5a sang hình 5b Hình 5a hình 5b -Áp dụng công thức chuyển mạch tam giác MBN (H 5a) thành hình (H 5b) -Suy ra: RAMO = R1 +x = + RANO = R3 +Z = -Điện trở tương đương đoạn mạch: Rtđ = 1,05 + -Cường độ dòng điện qua mạch chính: I = UAO = I.RAO = 4.1,05 = 4,2 (v) I1 = -Trở sơ đồ gốc: U3 = I3.R3 = 1,2.2 = 2,4 (A) U4 = U – U3 = 5,7 – 2,4 = 3,3 (V) I4 = I2 = I5 +I1 = 0,1 + 2,8 = 2,9 (A) Bài 5: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 6a) Cho biết: Hiệu điện hai đầu mạch điện U = 14V; R1 = ; R2 = , AB dây dẫn điện dài 1,5m có điện trở phân bố theo chiều dài , điện trở R AB = a , RA = Dịch chạy C tới vị trí cho chiều dài AC = 0,5m Tìm cường độ dòng điện qua ampe kế? b Xác định vị trí chạy C để dòng điện qua ampe kế có cường độ ? Hình 6a Bài giải a Do điện trở phân bố theo chiều dài, nên: Ta thấy: nên mạch cầu cân Do ampe kế số a Đặt RAC = x RCB = – x (0 Vì RA = nên D xem chập với C, mạch điện cho vẽ lại sau: Hình 6b -Điện trở tương đương mạch điện: R= -Cường độ dòng điện qua mạch chính: I= -Có thể có trường hợp: +Nếu cực dương ampe kế gắn vào D: IA = I1 – I2 = (loại x = -18 RAC = ) Điểm C nằm AB +Nếucực dương ampe kế gắn vào C: IA = I2 –I1 = (loại ngiệm x = 25,8 RAC ; RCB = 6-1,2 = 4,8 ( ) (m) Điểm C cách A đoạn 0,3m Bài Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H 7) có điện trở R = 3R, R2 =R3 =R4 =R Hiệu điện hai đầu mạch điện U không đổi, biến trở Rx có giá trị công suất tỏa nhiệt điện trở R p1 = 9W a Tìm công suất tỏa nhiệt điện trở R4 đó? b Tìm Rx theo R để công suất tỏa nhiệt điện trở R x cực đại? Hình Bài giải a Ta có: (1) Mặt khác: I = I1 +I3 = I2 +I4 mà I3 = I2 = Do đó: I1 Thay vào (1) ta được: Nhận xét tỉ số a không phụ thuộc vào Rx Ta có: UAB = UAM + UMN + UNB (1) (2) -Từ (1) (2) suy IxRx = U + 5Ix (R+Rx) -Công suất tỏa nhiêt điện trở R là: P= Dấu “=” xảy =0 5R = 4Rx Kết đạt -Lúc chưa áp dụng chuyên đề dạy bồi dưỡng tập mạch cầu tính đa dạng nên thân lúng túng không Dẫn đến học trò khó hiểu phương pháp giải cụ thể cho dạng toán -Từ áp dụng chuyên đề vào, phần dạy bồi dưỡng có hiệu rõ rệt, học sinh nắm phương pháp giải áp dụng cho dạng cụ thể Vẫn có vài học sinh chưa thực tốt không học bài, thiếu tập trung, không làm tập nhà III KẾT THÚC VẤN ĐỀ Ý nghĩa đề tài -Qua đề tài này, thấy cần có phương pháp dạy thích hợp cho đề tài kết dạy học đem lại thành công -Đề tài giúp học sinh có phương pháp giải tập mạch điện mạch cầu cách cụ thể, hiệu Sự thành công đề tài kết trình tìm hiểu, xếp logic người dạy giúp học sinh tiếp thu dễ dàng hơn, giúp học sinh yêu thích môn học Vật lí, thích thú học bồi dưỡng không cảm thấy nặng nề, mệt mỏi làm tập nâng cao -Tính đề tài: giúp giáo viên dạy bồi dưỡng có phương pháp giải cụ thể tập mạch cầu mà đề tài xét -Tính hiệu quả: giúp học sinh có kĩ đề giải tập mạch cầu đơn giản -Tính khoa học: Phương pháp giải cho dạng tập rõ ràng -Tính ổn định: Đề tài áp dụng suốt trình học bồi dưỡng học lên cấp THPT -Tính ứng dụng: Đề tài áp dụng tốt cho tập mạch điện mạch cầu đơn giản hay phần mạch điện mạch cầu -Tính tối ưu: Áp dụng có hiệu cho tập mạch cầu Bài học kinh nghiệm hướng phát triển -Để học sinh có phương pháp giải tốt cho dạng tập, trình dạy học người dạy phải có chuẩn bị như: + Nghiên cứu kỹ nội dung chương trình + Đọc tài liệu tham khảo + Tìm hiểu sách viết chuyên đề nâng cao mà dạy Để từ đề phương pháp cụ thể cho dạng tập -Dạy học nói chung dạy bồi dưỡng trình đòi hỏi nghiên cứu, chuẩn bị tốt người dạy Ngoài chuẩn bị giáo viên, việc chọn học sinh có lực, có khả tính toán nhanh, giáo viên phải rèn cho học sinh kỹ học tập như: + Hoàn thành tập nhà + Giải lại dạng chưa hiểu + Tập khả tự đọc tự nghiên cứu sách Có học sinh nắm bắt kịp thời hiểu sâu sắc kiến thức vừa học Do giới hạn đề tài, đề tài trình bày cách giải tập đơn giản mạch điện mạch cầu Rất mong góp ý thầy, cô để đề tài hoàn chỉnh [...]... người dạy giúp học sinh tiếp thu bài dễ dàng hơn, giúp học sinh yêu thích môn học Vật lí, thích thú khi học bồi dưỡng và không cảm thấy nặng nề, mệt mỏi mỗi khi làm bài tập nâng cao -Tính mới của đề tài: giúp giáo viên mới dạy bồi dưỡng có phương pháp giải cụ thể bài tập về mạch cầu mà đề tài đang xét -Tính hiệu quả: giúp học sinh có kĩ năng cơ bản đề giải bài tập về mạch cầu đơn giản -Tính khoa học: Phương. .. học: Phương pháp giải cho từng dạng bài tập rõ ràng -Tính ổn định: Đề tài được áp dụng trong suốt quá trình học bồi dưỡng và khi học lên cấp THPT -Tính ứng dụng: Đề tài áp dụng tốt cho các bài tập mạch điện về mạch cầu đơn giản hay một phần mạch điện là mạch cầu -Tính tối ưu: Áp dụng có hiệu quả cho các bài tập về mạch cầu 1 Bài học kinh nghiệm và hướng phát triển -Để học sinh có phương pháp giải tốt... được phương pháp giải và áp dụng cho từng dạng bài cụ thể Vẫn có một vài học sinh chưa thực hiện tốt là do không học bài, thiếu tập trung, không làm bài tập về nhà III KẾT THÚC VẤN ĐỀ 1 Ý nghĩa của đề tài -Qua đề tài này, tôi thấy cần có phương pháp dạy thích hợp cho từng đề tài thì kết quả dạy học mới đem lại thành công -Đề tài này giúp học sinh có phương pháp giải bài tập mạch điện về mạch cầu một cách... chọn học sinh có năng lực, có khả năng tính toán nhanh, giáo viên phải rèn cho học sinh kỹ năng học tập như: + Hoàn thành bài tập ở nhà + Giải lại những dạng bài mình chưa hiểu + Tập khả năng tự đọc và tự nghiên cứu sách Có như vậy học sinh mới nắm bắt kịp thời và hiểu sâu sắc kiến thức mình vừa học Do sự giới hạn của đề tài, đề tài chỉ trình bày cách giải các bài tập đơn giản về mạch điện là mạch cầu. .. trên điện trở R là: P= Dấu “=” xảy ra =0 5R = 4Rx 7 Kết quả đạt được -Lúc chưa áp dụng chuyên đề khi dạy bồi dưỡng bài tập về mạch cầu vì tính đa dạng của nó nên bản thân tôi lúng túng không biết bắt đầu từ đâu Dẫn đến học trò khó hiểu và không có phương pháp giải cụ thể cho từng dạng toán -Từ khi áp dụng chuyên đề này vào, thì phần dạy bồi dưỡng của tôi có hiệu quả rõ rệt, học sinh nắm ngay được phương. .. pháp giải tốt cho mỗi dạng bài tập, trong quá trình dạy học người dạy phải có sự chuẩn bị như: + Nghiên cứu kỹ nội dung chương trình + Đọc tài liệu tham khảo + Tìm hiểu sách viết về các chuyên đề nâng cao mà mình đang dạy Để từ đó đề ra một phương pháp cụ thể cho các dạng bài tập -Dạy học nói chung và dạy bồi dưỡng là cả một quá trình đòi hỏi sự nghiên cứu, chuẩn bị tốt ở người dạy Ngoài sự chuẩn bị đối... ra: -Giải ra ta được: -Thay các giá trị của vào các phương trình, ta có giá trị của I1, I2, I3, I4, I5, I và RAB Kết quả ta được: I = 5,5A, I1 = 4A, I2 =5A I4 = 0,5 A; I5 = 1A Bài 4: Cho mạch điện như hình 5, có R1 = 1 Ω), R2 = 1 Ω), R3 = 2 Ω), R4 = 3 Ω), R5 = 4 Ω) và UAB = 5,7V Tìm các cường độ dòng điện, điện trở và điện trở tương đương của mạch cầu? Hình 5 Bài giải: -Ta dùng phương pháp chuyển mạch: ... cách A một đoạn 0,3m Bài 6 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ (H 7) trong đó có điện trở R 1 = 3R, R2 =R3 =R4 =R Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện là U không đổi, khi biến trở Rx có một giá trị nào đó thì công suất tỏa nhiệt trên điện trở R 1 là p1 = 9W a Tìm công suất tỏa nhiệt trên điện trở R4 khi đó? b Tìm Rx theo R để công suất tỏa nhiệt trên điện trở R x cực đại? Hình 7 Bài giải a Ta có: (1) Mặt... 2 ,9 (A) Bài 5: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ (H 6a) Cho biết: Hiệu điện thế hai đầu mạch điện U = 14V; R1 = 3 ; R2 = 6 , AB là dây dẫn điện dài 1,5m có điện trở phân bố đều theo chiều dài , điện trở R AB = 6 a , RA = 0 Dịch con chạy C tới vị trí sao cho chiều dài AC = 0,5m Tìm cường độ dòng điện qua ampe kế? b Xác định vị trí của con chạy C để dòng điện qua ampe kế có cường độ ? Hình 6a Bài giải. .. chạy C để dòng điện qua ampe kế có cường độ ? Hình 6a Bài giải a Do điện trở phân bố đều theo chiều dài, nên: Ta thấy: nên mạch cầu cân bằng Do đó ampe kế chỉ số 0 a Đặt RAC = x RCB = 6 – x (0 Vì RA = 0 nên D xem như chập với C, mạch điện đã cho được vẽ lại như sau: Hình 6b -Điện trở tương đương của mạch điện: R= -Cường độ dòng điện qua mạch chính: I= -Có thể có 2 trường hợp: +Nếu cực dương của ampe kế