Kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi 9 phần xác định giá trị công xuất cực đại trong mạch điện

PHN I: M U I L DO CHN TI Trong giai on i mi ca t nc, ng ta ch trng y mnh hn na cụng tỏc giỏo dc v coi õy l mt nhng yu t u tiờn, yu t quan trng gúp phn phỏt trin kinh t - xó hi Mc tiờu ca giỏo dc l: Nõng cao dõn trớ,o to nhõn lc v bi dng nhõn ti Bi dng nhõn ti cho t nc l mt nhng nhim v ca ngnh giỏo dc, xem trng hin ti l nguyờn khớ ca quc gia Cụng tỏc bi dng hc sinh gii cỏc trng THCS hin ó c t chc thc hin thng xuyờn tt c cỏc lp hc,t n Bi dng hc sinh gii l nhim v then cht mi nh trng, l thnh qu to lũng tin vi ph huynh v l c s tt xó hi húa giỏo dc Ging dy mụn Vt lớ trng THCS thỡ vic hng dn hc sinh tỡm tũi li gii bi l mt ht sc quan trng Mc ớch ca vic gii bi vt lớ l giỳp hc sinh hiu sõu sc hn cỏc khỏi nim, cỏc nh lut vt lớ, dng chỳng vo nhng thc t cuc sng, lao ng Qua nhiu nm ging dy b mụn Vt lớ ti trng THCS Phỳ Nhun, cựng vi nhim v ụn luyn hc sinh gii mụn Vt lớ lp tụi nhn thy rng: cú th bi dng hc sinh gii ngi giỏo viờn luụn phi hc hi, t bi dng kin thc nõng cao trỡnh chuyờn mụn v nng lc s phm cng nh phi bi dng lũng yờu ngh, tinh thn tn tõm vi cụng vic Vic thc hin nhim v phỏt trin v bi dng hc sinh gii, t chc thi hc sinh gii cũn cú tỏc dng tớch cc tr li i vi giỏo viờn, thỳc y phong tro thi ua dy tt hc tt Khi dy bi dng hc sinh gii mụn Vt lớ núi chung v phn in hc núi riờng tụi nhn thy dng bi xỏc nh giỏ tr cc i ca cụng sut mch in l mt dng bi khú, hc sinh thng lỳng tỳng v gp nhiu khú khn gii cỏc bi ny tớnh toỏn phc tp, phi ỏp dng nhiu kin thc v toỏn hc Vỡ nhng lớ trờn tụi ó a vo ỏp dng v hon thnh ti Kinh nghim bi dng hc sinh gii lp phn xỏc nh giỏ tr cụng sut cc i mch in cựng trao i vi ng nghip nhm tỡm bin phỏp hu hiu nõng cao cht lng dy hc b mụn, gúp phn vo vic bi dng hc sinh gii d thi cỏc cp II MC CH NGHIấN CU Vi vic nghiờn cu thnh cụng ti, sỏng kin kinh nghim s giỳp giỏo viờn v hc sinh cú cỏi nhỡn tng quỏt, sõu sc hn v dng bi ny t ú cú th la chn phng phỏp gii hay v nhanh nht III I TNG NGHIấN CU ti nghiờn cu tỡm hiu cỏc cỏch gii bi xỏc nh giỏ tr cụng sut cc i mch in phự hp vi i tng hc sinh lp IV PHNG PHP NGHIấN CU Phng phỏp quan sỏt: Khi thc hin ti ny tụi ó tỡm hiu nhng khú khn ca hc sinh gii dng bi ny t ú tin hnh tỡm tũi, nghiờn cu, ỳc rỳt kinh nghim t thc tin ging dy Phng phỏp trao i: T kt qu nghiờn cu tụi tin hnh trao i, tho lun vi ng nghip t chuyờn mụn hon thin ti Phng phỏp thc nghim: thc hin ti tụi i vo ỏp dng dy th nghim theo phng phỏp ó nghiờn cu i vi mt nhúm gm 10 em hc sinh lp 9A- trng THCS Phỳ Nhun, ú u l cỏc em hc sinh cú hc lc khỏ, gii Phng phỏp iu tra: Ngay t bt u ỏp dng thc hin ti, tụi tin hnh bi kho sỏt v sau ỏp dng ti li tin hnh kho sỏt vi mc cao hn, t ú cú th ỏnh giỏ kt qu thc hin phng phỏp mi PHN II NI DUNG SNG KIN KINH NGHIM I C S L LUN Trong thc hin mc tiờu giỏo dc thỡ nhim v bi dng hc sinh gii c coi l mt nhng nhim v trng tõm, nú ũi hi c mt quỏ trỡnh ht sc cụng phu v gian khú, nhiờn cng rt vinh d Thnh cụng mt trn ny gúp phn quan trng vo thc hin mc tiờu GD, ng thi to mụi trng, khụng khớ v phong tro hc sụi ni, sõu rng t ú thỳc y mi cụng tỏc khỏc nh trng cựng phỏt trin Hc sinh gii khng nh cht lng mi nhn ca mi n v GD l thc o v trớ tu v danh d ca mt nn giỏo dc Ngoi hc sinh gii cũn gúp phn nõng lờn uy tớn, thng hiu ca giỏo viờn, ca nh trng ng thi thc hin tt nhim v bi dng nhõn ti, to ngun cho cỏc cp hc cao hn v úng gúp cho t nc nhng hin ti tng lai Dng bi xỏc nh giỏ tr cụng sut cc i mch in l phn bi m hc sinh thng gp khú khn, cn t v dng kin thc toỏn hc nhiu Vi hc sinh cú hn ch v t v k nng tớnh toỏn thỡ hu nh cỏc em khụng lm c dng toỏn tng hp ny Vy yờu cu t vi ngi thy dy vt lý phi "húa gii" dng toỏn ny, giỳp cỏc em cú mt phng phỏp gii chung , hiu qu Bng kin thc v kinh nghim bi dng hc sinh gii nhiu nm, tụi mnh dn trao i vi ng nghip chuyờn ny II THC TRNG CA VN NGHIấN CU: Thc trng: - Trng THCS Phỳ Nhun l ngụi trng nm vựng nụng thụn ca huyn Nh Thanh Do kinh t cũn nhiu khú khn, nhiu ph huynh hc sinh phi i lm n xa, nhiu hc sinh cũn phi ph giỳp cụng vic gia ỡnh nờn s quan tõm ca ph huynh v thi gian hc ca hc sinh cũn nhiu hn ch - Phn ln hc sinh khụng c tip cn cụng ngh thụng tin hc qua mng Internet, ti liu tham kho cũn thiu thn nờn vic t hc nõng cao kin thc cũn rt nhiu khú khn - Vic gii bi xỏc nh giỏ tr cc i ca cụng sut khụng n thn ch l ỏp dng cỏc cụng thc vt lớ, m cũn phi bit cỏch dng kt hp c kin thc toỏn hc nờn hc sinh gp rt nhiu khú khn vic tỡm cỏch gii Kt qu ca thc trng trờn: Trc ỏp dng ti, tụi ó tin hnh kho sỏt i vi mt nhúm gm 10 hc sinh cú hc lc khỏ gii ca lp 9A Trng THCS Phỳ Nhun, nm hc 2015-2016 Thi gian kho sỏt: Thỏng 10 nm 2015 Sau hc sinh ó c hc xong: Tit 16 Bi v cụng sut in v in nng s dng - Ni dung kho sỏt: Yờu cu hc sinh gii bi sau: bi: Cho mch in nh hỡnh v: R Rx Bit R = , Rx l mt bin tr, hiu in A th UAB = 12V Hóy tỡm Rx cụng sut tiờu + th trờn Rx t giỏ tr ln nht - Thi gian lm bi: 20 phỳt - Kt qu kho sỏt: STT H v tờn im Nguyn Song Anh Nguyn Th Hng Nguyn Trung Kiờn 4 Nguyờn Phng Lờ Nh Qunh Nguyn Nh Qunh Nguyn Th Tho Nguyn Th Thỳy Lờ Huyn Trang 10 Nguyn Vn Tỳ Nh vy tt c cỏc em u cha tỡm cỏch gii bi toỏn ny Sau chm bi v tỡm hiu khú khn ca cỏc em tụi c bit: Cỏc em mi ch B - bit xỏc nh ỳng dng s mch in v ỏp dng cụng thc tớnh cụng sut m cha bit kt hp kin thc toỏn hc vo gii bi nờn i vo b tc III CC GII PHP T CHC THC HIN: Gii phỏp: - Bi dng kin thc c bn vng chc, dng kin thc c bn vo lm bi t n gin n phc Khụng c di t trờn xung lm cho cỏc em nn trớ, thiu t tin Phi to cho cỏc em cú hng thỳ hc - Phõn loi bo theo s mch in v yờu cu ca bi + Xỏc nh cụng xut cc i ca bin tr mt on mch + Xỏc nh cụng xut cc i ca mt on mch - Hng dn hc sinh gii bi theo nhiu cỏch - Cho hc sinh lm bi dng Bin phỏp t chc thc hin: a Hc sinh cn nm vng cỏc kin thc c bn liờn quan cn s dng gii dng bi ny: - Cụng thc tớnh cụng sut ca dũng in: p = UI = U2 = I 2R R - Cụng thc chia dũng i vi on mch gm in tr mc song song R2 R1 I1 = R + R I ; I2 = R + R I 2 - H qu ca nh lý Cụsi: Vi hai s a, b khụng õm Nu a.b = const thỡ a + b nh nht a = b - Vi A(x) = ax2 + bx + c (a 0) ta cú: A(x) = a(x + b ) 2a 4a b v A(x) = 2a 4a b + Nu a < thỡ A(x) ln nht x = v max A(x) = 2a 4a + Nu a > thỡ A(x) nh nht x = b Xỏc nh cụng xut cc i ca bin tr mt on mch Phng phỏp: Bc 1: Thit lp cụng thc tớnh cụng sut ca bin tr vi bin s l tr s ca in tr Bc 2: Da vo h qu nh lý Cụsi hoc da vo cc tr ca tam thc bc hai tỡm cụng sut cc i Cỏc vớ d minh ha: R A VD1: Cho mch in nh hỡnh v: + Bit R = , Rx l mt bin tr, hiu in th UAB = 12V Hóy tỡm Rx cụng sut tiờu th trờn Rx t giỏ tr ln nht Tỡm cụng sut ln nht ú Rx Bi gii: Cỏch 1: Cụng sut tiờu th trờn bin tr l: Px = I R x = U2 U2 U2 R = R = x x 16 ( R0 + R x ) 16 + R x + R x + Rx + Rx 16 16 Vỡ R R x = Const nờn theo h qu ca nh lý Cụsi thỡ R + R x + nh x x 16 nht R = R x R x = Vy cụng sut tiờu th trờn Rx ln nht x v ch Rx = Khi ú cụng sut ln nht l: P = 9W Cỏch 2: Cụng sut tiờu th trờn bin tr l: U R x RR x U2 U2 U ( R R x ) Px = I R x = Rx = = = ( R + Rx ) ( R + R x ) R ( R + R x ) R ( R + R x ) ( R Rx ) Px ln nht l nh nht ( ) R + R x ( R Rx ) ( R R x ) = R x = R = Ta thy nh nht ( ) R + R x Cụng sut ln nht l: P = 9W Cỏch 3: Gi I l cng dũng in chy mch Cụng sut ca bin tr l: Px = P PR = U.I I2.R = 12.I I2 = (4I2 12.I + 9) = (2I 3)2 Vy Pxmax = 9W 2I = I = 1,5 A U 12 in tr tng ng ca mch l: Rtd = I = 1,5 = Giỏ tr ca bin tr l: Rx = Rtd R = = Cỏch 4: U Cng dũng in chy mch l: I = R + R x B - U2 U2 U2 I R= Cụng sut trờn bin tr l: Px = P PR = Rtd R + R x R + R x Px(R + Rx)2 = U2 (R + Rx) U2R R 2 Px R x2 + (2RPx U )Rx + PxR = (*) Phng trỡnh (*) luụn cú nghim nờn: 2 = (2RPx U2)2 - Px R U4 - 4RP4U2 U2 - 4RP4 Px U2 U2 Px max = = 9W 4R 4R Lỳc ny phng trỡnh (*) cú nghim kộp nờn ta cú: ( ) RPx U U RPx 12 ì ì Rx = = = = Px Px 2ì9 VD2: Cho mch in nh hỡnh v: R A C Bit R0 = , R1 = 12 , Rx l bin + tr, hiu in th UAB = 12V Tỡm Rx cụng sut tiờu th trờn Rx l ln nht Tỡm cụng sut ln nht ú Bi gii: Cỏch R R R B - Rx 12 R x x Ta cú in tr tng ng: RCB = R + R = 12 + R ; x x 12 R 20 R + 96 x x RAB = R0+RCB = 8+ 12 + R = 12 + R x x I= 12(12 + R x ) U = R AB 20 R x + 96 R 12 12(12 + R ) 144 36 => Ix = R + R I = 12 + R 20 R + 96 = 20 R + 96 = 5R + 24 x x x x Cụng sut tiờu thu trờn Rx: 1296 1296 R = 36 x 576 Px= Ix2Rx =( 5R + 24 )2Rx = 25R x + 240 R x + 576 25 R x + + 240 Vỡ x Rx 576 576 25 R x 25 R x + + 240 nh nht =const nờn Rx Rx 576 25R x = Rx=4,8 Rx Vy cụng sut tiờu th trờn Rx ln nht Rx = 4,8 Khi ú MaxPx = 2,7W Cỏch Tng t nh cỏch ta cú: 36 Px= Ix2Rx =( 5R + 24 )2Rx x = 2 480 R x 36 36 ( R x + 24 ) ( R x 24 ) 36 ( 5R x 24 ) ì = ì = ì 480 ( R x + 24 ) 480 480 ( 5R x + 24 ) ( 5R x + 24) ( R x 24) Px ln nht l nh nht ( R x + 24 ) ( R x 24) ( 5R x 24) = R x = 24 = 4,8 Ta thy nh nht ( R x + 24 ) Cụng sut ln nht l: P = 2,7W c Xỏc nh cụng xut cc i ca mt on mch Phng phỏp: Bc 1: Thit lp cụng thc tớnh cụng sut ca on mch vi bin s l tr s in tr ca on mch Bc 2: Da vo h qu nh lý Cụsi hoc da vo cc tr ca tam thc bc hai tỡm cụng sut cc i Cỏc vớ d minh ha: VD3: Cho mch in nh s hỡnh v, bit U = 16V, R1 = , R2 = 12 , Rx l mt bin tr in tr ca dõy ni khụng ỏng k Xỏc nh giỏ tr ca Rx cụng sut tiờu th ca on mch AB cc i Tỡm cụng sut ln nht ú R1 R2 A B Rx Bi gii Cỏch Cụng sut ca on mch AB PAB = I R AB U = R1 + R AB U R AB U2 R AB = = R1 + R1 R AB + R AB R12 + R1 + R AB R AB * p dng tớnh cht vi hai s dng a , b Nu tớch a.b khụng i thỡ (a + b) a = b Ta cú: R12 ì R AB = R12 khụng i R AB R12 R2 + R AB l nh nht = R AB R AB = R1 = R AB R AB R R 12 ì = R x = AB = R2 R AB 12 Cụng sut ln nht ca on mch ABl: PAB = 16W Cỏch 2: Cụng sut tiờu th ca on mch AB l: Px = I R AB 2 U R AB R1 R AB U2 U2 U ( R1 R AB ) = R AB = = = ( R1 + R AB ) ( R1 + R AB ) R1 ( R1 + R AB ) R1 ( R1 + R AB ) ( R1 R AB ) Px ln nht l nh nht ( ) R + R AB (R R ) Ta thy AB nh nht ( R1 R AB ) = R AB = R1 = ( R1 + R AB ) R R 12 ì = R x = AB = R2 R AB 12 Cụng sut ln nht ca on mch AB l: PAB = 16W Cỏch Gi I l cng dũng in mch Cụng sut ca on mch AB l: PAB = P P1 = U.I R1I2 = 16.I 4I2 = -4(I2 4I) = -4( I2 4I + ) = 16 - ( I 2)2 16 PABmax = 16W Khi I = 2A in tr tng ng ca mch in lỳc ú l: R= U 16 = = I 12 ì R R AB RAB = R R1 = = suy R x = R R = 12 = AB Cỏch Cng dũng in mch l: I= U U = R R1 + RAB Cụng sut on mch AB l: U U2 U2 PAB = P P1 = R1.I = R1 ữ R R1 + RAB R1 + RAB PAB( R1 + RAB)2 = U2( R1 + RAB) R1U2 PABR2AB + RAB(2R1PAB U2 ) + PABR21 = (1) Phng trỡnh (1) luụn cú nghim nờn: = ( R1 PAB U ) PAB R12 = U PAB R1U U PAB R1 PAB PABma = U2 R1 U 162 = = 16W R1 4.4 in tr mch in lỳc ú l: R = U 16 = = I R R 12 ì AB RAB = R R1 = = suy R x = R R = 12 = AB d Mt s bi dng: Bi 1: R1 M R A Cho mch in nh hỡnh Bit hiu in th x gia hai u mch A v B l 18V v luụn khụng i, R3 R R1 = R2 = R3 = , Rx l mt bin tr iu chnh Rx N cho cụng sut tiờu th trờn Rx t cc i Tỡm Rx Hỡnh1 v cụng sut cc i ú B qua in tr ca dõy ni Bi 2: Cho mch in nh hỡnh v, cho bit hiu in th U = 24V cỏc in tr R0 = , R1 = 18 , Rx l gớa tr tc thi ca bin tr A B ln, dõy ni cú in tr khụng ỏng k R0 1/Tớnh Rx cho cụng sut tiờu hao trờn nú bng 13.5W v tớnh R1 hiu sut ca mch in Bit rng tiờu hao nng lng trờn R1, RX l cú ớch, trờn R0 l vụ ớch C 2/Vi gớa tr no ca RX thỡ cụng sut tiờu th trờn nú l cc i? Rx Tớnh cụng sut cc i ny Bi 3: r Cho mch in nh hỡnh v.Ngun in cú hiu in th khụng i UMN = 36V.Cỏc in tr cú giỏ tr : R2 A B r = 1,5 ;R1 = 6, R2 = 1,5, in tr ton phn ca R1 C bin tr AB l RAB = 10 a) Xỏc nh v trớ chy C trờn bin tr cụng sut tiờu th ca R1 l 6W b) Xỏc nh v trớ chy C trờn bin tr cụng sut tiờu th ca R nh nht.Tớnh cụng sut ca R2 lỳc ny? Bi 4: B Cho mch in nh hỡnh v U = 16 V, R0 = , R1 = 12 , Rx l giỏ tr tc thi ca mt bin tr ln, am pe k A v + U dõy ni cú in tr khụng ỏng k a Tớnh Rx cho cụng sut tiờu th trờn nú bng W v tớnh hiu sut ca mch in Bit A rng tiờu hao nng lng trờn R1, Rx l cú ớch, R trờn R0 l vụ ớch b Vi giỏ tr no ca Rx thỡ cụng sut tiờu th trờn nú l cc 0i Bi 5: Cho mạch điện nh hình vẽ: Biết R = , bóng đèn Đ: 6V 3W, R2 biến trở Hiệu điện UMN = 10 V (không đổi) a Xác định R2 để đèn sáng N bình thờng M b Xác định R2 để công suất tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị c Xác định R2 để công suất tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R Đ R R Bi 6: A B r Cho mch in nh hỡnh v, ú U = 36V; U r = 1,5; Bin tr MN cú giỏ tr ln nht bng 10, ốn (3V- 6W); ốn (24V- 96W) Xem in tr M R N X cỏc búng ốn khụng ph thuc nhit Hóy xỏc nh C v trớ chy C trờn bin tr : X a ốn sỏng bỡnh thng Lỳc ny ốn cú sỏng bỡnh thng khụng? b Cụng sut tiờu th trờn ốn l nh nht, tớnh cụng sut ú IV HIU QU CA SNG KIN KINH NGHIM I VI HOT NG GIO DC, VI BN THN, NG NGHIP V NH TRNG : 10 - Thụng qua vic ỏp dng ti ny, tụi ó thu c mt s kt qu tớch cc ú l: + Khc sõu kin thc c bn v kin thc toỏn hc cú liờn quan cho hc sinh + Hc sinh cú th gii bi theo nhiu cỏch v bit t la chn cỏch gii bi nhanh, chớnh xỏc - Kt qu kho sỏt sau ỏp dng ti i vi mt nhúm gm 10 em hc sinh lp 9A Trng THCS Phỳ Nhun STT 10 H v tờn Nguyn Song Anh Nguyn Th Hng Nguyn Trung Kiờn Nguyờn Phng Lờ Nh Qunh Nguyn Nh Qunh Nguyn Th Tho Nguyn Th Thỳy Lờ Huyn Trang Nguyn Vn Tỳ im 10 10 10 10 9 10 10 T kt qu kho sỏt cho thy, tt c cỏc em ó bit cỏch gii thụng tho dng bi ny c bit s ú cú em Nguyn Trung Kiờn ó tham gia kỡ thi hc sinh gii mụn Vt lớ nm hc 2015 2016 t gii Nhỡ cp Huyn v gii Khuyn khớch cp Tnh, ú cng chớnh l ngun ng viờn ln giỳp tụi hon thnh ti ny PHN III: KT LUN, KIN NGH I KT LUN Vic ỏp dng ti ny vo ging dy s em li nhiu thun li i vi giỏo viờn, giỳp cho vic ụn luyn hc sinh phn xỏc nh giỏ tr cc i ca cụng sut c d dng v hng dn hc sinh gii bi t kt qu, nhm nõng cao cht lng dy hc mụn Vt lớ Giỳp hc sinh khc sõu kin thc v c bit giỳp cỏc em cú cỏi nhỡn sõu rng, cú cỏch gii nhanh, chớnh xỏc, khoa hc i vi dng bi ny II KIN NGH Việc dạy học môn Vật lý trờng THCS quan trọng c bit l vic ụn thi hc sinh gii, giúp em biết cách t 11 logic, biết phân tích tổng hợp, bit dng kin thc liờn mụn, cú cỏch gii hay v chớnh xỏc i vi mi dng bi Vì giáo viên giảng dạy môn Vật lý cần không ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phơng pháp giảng dạy phù hợp với đối tợng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cha nhiều nên đề tài có khiếm khuyết mong đồng chí đồng nghiệp tiếp tục nghiên cứu, bổ sung để đề tài đạt đợc kết cao Tôi xin chân thành cảm ơn ! XC NHN CA TH TRNG N V Nh Thanh, ngy 24 thỏng nm 2016 Tụi xin cam oan õy l SKKN ca mỡnh vit, khụng chộp ni dung ca ngi khỏc Nguyn Bỏch Khi 12 ... Cho mạch điện nh hình vẽ: Biết R = , bóng đèn Đ: 6V 3W, R2 biến trở Hiệu điện UMN = 10 V (không đổi) a Xác định R2 để đèn sáng N bình thờng M b Xác định R2 để công suất tiêu thụ R2 cực đại. .. M b Xác định R2 để công suất tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị c Xác định R2 để công suất tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R Đ R R Bi 6: A B r Cho mch in nh hỡnh v, ú U =... mi dng bi Vì giáo viên giảng dạy môn Vật lý cần không ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phơng pháp giảng dạy phù hợp với đối tợng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cha nhiều