SKKN hướng dẫn HS phân tích tìm lời giải cho dạng bài tập về mạch điện

PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn sáng kiến: Bài tập phương tiện giáo dục, giáo dưỡng cho học sinh giúp học sinh hiểu, khắc sâu phần lí thuyết Mặt khác tập hoạt động tự lực học sinh, phần nhiều tập làm nhà khơng có giúp đỡ, đạo giáo viên Đặc biệt chương trình mơn Vật lý 9, phần điện học dạng tập mạch điện hỗn hợp đa dạng khó học sinh Hơn phân phối chương trình số lượng tiết dành cho luyện giải tập q Do học sinh lúng túng giải tập kiểm tra Kiến thức học phần vận dụng phức tạp, tập sách tập khó học sinh, phần lớn nhiều tập sách tập đa số em chưa làm đa dạng giáo viên chưa có điều kiện thời gian để sữa cho học sinh, đặc biệt đòi hỏi phải tư nhiều Tình trạng phổ biến học sinh thụ động, máy móc, chưa có động học tập đắn, giáo viên trọng nhiều tới tập tính tốn học sinh thuộc cơng thức máy móc mà khơng hiểu rõ tượng Vật lý, ý nghĩa Vật lý cơng thức Bởi vậy, để giúp học sinh thực biết vận dụng kiến thức để giải tập điều quan trọng trước hết phải hướng dẫn học sinh phân tích tượng, xác định tính chất, nguyên nhân, quy luật vật lý, áp dụng công thức vào tập cụ thể Với yêu cầu thời trên, sáng kiến nhằm nêu lên thực trạng việc giải tập vật lý học sinh nay, chuyển biến nhằm đưa phương pháp hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho dạng tập mạch điện chương điện học Vật lý 9, đặc biệt tập mạch điện hỗn hợp cách khoa học II Phạm vi thời gian thực đề tài: Đề tài thực với học sinh lớp trường công tác hai năm qua PHẦN NỘI DUNG I Thực trạng nội dung sáng kiến: Ngay từ đầu năm học giao nhiệm vụ giảng dạy môn Vật lý lớp 93, 94 Tơi thăm dò, trao đổi với học sinh lớp biết: Một số học sinh tỏ u thích mơn Vật lý, phần lớn học sinh ngần ngại cho mơn học khó so với mơn tự nhiên lại Nguyên nhân chủ yếu em chưa có phương pháp thực để học, để giải tập đòi hỏi tư Đặc biệt sang chương trình Vật lý 9, có nhiều tập phần điện đòi hỏi em phải phân tích mạch điện Việc tóm tắt, phân tích tốn để tìm hướng cho giải đòi hỏi học sinh nhiều, cao phải có nhiều kinh nghiệm (đặc biệt xu tập chủ yếu tập trắc nghiệm) Do từ đầu năm tơi hướng phát triển dần cho học sinh kĩ cần thiết này, giúp em có kỹ định việc giải tập Vật lý Số liệu điều tra cụ thể trước thực sáng kiến: Thực tế trình độ học tập học sinh qua khảo sát đầu năm môn vật lý hai lớp 93, 94 sau: Số Lớp kiểm tra Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 93 32 6,3 15, 15 46,9 18,8 12,5 94 33 6,3 15, 15 45, 21,2 12,1 Qua số liệu bảng ta thấy chất lượng làm hai lớp tương đương nhau, sức học hai lớp gần chưa đáp ứng với yêu cầu môn Nguyên nhân thực tế học sinh chưa nắm bắt kỹ giải tập Vật lý, chưa trang bị cách đầy đủ kiến thức phục vụ cho việc giải tập, giáo viên chưa có nhiều thời gian để phụ đạo cho học sinh yếu kém, số em chịu ảnh hưởng bệnh thành tích năm trước, học sinh khơng có ơn luyện hè nhà Với thực trạng nêu thân nhận thấy cần phải có trách nhiệm tìm giải pháp nhằm giúp đỡ học sinh trình học tập lĩnh hội kiến thức giải tập cách có hiệu nhằm nâng cáo chất lượng môn II Các giải pháp trình thực sáng kiến: Giải pháp 1: Tìm hiểu đối tượng học sinh Việc tìm hiểu đối tượng học sinh công việc người thầy muốn lấy em làm đối tượng thực cơng việc nghiên cứu Do tơi làm sẵn số phiếu có ghi sẵn số câu hỏi mang tính chất thăm dò sau: - Em có thích học mơn Vật lý khơng ? - Học mơn Vật lý em có thấy khó q với em khơng ? - Em có thuộc nhớ nhiều công thức, định nghĩa Vật lý không ? - Khi làm tập em thấy khó khăn điểm ? - Em vận dụng thành thạo cơng thức Vật lý chưa ? - Em có muốn sâu nghiên cứu toán mạch điện khơng ? Dựa vào kết tìm hiểu học sinh qua phiếu câu hỏi trên, thấy khó khăn xúc học sinh việc học tập Vật lý cần thiết phải sâu nghiên cứu tập mạch điện Một lý số tiết dành cho việc luyện tập chương trình Vật lý tương đối tơi cố gắng xếp thời gian hợp lí tổ chức số buổi ngoại khoá để giải đáp thắc mắc em hướng dẫn em suy nghĩ, phân tích tập mạch điện Giải pháp 2: Trang bị thêm cho học sinh kiến thức mơn Tốn cần thiết - Trang bị cho em số cơng thức tốn học giải tốn phụ thuộc điện trở dây dẫn vào chiều dài, tiết diện, vật liệu làm dây dẫn: +Tính tiết diện dây dẫn hình tròn: S = π.R = + Tính chu vi đường tròn: π d C = 2πR = πd + Thể tích dây dẫn hình trụ: V = S.h + Khối lượng vật dẫn: m = D.V - Trang bị cho học sinh kiến thức toán học cần thiết, đặc biệt kĩ tính tốn, biến đổi tốn học - Giáo viên khai thác triệt để tốn SGK, SBT số tập ngồi cách giao tập nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải - Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh tham gia giải Giải pháp 3: Giúp học sinh nắm chắn công thức chương điện học 3.1 Định luật ôm: - Điện trở: R = I= U R U I 3.2 Các đoạn mạch: + Đoạn mạch nối tiếp: I = I1 = I2 = = In U = U1 + U2 + + Un Rtđ = R1 + R2 + + Rn U1 R = U2 R2 + Đoạn mạch song song: I = I1 + I2 + + In U = U1 = U2 = = Un 1 1 = + + + R td R1 R2 Rn I1 R = I2 R1 3.3 Điện trở dây dẫn: R = ρ l S 3.4 Công, công suất điện, định luật Jun – Len xơ - Công suất điện: P = U.I = U2 = I R R - Cơng dòng điện: A = Pt = U.I.t - Định luật Jun – Len xơ: Q = I2.R.t (J) Q = 0,24I2.R.t (cal) Giải pháp 4: Cung cấp, hướng dẫn cho học sinh hiểu nắm cách giải số toán bản, sở để học sinh vận dụng vào tương tự: Bài tốn 1: Phân tích mạch điện sơ đồ sau: R1 A• O • R2 •B Hình a R1 A B R2 Hình b A + C R1 K R2 D Hình c B - R3 Hướng dẫn HS: - Thế đoạn mạch nối tiếp ? Thế đoạn mạch song song ? - Hình c phải xét K đóng K mở - Dòng điện tương tự dòng nước nên đường dễ * Giải: Hinh a: Giữa R1 R2 có điểm chung O, chúng mắc nối tiếp với Hình b: Giữa R1 R2 có hai điểm chung chúng mắc song song với Hình c: - K đóng: Dòng điện khơng qua R1 mạch điện R2 // R3 R1 R2 C A+ BK R3 D - K mở: Mạch điện gồm AC nối tiếp CB hay R1 nối tiếp (R2 // R3) * Nhận xét: Trong tập để phân tích mạch điện đòi hỏi HS phải hiểu đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch song song phải hiểu ý nghĩa dòng điện tương tự dòng nước (giải thích K đóng lại khơng có dòng điện qua R1) Bài toán 2: (Bài toán mạch điện hỗn hợp đơn giản) Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết R = 7Ω, R2 = 3Ω, R3 = 6Ω Cường độ dòng điện qua R1 I1 = 2A Tính UAB, UBC, UAC ? * Tìm hiểu đề bài: Biết R1 = 7Ω ; R2 = 3Ω A + ; R3 = 6Ω I1 = 2A R1 C - B Tính UAB, UBC, UAC ? R2 R3 * Hướng dẫn HS: - Mạch điện phân tích ?( Đoạn AB mắc nối tiếp với đoạn BC) - UAB hiệu điện điện trở tính cơng thức nào? - Tương tự với UBC UAC * Giải: Mạch điện gồm: R1nt(R2//R3) nên IAB = IBC = IAC =2A Ta có: UAB = R1.I1 = 7.2 = 14V R R 3.6 Đoạn BC gồm: R2 //R3 nên R BC = R + R = + = 2Ω UBC = IBC RBC = 2.2 = V Đoạn AC gồm AB nối tiếp BC nên: UAC = UAB +UBC = 14 + = 18V * Tìm cách giải khác * Nhận xét : Bài tốn u cầu học sinh phải phân tích mạch điện phải sử dụng công thức phù hợp Bài toán 3: (Bài toán mạch điện gồm điện trở) Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết R1 = 1Ω; R2 = 10Ω; R3 = 50Ω; R4 = 40Ω, điện trở ampe kế dây nối khơng đáng kể Ampe 1A Tính cường độ dòng diện qua điện trở hiệu điện MN ? * Tìm hiểu đề bài: N R1 = 1Ω; R2 = 10Ω; R3 = 50Ω M R1 R4 = 40Ω; IA=1A I1 = ?; I2 =?; I3 = ? ;I4 = ? UMN = ? - P * Hướng dẫn HS: - Phân tích xem mạch điện mắc nào? R2 R3 + A Q R4 - Số ampe kế cho biết điều ? - Sử dụng cơng thức để tính I, U ? * Giải: Ta có đoạn mạch MN gồm: R1 nối tiếp PQ nối tiếp ampe kế ⇒ I1 = IPQ = IA = 1A Đoạn PQ gồm: (R2 nối tiếp R3) // R4 ⇒ R23 = R2 + R3 = 10 + 50 = 60Ω I R 40 2 23 Ta có: I = R = 60 = ⇒ I23 = I 4 23 Mặt khác: I23 + I4 = IPQ = 1A Vậy I + I = ⇒ I4 = 0,6A I23 = 0,4A Ta có R2 nối tiếp R3 nên: I2 = I3 = I23 = 0,4A Tính UMN = ? R PQ = R 23 R 60.40 = = 24Ω ; RMN = RPQ + R1 = 24 + = 25Ω R 23 + R 60 + 40 Vậy UMN = I.RMN = 25.1 = 25V Tìm thêm cách giải khác? * Nhận xét: - Bài tập đòi hỏi học sinh phải phân tích mạch điện có nhiều điện trở - Khả vận dụng cơng thức học sinh phải thục Bài toán 4: (Bài toán đại lượng định mức dụng cụ điện) Các đèn Đ1 Đ2 giống nhau, loại 6V, mắc sơ đồ hình vẽ Hai đèn sáng bình thường a So sánh R1 với R2 Hiệu điện hai đầu đoạn mạch AB bao nhiêu? b Tính R1 R2 ? A * Tìm hiểu đề bài: + Uđm1 = Uđm2 = 6V Đèn sáng bình thường B a So sánh R1và R2 Đ1 R1 Đ2 R2 - b Tính R1 R2 * Hướng dẫn học sinh: - Phân tích mạch điện Chú ý xem dụng cụ có điểm chung - Đèn sáng bình thường * Giải: Dễ thấy Đ1 R1 có hai điểm chung nên Đ1 // R1 Tương tự: Đ2 // R2 Đoạn mạch AB gồm: (R1 // Đ1) nối tiếp (R2 // Đ2) Hai đèn sáng bình thường nên: Uđ1 = Uđ2 = 6V; Iđ1 = Iđ2 Vì R1 // Đ1 nên II = Iđ1 + I1; U1 = Uđ1 Vì R2 // Đ2 nên III = Iđ2 + I2; U2 = Uđ2 Do mạch I nối tiếp mạch II nên: II = III Vậy Iđ1 + I1 = Iđ2 + I2 hay I1 = I2 U U Ta có: R1 = I R = I nên R1 = R2 Ta có: UAB = U1 + U2 = + = 12V * Nhận xét : Học sinh phải biết dụng cụ hoạt động bình thường U = Uđm; I = Iđm Bài tốn 5: (Bài toán điện trở dây dẫn) Một dây đồng tiết diện uốn thành khung hình vng ABCD hình vẽ So sánh điện trở khung hai trường hợp sau: a Dòng điện vào từ điểm A khỏi điểm D b Dòng điện vào từ điểm A khỏi điểm C B A C D B A C D *Tìm hiểu đề bài: AB = BC = CD = DA AB, BC, CD, DA làm từ vật liệu tiết diện So sánh RABCD hai trường hợp *Hướng dẫn học sinh: - Khi dòng điện từ A đến D mạch điện phân tích ? - Khi dòng điện từ A đến C mạch điện phân tích ? - Dây đồng tiết diện điện trở đoạn AB, BC, CD DA có quan hệ với ? - Tính điện trở trường hợp rối so sánh *Giải: Dễ thấy rằng: RAB= RBC = RCD = RDA = R (do chúng S, l, vật liệu) a Khi dòng điện vào A D: Mạch điện phân tích (AB nối tiếp BC nối tiếp CD) // DA Điện trở đoạn AB nối tiếp BC nối tiếp CD là: 3R Vậy: R a = 3R.R = R 3R + R b Khi dòng điện vào A C: Mạch điện phân tích: (AB nối tiếp BC) // (AD nối tiếp DC) Điện trở đoạn R(AB nối tiếp BC) = R(AD nối tiếp DC) = 2R Vậy Rb = R So sánh ta thấy: Ra < Rb * Nhận xét: Đa số học sinh không phân tích mạch điện em chưa nhìn thấy điện trở Ở em phải thấy đoạn dây dẫn đóng vai trò điện trở Bài toán 6: (Bài toán biến trở) Cho mạch điện sơ đồ Hai đèn Đ1 Đ2 giống hệt hiệu điện định mức 6V Khi chạy vị trí xác định người ta thấy đèn Đ1 sáng bình thường Đ1 A R Đ2 a Lúc đèn Đ2 làm việc tình trạng ? b Có thể dịch chuyển chạy để đèn Đ1 Đ2 sáng không ? C B D c Đẩy chạy lên phía độ sáng đèn Đ tăng hay giảm * Tìm hiểu đề bài: Đ1 Đ2 giống hệt Uđm1 = Uđm2 = 6V Đ1 sáng bình thường a Đ2 làm việc ? b Có thể để Đ1 Đ2 sáng không ? c Đẩy chạy lên độ sáng Đ2 tăng hay giảm ? * Hướng dẫn: Mạch điện phân tích nào? Dụng cụ điện hoạt động bình thường nào? 10 Đ1 Đ2 giống hệt ta có điều gì? * Giải: Mạch điện phân tích: Đ1 nối tiếp CO nối tiếp (Đ2 // OD) a Ta có: I1 = ICO = I2 + IOD Vậy I1 > I2 Vậy Đ1 sáng bình thường Đ2 làm việc cường độ dòng điện nhỏ giá trị định mức, đèn sáng yếu (6V) b Không thể để đèn sáng khơng thể làm cho dòng điện I1 = I2 c Gọi điện trở phần biến trở phía x điện trở phần biến trở (R – x) Ta có: UAO = UAC+ UCO = I R1= I.(Ro + R – x) (Ro điện trở bóng đèn) R x R x U R 0 AO UBO = U2 = I.RBO = I.R2 =I R + x ⇒ R = R + x ⇒ U = R 0 BO Mà UAO + UBO = U ; UBO = U2 Dịch chuyển chạy lên ta thấy: R2 = R x R0 = R0 tăng x tăng R0 + x +1 x Vậy U2 tăng nên Đ2 sáng mạnh lên Bài toán 7: (Bài toán sử dụng điện) Một xã có 450 hộ, tính trung bình cơng suất tiêu thụ hộ 120W Điện truyền tải từ trạm điện đến Cho biết hiệu suất truyền tải điện 68% hiệu điện nơi sử dụng 150V Tìm hiệu điện phát từ trạm điện điện trở đường dây tải ? * Tìm hiểu đề bài: P1 = 120W; N = 450 hộ; H = 68%; UAB = 150V U0 = ? Rd = ? * Hướng dẫn HS: - Dây dẫn coi mắc so với xã (các điện trở xã coi điện trở) - Hiệu suất truyền tải điện tính công thức ? - Dựa vào công thức để tính U R - Tìm cách khác để giải toán 11 * Bài giải: Mạng điện sử dụng kí hiệu điện trở hai điểm A B B Rd R U0 Rd A Công suất điện tới xã là: P = 120W 450 = 54 000W Dễ thấy dòng điện chạy qua dây tải dòng điện chạy qua công tơ xã (do Rdây nối tiếp R) I= P 54000 = = 360A U 150 Gọi Ud hiệu điện dây dẫn Theo ta có: H = 68% Vậy Pd = 32% U d I 32 32.150 = ⇒ Ud = = 70V U.I 68 68 Vậy hiệu điện trạm điện bằng: U0 = Ud + UAB = 70 + 150 = 220V U 70 d Điện trở đường dây tải điện : R d = I = 360 = 0,194Ω d * Nhận xét: Đây dạng tập thực tế học sinh thường quên điện trở dây dẫn nên khơng phân tích mạch điện PHẦN KẾT LUẬN 12 I Ý nghĩa sáng kiến: Với giải pháp đưa trên, năm học qua tơi áp dụng giải pháp để giảng dạy, hướng dẫn cho học sinh lớp 9.3 Ngồi việc giảng dạy lớp tơi tổ chức thêm số buổi ngoại khóa phân phối chương trình số tiết tập Tôi tiến hành khảo sát lớp 9.3 4, lớp 9.3 triển khai ứng dụng giải pháp mà nêu Đề bài: Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ Biết U = 12V, R = 20Ω, R2 = 5Ω, R3 = 8Ω Một vơn kế có điện trở lớn ampe kế có điện trở nhỏ a Tìm số vơn kế mắc vào hai điểm A N hai trường hợp K mở K đóng b Thay vơn kế ampe kế, tìm số ampe kế hai trường hợp K mở K đóng A N R3 R1 R2 B K Bài 2: Khi mắc song song ba điện trở R = 10Ω, R2 R3 = 16Ω vào hiệu điện U không đổi ta thu bảng số liệu thiếu Hãy hồn thành bảng số liệu R1 = 10Ω I1 = 2A U1 = ? R2 = ? I2 = 1,6A U2 = ? R3 = 16Ω I3 = ? U3 = ? Đáp án: Bài 1: a, Trường hợp K mở ta có mạch điện hình a 13 R3 A R1 N B Hình a RAB = R1 + R3 = 20 + = 28 Ω I AB = U 12 12 = A ⇒ U AN = I AB R = = 3,34V R AB 28 28 * K đóng ta có mạch điện hình b A R1 N R3 B R2 Hình b R AB = R + R 1R = 12Ω ; R1 + R I AB = U 12 = = 1( A ) R AB 12 Mà IAN = IAB = 1A => UAN = IAN.R3 = 1.8 = 8V b * K mở: Khi mắc ampe kế vào hai điểm AN dòng điện khơng chạy qua R U 12 Vậy mạch (hình a) có điện trở R1, ta có: IA = I = R = 20 = 0,6 ( A ) R R 20.5 U 12 * K đóng: ta có: R AB = R + R = 20 + = 4Ω ; IA = I = R = = ( A ) AB Bài 2: R1 = 10Ω I1 = 2A U1 = 20V R2 = 12.5Ω I2 = 1,6A U2 = 20V R3 = 16Ω I1 = 1.25A U3 = 20V Kết thu sau: Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém 14 Lớp Số kiểm tra SL % SL % SL % SL % SL % 93 32 25, 28,1 13 40,6 6,3 0 94 33 6,3 18,2 14 42,4 24,2 9,1 Qua kết nhận thấy việc hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho tập mạch điện dạy học chương I vật lí làm cho chất lượng học tập học sinh lớp nâng lên cách rõ rệt, học sinh nắm vững dạng tập, biết cách suy luận lôgic, tự tin vào thân đứng trước tập hay tượng vật lý, có cách suy nghĩ để giải thích cách đắn Từ kết nghiên cứu rút học kinh nghiệm sau: - Việc phân loại dạng tập hướng dẫn học sinh làm tốt dạng tập giúp cho giáo viên nắm vững mục tiêu, chương trình từ nâng cao chất lượng giảng dạy mơn vật lý - Giúp giáo viên khơng ngừng tìm tòi, sáng tạo phương pháp phân loại giải tập phù hợp với đối tượng học sinh, từ nhằm nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ người giáo viên II Những kiến nghị đề xuất: Đề tài dừng lại số toán định Tuy nhiên dạng có phương pháp giải cụ thể Hệ thống tập chương trình Vật lý lớn, thời gian cho tiết tập nên khả tích lũy kiến thức học sinh khó khăn Nhà trường cấp nên tạo điều kiện thời gian sở vật chất cho giáo viên có số để giáo viên học sinh trao đổi, giải tập khó Việc dạy học mơn vật lý trường phổ thông quan trọng, giúp em biết cách tư lơgic, biết phân tích tổng hợp tượng sống Vì giáo viên giảng dạy môn vật lý cần không ngừng học hỏi, sáng tạo 15 để tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên đề tài có khiếm khuyết mong đồng chí đồng nghiệp góp ý giúp đỡ để tơi tiếp tục phát triển rộng đề tài vào năm Bằng kinh nghiệm rút sau nhiều năm giảng dạy trường phổ thông, học rút sau nhiều năm dự thăm lớp đồng chí trường dự đồng chí trường bạn Cùng với giúp đỡ tận tình ban giám hiệu nhà trường, tổ chuyên môn Tơi hồn thành đề tài: “Hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho tập mạch điện cho học sinh lớp 9” Tôi xin chân thành cảm ơn đồng chí ban giám hiệu nhà trường, cảm ơn đồng chí tổ chun mơn giúp tơi hồn thành đề tài Tơi mong bảo đồng chí chuyên mơn phòng giáo dục Đào tạo, ý kiến đống góp đồng nghiệp để vốn kinh nghiệm giảng dạy phong phú Kiến nghị: - Đề nghị hội phụ huynh cần quan tâm đến việc học tập em - Nhà trường cần tạo điều kiện thời gian giúp cho giáo viên có thời gian bổ trợ thêm kiến thức Tơi xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC NHÀ TRƯỜNG 16 17 ... 14 + = 18V * Tìm cách giải khác * Nhận xét : Bài tốn u cầu học sinh phải phân tích mạch điện phải sử dụng công thức phù hợp Bài toán 3: (Bài toán mạch điện gồm điện trở) Cho mạch điện có sơ đồ... nhận thấy việc hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho tập mạch điện dạy học chương I vật lí làm cho chất lượng học tập học sinh lớp nâng lên cách rõ rệt, học sinh nắm vững dạng tập, biết cách... phải phân tích mạch điện Việc tóm tắt, phân tích tốn để tìm hướng cho giải đòi hỏi học sinh nhiều, cao phải có nhiều kinh nghiệm (đặc biệt xu tập chủ yếu tập trắc nghiệm) Do từ đầu năm tơi hướng