Trong thực tế khi gặp một bài toán về sơ đồ mạch điện học sinh rất lúng túng trong việc tìm một phương pháp giải đúng đắn và khoa học vì chưa có được một hệ thống phương pháp giải bài tập. Vì vậy tôi chọn dề tài này nhằm mục đích giúp học sinh hệ thống lại kiến thức và phương pháp làm bài tập.
MỤC LỤC Lời mở đầu Trang I Đặt vấn đề Trang Cơ sở lí luận Trang Thực trạng Trang 3 Lí chọn đề tài Trang II Trang Nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu Nhiệm vụ Trang Phương pháp nghiên cứu Trang III Nội dung Trang Biện pháp thực Trang Giải pháp Trang 2.1 Mạch điện tương đương Trang 2.2 Bài tốn chia dòng vai trò ampe kế Trang 2.3 Bài tốn chia vai trò vôn kế Trang 2.4 Các quy tắc chuyển mạch Trang 11 2.5 Mạch cầu Trang 12 IV Kết Trang 14 V Bài học kinh nghiệm Trang 14 VI Kiến nghị Trang 15 LỜI MỞ ĐẦU Mỗi phân môn chương trình Vật lý phổ thơng có vai trò quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình giảng dạy, người thầy ln phải đặt đích giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ động học tập đắn để học sinh có khả tiếp cận chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo xu phát triển thời đại Môn Vật lý môn khoa học nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng kiến thức tốn học Học sinh phải có thái độ học tập nghiêm túc, có tư sáng tạo vấn đề nảy sinh để tìm hướng giải phù hợp Trong phần Điện học lớp 9, học sinh làm quen với số sơ đồ mạch điện công thức đơn giản để tính điện trở tương đương đại lượng khác sơ đồ mạch điện Tuy nhiên thực tế kì thi tuyển sinh, thi học sinh giỏi….có nhiều sơ đồ mạch điện phức tạp, mà học sinh phương pháp giải, khơng đưa mạch điện tương đương khơng thể giải tốn Mặt khác, với loại sơ đồ mạch điện phức tạp để giải tập cần vận dụng nhiều kiến thức, định luật điện học Nếu khơng có hệ thống kiến thức phương pháp giải rõ rang, khoa học cho dạng tập học sinh khó nắm bắt giải tốn Để khắc phục khó khăn trên, giáo viên cần hệ thống lại kiến thức, tìm quy tắc giải toán, đưa yêu cầu bản, ngắn gọn để học sinh nắm phương pháp giải toán sơ đồ mạch điện I ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ sở lí luận Trong năm gần đây, nghiên cứu giáo dục khẳng định việc học trẻ em đặt hiệu cao em tích cực tham gia vào q trình học tập Nghị đại hội đảng văn kiện nhà nước nhấn mạnh đổi phương pháp dạy học nhiệm vụ quan trọng tất cấp học, bậc học nước ta Chúng ta không đổi phương pháp việc giảng dạy truyền đạt kiến thức mà cách giải tập cần đổi cách dạy cho học sinh Ví kĩ quan trọng dạy học mơn vật lí, qua ta rèn luyện kĩ tự học cho học sinh Nếu trang bị cho học sinh hệ thống hợp lí phương pháp giải tập sơ đồ mạch điện, tăng cường áp dụng phương pháp dạy học phát giải vấn đề học sinh phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học tập, nhờ rèn luyện kĩ giải tập sơ đồ mạch điện kiến thức có liên quan Thực trạng Xưa dạy tập cho học sinh thường theo bước sau : Giáo viên hướng dẫn bước cho học sinh, học sinh theo bước giải tập, giáo viên hướng dẫn cách làm gọi học sinh biết làm lên bảng làm Do dẫn tới trường hợp học sinh thụ động, khơng tích cực, khơng sang tạo, có số học sinh thực làm tập Trong chương trình vật lí phần điện học dạng tập mạch điện đơn giản khơng có đủ sở lí thuyết cho học sinh, thời lượng lại ít, nên gặp trường hợp mạch điện phức tập học sinh không làm khơng biết cách vẽ lại sơ đồ mạch điện tương đương Hầu hết học sinh chưa nắm quy tắc để giải tốn sơ đồ mạch điện 3 Lí chọn đề tài Điện học phân môn quan trọng môn vật lý Trông phân môn điện học lớp sơ đồ mạch điện có vai trò quan trọng - Nó tổng hợp cho học sinh tất kiến thức điện học : Định luật Ôhm, cơng thức tính điện trở tương đương, cơng thức tính cơng dòng điện, cách mắc sử dụng vơn kế, ampe kế, chiều dòng điện, điện thế…… Đồng thời rèn luyện cho học sinh khả phân tích, tổng hợp tốt, qua việc giải tập kĩ tốn học học sinh hồn thiện Trong kì thi tuyển sinh, thi học sinh giỏi toán sơ đồ mạch điện chiếm vị trí khơng nhỏ đề thi có nhiều dạng phức tạp Nắm vững phương pháp giải tập giúp học sinh tự tin giải toán.Việc kết hợp kiến thức để giải tốn Vật lý có ý nghĩa quan trọng việc phát triển tư học sinh, phát huy khả tư sáng tạo học sinh Trong thực tế gặp toán sơ đồ mạch điện học sinh lúng túng việc tìm phương pháp giải đắn khoa học chưa có hệ thống phương pháp giải tập Vì tơi chọn dề tài nhằm mục đích giúp học sinh hệ thống lại kiến thức phương pháp làm tập II NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nhiệm vụ Đưa hệ thống dạng tập sơ đồ mạch điện Giúp học sinh hệ thống kiến thức cần thiết để giải toán sơ đồ mạch điện Rèn luyện kĩ phân tích mạch điện lựa chọn phương pháp đắn cho loại bập cho học sinh Rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức toán học sử dụng MTĐT vào việc giải toán Vật lý Giáo dục học sinh kĩ phân tích, so sánh tổng hợp yêu cầu toán Rèn luyện cho học sinh kĩ tự học, tự tìm phương án giải toán Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lí luận: nghiên cứu giáo trình phương pháp giảng dạy vật lí, tạp chí vật lí, sách giáo khoa, sách tham khảo vật lí nói chung sơ đồ mạch điện nói riêng Phương pháp tổng kết kinh nghiệm : tổng kết kinh nghiệm than qua số năm giảng dạy mơn vật lí THCS Đồng thời học tập kinh nghiệm qua dự giờ, trao đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp III NỘI DUNG Biện pháp thực Hướng dẫn học sinh tự ôn lại kiến thức toán học cần thiết: phương pháp giải phương trình hệ phương trình, sử dụng MTĐT Yêu cầu học sinh kẻ sẵn số bảng hệ thống kiến thức, công thức cần nhớ Giáo viện phải hệ thống lại kiến thức phân loại dạng toán yêu cầu phương pháp giải Đồng thời bước hướng dẫn học sinh tự lĩnh hội kiến thức cách : Yêu cầu học sinh nắm kiến thức qua SGK, SBT, STK Mỗi tập giáo viên yêu cầu học sinh phải xác định : toán cần kiến thức nào? Yêu cầu toán gì? Thuộc dạng nào? Phương pháp giải Nếu học sinh gặp khó khăn giáo viên giúp đỡ cách hướng dẫn học sinh tìm hiểu tài liệu nào, mục Hoặc giáo viên gợi ý thuộc dạng nào? Cần kiến thức nảo? Cách hay giáo viên chia học sinh theo nhóm, nhóm nhà chuẩn bị trình bày kiến thức phương pháp giải dạng tốn thơng qua tập cụ thể Trong tiết dạy giáo viên cho nhóm lên trình bày nhận xét lẫn nhau, thảo luận sau rút kết luận Gióa viên cho nhiều học sinh tham gia giải toán, tìm nhiều cách giải tập Giải pháp Các giải pháp tương ứng với dạng toán sau: 2.1 Mạch điện tương đương Kiến thức : ta thường gặp hai trường hợp: a Trường hợp : mạch điện gồm số điện trở xác định, thay đổi hai nút vào dòng mạch ta sơ đồ tương đương khác Trường hợp : mạch điện có điện trở, nút vào nút xác định, khóa K thay đóng mở ta sơ đồ tương đương khác Để có sơ đồ tương đương ta làm sau : Nếu K hở ta bỏ hẳn tất thứ nối tiếp với K hai phía Nếu K đóng ta chập hai nút hai bên K vào làm điểm Xác định xem mạch có điểm điện Tìm điện trở song song nhau, thành phần nối tiếp vẽ lại sơ đồ tương đương .b Bài tập áp dụng Sơ đồ tương đương mạch điện (H.1) : a) K1, K2 hở K1 b) K1 hở, K2 đóng R2 B A c) K1 đóng, K2 hở M R1 K2 R3 N d) K1 K2 đóng Yêu cầu HS : + Tìm kiến thức liên quan + Xác định yêu cầu toán, phân loại toán phương pháp giải + Biết phân tích vai trò khóa K đóng mở Bài làm a Mạch gồm R1 nt R2 nt R3 b Mạch gồm R1 ( R2, R3 chập A, N làm một) c Mạch gồm R3 ( R1, R2 chập B, M làm một) d Gồm R1//R2//R3 A,N B,M chập làm Mạch gồm điện trở điểm điện Nhận xét : câu b, c học sinh thường gặp khó khăn biến đổi mạch điện Thường cho R1//R2 (câu b), R2//R3 (câu a) mà không để ý chập A với N B với M điện trở đoạn 2.2 Bài tốn chia dòng vai trò ampe kế a Kiến thức : Để giải tốn chia dòng ta vận dụng định luật Ohm cho đoạn mạch mắc song song công thức dãn xuất tương đương Cơng thức tính dòng điện rẽ, I1, I2… từ dòng mạch chính: I1 U Rtđ I R1 R1 I2 R U tđ I R2 R2 Định lí nút : Tổng đại số dòng điện tới nút tổng đại số dòng điện khỏi nút Gặp toán dạng ta phải quy ước chiều dòng điện, gán dấu + cho dòng điện vào, gán dấu - cho dòng điện Sau viết phương trình cho nút Tìm trị số dòng tương ứng Nếu dòng cho trị số dương chiều ban đầu đúng, trị số âm chiều ngược lại Lưu ý : Cường độ dòng điện qua nhánh có điện trở 0, dùng dịnh luật Ohm có dạng I = 0/0, phải tìm dòng điện dựa vào nút vào hay dòng điện Vai trò Ame kế : Nếu Ampe kế lí tưởng (RA=0) sơ đồ mạch điện có vai trò dây nối, vậy: Khi mắc nối tiếp vào mạch đòng điện qua mạch Khi mắc song song với điện trở điện trở bị nối tắt bỏ khỏi sơ đồ Khi nằm riêng mạch dòng điện qua tính thong qua dòng liên quan hai nút mà ta mắc ampe kế Nếu ampe kế có diện trở đáng kể sơ đồ mạch điện coi điện trở R1 b Bài tập áp dụng : M Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Cho R1 = R3 = 2, R2 = R4 = 6, RA = 0, UAB = A A R3 Tìm I1, I2, I3, I4 sổ A R2 R4 N Yêu cầu HS : + Nắm kiến thức dòng điện vai trò ampe kế + Xác định yêu cầu toán, phân loại toán phương pháp giải + Xác định trường hợp cụ thể ampe kế vẽ lại sơ đồ mạch điện + Biết phương pháp tìm số A thông qua sơ đồ ban đầu Bài làm Vì RA = nên ta chập hai điểm M, N vẽ lại sơ đồ mạch điện tương đương : R1 R2 M A R3 N R4 B B Áp dụng cơng thức ta có: R13 1 ; R24 RAB = 1+2 = 3; I I1 I ; I I I I 3.6 2 36 U AB R AB I I R4 10 R2 R4 9 Để tìm số A ta phải quay lai sơ đồ ban đầu Vì I2 > I1 nên dòng điện chạy từ N đến M Vậy ta có : 10 5 I A I I1 18 Nhận xét : Gặp tốn học sinh thường gặp khó khăn số vấn đề : Không nắm nguyên tắc ampe kế o mạch điện, không vẽ mạch tương đương Học sinh gặp lúng túng tìm số o A dựa vào sơ đồ ban đầu, theo chiều dòng điện Giáo viên cần phải lưu ý học sinh quy ước o (lưu ý) chiều dòng điện áp dụng định lí nút 2.3 Bài tốn chia vai trò vơn kế a Kiến thức : Để giải toán chia dòng ta vận dụng định luật Ohm cho đoạn mạch mắc nối tiếp công thức dãn xuất tương đương Công thức cộng : Nếu A, B, C ba điểm mạch điện, ta có: UAC = UAB + UBC Vai trò vơn kế : Nếu vơn kế có điện trở khơng qua lớn sơ đồ có vai trò điện trở Số vơn kế U = IVRV Nếu vơn kế có điện trở lớn vơ : + Bỏ qua vơn kế vẽ sơ đồ tương đương kh tính điện trở mạch điện + Những điện trở ghép nối tiếp với vôn kế xem dây nối vôn kế + Số vôn kế loại trường hợp mạch phức tạp tính theo công thức cộng b Bài tập áp dụng : Cho mạch điện hình vẽ Trong R3 = 2R1 Điện trở vôn kế lớn vô Vôn kế V1 10V, V2 12V Tính UAB V1 A R M N R R V2 B Yêu cầu HS : + Nắm kiến thức công thức cộng vai trò vơn kế + Xác định u cầu toán, phân loại toán phương pháp giải + Xác định trường hợp cụ thể vôn kế kế vẽ lại sơ đồ mạch điện + Biết áp dụng công thức cộng kĩ toán học để giải toán Bài làm Ví vơn kế có điện trở vơ lớn nên ta có ba điện trở mắc nối tiếp với Do R3 = 2R1 nên U3 = 2U1 Ta có : UV1 = U1 + U2(1) UV2 = U3 + U2(2) Trừ (2) cho (1) theo vế ta : U3 – U1 = => U1 = 2V UAB = U1 + UV2 = + 12 = 14V Nhận xét : Đây tập đơn giản, nhiên học sinh gặp khó khăn khơng có kĩ tốn học tốt khơng có kiến thức cơng thức cộng vai trò vơn kế mạch điện 2.4 Các quy tắc chuyển mạch Quy tắc chập điểm có điện : ta chập điểm có điện thành điểm tính điện trở tương đương Quy tắc tách nút : ta tách nút thành nhiều điểm khác điểm vừa tách có điện Quy tắc bỏ điện trở : ta bỏ điện trở hai đầu điện trở có điện Quy tắc mạch tuần hoàn : Nếu mạch điện lặp lặp lại hai bên giống hệt cách tuần hồn, điện trở tương đương không thay đổi kh ta thêm vào bớt hai bên Quy tắc chuyển mạch : Chuyển mạch hình thành tam giác ngược lại Theo tơi để dễ nhớ ta lồng hai mạch hình tam giác với sau tính theo cơng thức sau : Chuyển mạch từ hình tam giác thành sao: Tích hai điện trở kề x,y,z = Tổng ba điện trở Chuyển mạch từ hình thành tam giác: xy+yz+xz R1,R2,R3 = Điện trở vng góc Các tốn áp dụng quy tắc chuyển mạch phong phú đa dạng Do nên hướng học sinh tìm hiểu theo hướng sau : Cho em tìm hiểu quy tắc bản, sau giao tập nhà cho em tự tìm hiểu tìm phương pháp giải cho tốn, vừa phát huy tính tích cực em, vừa tìm nhiều phương án giải tốn Trong phạm vi giới hạn, tơi trình bày dạng mạch điện hay gặp tập phương pháp giải tập Đó mạch cầu 2.5 Mạch cầu Mạch cầu vẽ sau : Cho R1 = R2 = , R3 = , R4 = R1 R5 = , UAB = 5.7V Tìm cường độ dòng điện điện trở tương đương A R3 mạch M R5 A R2 R4 B N R R Nếu R1 R2 mạch cầu cân bằng, ta chập hai điểm M, N tính giống tập phần 2.2 Đối với dạng mạch cầu tổng quát có ba phương pháp giải : Phương pháp diện nút, phương pháp đặt hệ phương trình ẩn số dòng điện, phương pháp chuyển mạch hình – tam giác Ở ta chọn phương pháp điện nút mạch có nhiều dòng điện, nhiều điện trở nhụng số điểm nút thường hơn, biến đổi thường dẫn ta phương trình bậc Hướng dẫn giải Ta đặt hai ẩn số U1 U3 , : U5 = UNM = UNA + UAM = -U3 + U1 Phương trình xuất phát phương trình dòng mút N M : Nút M : I1 + I2 = I5 => U1 U1 U 5.7 U1 (1) Nút N : I3 = I4 + I5 => U 5.7 U U1 U (2) Từ (1) => 9U1 – U3 = 22.8 (3) Từ (2) => -3U1 + 13U3 = 22.8 (4) Từ (3) (4) suy : U1 = 2.8V; U2 = 2.9V; U3 = 2.4V; U4 = 3.3V; U5 = 0.4V Các dòng điện : I1 U1 U 2.8( A), I 2.9( A) R1 R2 I3 U3 U 1.2( A), I 1.1( A) R3 R4 I = I1 + I3 = 4(A) Điện trở tương đương đoạn mạch : => Rtd 5.7 1.425() IV KẾT QUẢ Sau hướng dẫn học sinh tìm hiểu kiến thức bản, phương pháp giải tập, với việc giao tập cho học sinh nhà nghiên cứu, tìm cách giải Kết hợp với tiết giải tập lớp Đa số học sinh nắm kiến thức cần thiết để giải toàn sơ đồ mạch điện Học sinh biết cách phân tích mạch điện, vẽ lại mạch điện tương đương Có kỹ phân tích tốn tìm phương pháp giải thích hợp Các học sinh giỏi tìm cách giải khác Bước đầu hình thành kĩ tự học tập, nghiên cứu niềm say mê em với môn học V BÀI HỌC KINH NGHIỆM Để tiến hành tốt công việc giáo viên cần chuẩn bị đầy đủ hệ thống kiến thức phương pháp truyền đạt cho học sinh Tài liệu tham khảo SGK, SBT, STK, sách bồi dưỡng thường xuyên, tạp chí vật lí, vật lí tuổi trẻ…… Vì thời lượng lớp khơng có nhiều, nên cách hay giáo viên giao nhà cho em theo nhóm, nhóm dạng tập hướng dẫn em trao đổi với Ở lớp cho em trình bày cách giải để nhiều em tham gia, không thiết phải giải toàn cụ thể Qua việc chuẩn bị nhà trình bày lớp học sinh, giáo viên nên ý phát học sinh có khả năng, khiếu để cú ý bồi dưỡng cho em Vì dạng tập tương đối khó, thích hợp cho học sinh giỏi VI KIẾN NGHỊ Hệ thống tập sách giáo khoa sách tập chưa nhiều đầy đủ Nhà trường cấp nên tao điều kiện cho giáo viên có tờ tạp chí “Vật lí phổ thơng”, “Vật lý tuổi trẻ” để giáo viên học sinh có điều kiện tiếp cận nhiều tốn hay phương pháp giải Phòng giáo dục tổ chức chuyên đề lớp bồi dưỡng cho giáo viên để giáo viên có điều kiện giao lưu, học tập, nâng cao kiến thức kinh nghiệm cho thân Sơng xồi, ngày 13 tháng 03 năm 2008 Hiệu trưởng Người viết ... gia giải tốn, tìm nhiều cách giải tập Giải pháp Các giải pháp tương ứng với dạng toán sau: 2.1 Mạch điện tương đương Kiến thức : ta thường gặp hai trường hợp: a Trường hợp : mạch điện gồm số điện. .. sơ đồ mạch điện Giúp học sinh hệ thống kiến thức cần thiết để giải toán sơ đồ mạch điện Rèn luyện kĩ phân tích mạch điện lựa chọn phương pháp đắn cho loại bập cho học sinh Rèn luyện kỹ vận... giải toàn sơ đồ mạch điện Học sinh biết cách phân tích mạch điện, vẽ lại mạch điện tương đương Có kỹ phân tích tốn tìm phương pháp giải thích hợp Các học sinh giỏi tìm cách giải khác Bước đầu hình