Hướng dẫn học sinh nâng cao kỹ năng vẽ lại mạch điện khi giải bài tập phần điện học trong quá trình ôn học sinh giỏi

Khi dạy chương điện học cho họcsinh vấn đề bản thân nhận ra những khó khăn của các em là không xác địnhđược đúng cách mắc các dụng cụ điện trong sơ đồ đặc biệt là mạch điện hỗn hợpnên dẫ

1 MỞ ĐẦU

Trong nhiều năm giảng dạy môn vật lí ở một huyện miền núi đối tượng họcsinh còn gặp nhiều khó khăn trong học tập Khi dạy chương điện học cho họcsinh vấn đề bản thân nhận ra những khó khăn của các em là không xác địnhđược đúng cách mắc các dụng cụ điện trong sơ đồ đặc biệt là mạch điện hỗn hợpnên dẫn đến không thể thực hiện được các bước tính toán tiếp theo vì thế gặpdạng bài này học sinh thường không ghi được điểm Tích luỹ kinh nghiệm quanhiều năm giảng dạy ôn học sinh giỏi bộ môn vật lý với đối tượng học sinh này,tôi xin đề xuất một giải pháp để mọi học sinh có thể rèn luyện một cách tự tin,

để khai thác mạch điện vẽ lại được sơ đồ tương đương từ đó dễ dàng tính toánđược, giúp cho các em đạt được điểm cơ bản khi tham gia các kì thi học sinhgiỏi các cấp

Song do điều kiện có hạn về thời gian, điều kiện về phương tiện, đồ dùng,vật chất nên không thể nghiên cứu kĩ để trình bày đủ cho các dạng bài tập thựchành về các loại mạch điện mà ở đây tôi không đề cập nhiều đến phương pháptính toán mà chỉ đưa ra một vài kinh nghiệm nhỏ để giúp học sinh biến đổi từ sơ

đồ mạch điện hỗn hợp ban đầu phức tạp trở về sơ đồ mạch điện hỗn hợp rõ ràng,

dễ nhận biết, để có thể thực hiện giải bài toán một cách đơn giản hơn Khi họcsinh đã biết cách vẽ lại sơ đồ mạch điện tương đương thì các em sẽ có sự địnhhướng và hứng thú để bắt tay vào việc khai thác nhiều dạng toán, của bài toán về

mạch điện Vì những lí do nêu trên nên tôi đã chọn đề tài “ Nâng cao kĩ năng

vẽ lại mạch điện khi giải bài tập” làm đề tài nghiên cứu trong năm học này.

Do khả năng còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và hạn chế về số trangnên trong SKKN của tôi có thể có những phần chưa hoàn chỉnh Rất mong được

sự đóng góp của quý thầy cô

1.1 Lí do chọn đề tài

Điện học là phần kiến thức mà các em được học từ năm lớp 7 với cácnội dung khá đơn giản, khi gặp dạng này nếu được hướng dẫn phương pháplàm thì học sinh sẽ dễ dàng lấy được điểm tối đa, còn nếu không được hướngdẫn một cách kĩ lưỡng chốt lại được phương pháp làm thì các em thấy lúngtúng không tìm được hướng đi nên thường bỏ qua bài này Đối với mức độhọc sinh miền núi chưa được ôn luyện nhiều và khả năng có hạn nên việcđược cung cấp kiến thức này trong quá trình giải bài tập về mạch điện thực sự

là việc quan trọng Từ thực tế giảng dạy và quá trình bồi dưỡng cho học sinhgiỏi khối 7,8,9 điều mà tôi nhận thấy hầu hết ở học sinh là đối với những sơ đồmạch điện phức tạp, các em đều bị lúng túng, bế tắc không tìm ra hướng để phântích cách mắc mạch điện mà đây là bước vô cùng quan trọng, với các mức độkhác nhau của khối 7,8,9 thì việc vẽ lại được mạch điện xác định được cách mắcthì với tiếp tục đi đến được bước tính toán, còn nếu không làm được điều này thìhọc sinh như đang đi trong bóng tối không tìm thấy đường ra Vì vậy việc tôilựa chọn cách này để viết SKKN là cấp thiết, góp phần nâng cao chất lượnggiáo dục trong nhà trường

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Tôi viết SKKN này với mục đích:

1

- Thông qua đề tài tìm ra các yếu điểm của HS trong giải bài toán vật lí

có sơ đồ mạch điện hỗn hợp, có ampe, vôn kế mà phải biết vẽ lại mới tínhtoán được

- Củng cố, cung cấp cho học sinh kỹ năng và một số kiến thức vềphương vẽ lại mạch điện, nhằm nâng cao năng lực học giải toán vật lí, giúphọc sinh giải đáp được những thắc mắc, sửa chữa được những sai lầm haygặp khi giải các bài toán vật lí liên quan đến mạch điện

- Giúp GV phát hiện bồi dưỡng HS khá giỏi, học sịnh có khả năng làmtốt bài toán vật lí

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Đề tài này nghiên cứu, tổng kết về các bài toán vật lí về mạch điện hỗnhợp cần phải phân tích, vẽ lại mạch điện mới giải được bài toán đi đến kếtquả đúng

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Nêu lên phần lí thuyết dùng trong quá trình sử dụng phương pháp giảinày

-Đưa ra một số dạng bài toán vật lí cơ bản và cách suy nghĩ hướng dẫn đểgiải các dạng này và sau đó nêu ra nhận xét chung từng dạng bài tập

- Một số bài tập vận dụng và nâng cao

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của SKKN

Bản chất của phương pháp là:

Giúp học sinh có khả năng giải bài tập phần điện có sử dụng kĩ năng vẽ lại

mạch điện trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí để dự thi học sinhgiỏi các cấp đạt kết quả cao

Phương pháp cụ thể:

Việc bồi dưỡng học sinh có khả năng tiến bộ đòi hỏi giáo viên phải địnhhướng được và phân loại từng dạng bài tập cho học sinh, với mỗi dạng trước hếtcung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, những điểm cần lưu ý, cungcấp cách giải cụ thể, chọn lựa bài tập cho học sinh luyện giải để nắm vữngphương pháp với mức độ từ đơn giản đến phức tạp Trong các dạng bài tập đóthì việc học sinh biết phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện phức tạpthì mới có thể bắt tay vào việc giải các bài tập khá

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Vật lí là môn học các em được học ở lớp 6 nhưng phần kiến thức điện học các

em làm quen ở lớp 7 với kiến thức cơ bản, đến năm lớp 9 các em được cungcấp thêm phần kiến thức điện học với các định luật ôm, mạch điện hỗn hợpđơn, tuy nhiên nhiều em khi gặp mạch hỗn hợp thường thấy lúng túng, hiểunhầm, bỏ qua không làm, hoặc làm không đúng vì không vững kiến thức vềmạch điện Vì vậy kết quả đạt được thường không cao

Khi giải toán vật lí về mạch điện, quan trọng thường có trong cách giải làphải phân tích tìm được cách mắc các bộ phận điện thì từ đó mới tìm đượccách tính toán

Qua khảo sát 16 em học sinh đội tuyển lí lớp 7, 8, 9 trong hai năm họcliên tiếp: Từ 2014-2015 và 2017- 2018 của trường về việc sử dụng phương

pháp phân tích vẽ lại sơ đồ mạch điện để giải các dạng bài tập điện họcthường có trong đề thi học sinh giỏi cấp huyện các năm gần đây, kết quả nhậnđược như sau:

Từ thực trạng trên, trong quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinhgiỏi để nâng cao hiệu quả dạy và học đối với dạng nay tôi đã tìm hiểu, nghiêncứu và phân dạng các bài tập về mạch điện hỗn hợp có sử dụng phương phápphân tích vẽ lại sơ dồ mạch điện để hướng dẫn học sinh cách trình bày thôngqua đó xây dựng cho các em tư duy phương pháp và kỹ năng cho các em đểgiải dạng bài tập này một cách cụ thể, có hiệu quả hơn

2 3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Để giúp cho học sinh nắm được phương pháp giải và xác định được

cách làm của từng dạng, tôi đã tham khảo các tài liêu bồi dưỡng học sinh giỏimôn vật lí các khối lớp, các đề thi học sinh giỏi các khối lớp ở nhiều năm, cácchuyên đề và qua mạng internet để nghiên cứu, tìm hiểu, phân dạng, nhờ đó

đã giúp cho tôi hiểu một cách sâu sắc hơn về phương pháp này, từ đó tôi đãtổng hợp, xây dựng được hệ thống bài tập phong phú Với hệ thống bài tậpsắp xếp từ dễ đến khó theo dạng, thông qua các dạng toán này giúp học sinh

tự rút kinh nghiệm và hình thành phương pháp, rèn luyện kỹ năng giải, giúpcác em dễ dàng nghi nhớ, dễ dạng phân biệt và áp dụng vào giải quyết các bàitoán dạng này

a Trang bị lại cho học sinh các kiến thức, kĩ năng cần lưu ý cơ bản nhất về việc sử dụng phương pháp phân tích vẽ lại sơ đồ mạch điện để tính toán.

- Nếu có hai điện trở R1 , R2 mắc song song với nhau, cường độ các dòng điện

đi qua các điện trở là I1 , I2 Do I1 R1 = I2 R2 nên : 1 2

Hoặc vận dụng công thức I1 = I

2 1

2

R R

R

 ; I2 = I

2 1

1

R R

Trang bị cho học sinh kỹ năng tự đặt câu hỏi và tự trả lời câu hỏi.

H? Yêu cầu bài toán là gì? Để thực hiện yêu cầu đó ta có những hướng suy nghĩnào?

H? đề bài cho biết gì? Với giả thiết đó, ta có mấy cách giải quyết bài toán này và

ta sẽ làm bài này theo cách nào? vì sao?

* Khi gặp khó khăn, ta tiếp tục đặt câu hỏi ?

H? Ta gặp khó khăn ở đâu? Có phần giả thiết nào chưa sử dụng không?

H? Ta đã gặp bài toán nào tương tự bài này chưa?

*Ví dụ như: Tìm các giá trị thỏa mãn các số liệu theo sơ đồ mạch điện hỗn

Nhớ rằng, giữa các điểm nối với nhau bằng dây dẫn, ampe kế có điện trở không đáng kể là những điểm có cùng điện thế, ta chập lại Khi đó vẽ lại mạch điện, ta sẽ được mạch điện tương đương ở dạng rõ ràng hơn.

- Phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện là bước khá quan trọng, nógiúp ta thực hiện yêu cầu của bài toán tránh được những sai sót

Cuối cùng, ta áp dụng các tính chất và hệ quả của định luật Ôm đối vớitừng loại đoạn mạch nối tiếp và song song

b Các dạng bài tập ¸p dông cụ thể.

Dạng 1 Vẽ lại sơ đồ để tính các điện trở hoặc điện trở tương của đoạn mạch.

* Chập các điểm cùng điện thế

Ta có thể chập hai hay nhiều điểm có cùng điện thế thành một điểm bất kì khibiến đổi mạch điện tương đương: Các điểm ở hai đầu dây nối, khóa K đóng,Ampe kế có điện trở không đáng kể Được coi là có cùng điện thế

-Yêu cầu học sinh nêu lên các suy nghĩ khi gặp bài toán này

-Câu trả lời mong muốn:

Vì điểm C và D nối với nhau bằng dây dẫn có điện trở không đáng kể là những điểm có cùng điện thế, ta chập C, D lại với nhau.

* Câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh.

a ?Điện trở nào nhận điểm đầu là A, điểm cuối là B: R1

?Còn điện trở nào có điểm đầu là A?: R3

? Điểm cuối của điện trở R3 là điểm nào: C

?Còn những điện trở nào có điểm đầu là C?: R2; R4

? Điểm cuối của điện trở R2 ;R4 là điểm nào: B

Câu b, c hướng dẫn tương tự câu a

Ta cú thể bỏ cỏc điện trở khỏc 0 ra khỏi sơ đồ khi biến đổi mạch điện tương

đương khi cường độ dũng điện qua cỏc điện trở này bằng 0

Cụ thể: Cỏc vật dẫn nằm trong mạch hở, một điện trở khỏc 0 mắc song song với

một vật dẫn cú điện trở bằng 0( điện trở nối tắt)

Đặt cõu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh

a, K1 đúng, K2 mở những điểm nào được chập với nhau lỳc này dũng điện đi quanhững điện trở nào, điện trở nào bỏ ra khỏi mạch?

b, K1 mở, K2 đóng điểm D trựng B ta chập B với D trong mạch cũn những điện trở nào?

Tương tự phương phỏp này với cõu c, d

Cho mạch điện như hỡnh vẽ

Nếu A, B là hai cực của nguồn UAB= 100V

thỡ UCD= 40V, khi đú I2= 1A

Ngược lại nếu C, D là hai cực của nguồn điện

UCD= 60V thì khi đó UAB= 15V

Tính: R1, R2, R3 Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh Với bài tập này từ kiến thức được cung cấp mấu chốt của bài toán được giải quyết khi các em biết khi A,B hay C,D là hai cực của nguồn điện thì mạch điện mắc như thế nào khi đó bài toán xem như đã được tìm ra ? Nếu A,B là hai cực của nguồn điện thì mạch điện được mắc như thế nào? (R1// ( R2nt R3)) ? Nếu C,D là hai cực của nguồn điện thì mạch điện được mắc như thế nào? (R3// (R1nt R2)) Lời giải: - Trường hợp 1: R1// ( R2nt R3) U1 = U2+ U3  U2= U1 - U3 = 100 - 40 = 60(V)

I2= I3 = 1A

R2= U2/ I2= 60()

R3= U3/ I3 = 40()

-Trường hợp 2: R3// (R1nt R2) U3= U1+ U2  U2= U3- U1 = 60 - 15 = 45(V)

2

1

U

U

=

2

1

R

R

 R1 = 2

2

1 R U

U

= 60 45

15

= 20();Vậy:R1 = 20(); R2= 60() ; R3= 40()

Bài 4 Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương(hình bên) để tính RAB khi:

Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh

Sau khi đã làm quen với ba bài tập cơ bản trên với những kiến thức được giáo viên cung cấp và sự hướng dẫn cặn kẽ theo từng ý câu hỏi học sinh đã nắm được phương pháp giải qua việc tự đặt câu hỏi nên đến bài này mặc dù số điện trở nhiều hơn nhưng các em đã chủ động đặt tự câu hỏi để làm

?K1 đóng, K2 hở ta những điểm nào lại với nhau? Điện trở nào được bỏ ra khỏi mạch?

(chập A và D Bỏ nhánh CE vì K2 hở, bỏ R5, R6 ra )

?Tại nút A có những điện trở nào? (R1, R7 ;R4)

?Những điện trở này có điểm cuối là điểm nào?(C,E)

? Những điện trở nào nhận C,E làm điểm đầu? (R2 ;R3)

?Điện trở R2 ;R3 có điểm cuối là điểm nào? (Điểm B)

? Mạch điện bây giờ được mắc như thế nào?

( Gồm hai nhánh song song

-Nhánh 1 gồm (R1//R7 nt R2)

-Nhánh 2 gồm hai điện trở (R3 nt R4).)

7

R 1

R 5

A

R 6

R 4

B C

D

R 2

R 7 R 3

E

Hỏi tương tự với câu b,c

Khi các em tự đặt được những câu hỏi cụ thể như hướng dẫn thì việc vẽ lại sơ

đồ mạch điện các em thấy dễ dàng và thực hiện một cách chính xác

Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau:

+ Bước 1: Đặt tên cho các điểm nút trong mạch điện

+ Bước 2: Tìm trên mạch điện các điểm có điện thế bằng nhau để chập các điểm

đó lại với nhau

+ Bước 3: Xác định điểm đầu và điểm cuối của mạch điện

+ Bước 4: Liệt kê các điểm nút của mạch điện theo hàng ngang

+ Bước 5: Lần lượt từng điện trở nằm giữa hai điểm nào thì đặt các điện trở vàogiữa hai điểm đó

* Trường hợp 2: Mạch điện có điện trở nút ra vào xác định nhưng các khóa k thay nhau đóng ngắt ta cũng được các sơ đồ tương đương khác nhau.Để có sơ đồtương đương ta làm như sau:

-Nếu khóa k nào đó hở thì ta bỏ hẳn tất cả những thứ nối tiếp với k về cả hai phía

-Nếu khóa k đóng ta chập hai nút bên khóa k lại với nhau thành một điểm

-Xác định xem trong mạch có mấy điểm điện thế

D

E

C A

3

R7

R 2

D

C E

B

R 7 R 3

Cho mạch điện như hình 2 Biết R1 = R3 = 30 ; R2 = 10; R4 là một biến trở.

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là UAB = 18V không đổi

Bỏ qua điện trở của dây nối và của ampe kế

a Cho R4 = 10 Tính điện trở tương đương

của đoạn mạch AB và cường độ dòng điện

mạch chính khi đó ?

b Phải điều chỉnh biến trở có điện trở bằng

bao nhiêu để ampe kế chỉ 0,2A và dòng điện

chạy qua ampe kế có chiều từ C đến D ?

* Cách thức mà trong thực tế bản thân đã làm:

Để làm được dạng toán này giáo viên cần cung cấp cho học sinh các kiến thức

chung cơ bản về vai trò của ampe kế trong sơ đồ:

-Nếu ampe kế có điện trở bằng 0 ngoài chức năng là dụng cụ đo nó còn có vai

trò như dây nối do đó:

+ Có thể chập hai đầu dây nối thành một điểm khi biến đổi mạch điện tương

đương

+Am pe kế song song với điện trở nào thì điện trở đó đó bị nối tắt

+Ampe kế nằm riêng một mạch thì thì dòng điện qua nó dược tính thông qua

các dòng ở hai nút mà ta mắc ampe kế

-Nếu ampe kế có điện trở khác 0 thì nó còn có chức năng như một điện trở

*Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh

?Yêu cầu học sinh nêu lên các suy nghĩ khi gặp bài toán này

-Câu trả lời mong muốn:

Vì điểm C và D nối với nhau bằng ampe kế có điện trở không đáng kể là những

điểm có cùng điện thế, ta chập C, D lại với nhau

?Mạch điện khi đó được mắc như thế nào?

R

4 2

4

 )

4 4

4 150 25

) 10 ( 18

10

10 15

18

R R R

R R

Lời giải a Do ampe kế có điện trở không đáng kể nên ta chập C với D

Mạch điện được mắc như sau : ( R1 // R3 ) nt ( R2 // R4 )

RAB = R13 + R24 = 15 + 5 = 20 (  )

Cường độ dòng điện mạch chính là :

) ( 9 , 0 20

18

A R

b.Gọi I là cường độ dòng điện chạy trong mạch chính

Do ampe kế có điện trở không đáng kể nên ta chập C với D

Mạch điện được mắc như sau:

R

4 2

R I

4 2

2

4 2

R

R I

R R

R R I

RAB =

4

4 4

2

4 2 1

10

10 15

.

R R

R

R R R

4 150 25

) 10 ( 18

10

10 15

18

R R R

R R

a Cả hai khóa cùng đóng?

b Cả hai khóa cùng mở?

*Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh:

? Khi cả hai khóa cùng đóng thì mạch điên có dạng như thế nào? ([R1

nt( R2//R3//R4))

?Số chỉ ampe kế A1 tính thông qua các dòng nào? (IA1=I1 - I2 = I3 + I4)

?Số chỉ ampe kế A2 tính thông qua các dòng nào?( IA2= I2 + I3)

Khi các em hiểu và trả lời được các câu hỏi này thì bài toán em như đã được giảiquyết

A C

R 4

b Chốt dương của ampe kế mắc vào đâu?

*Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh:

Với bài này việc đầu tiên phải xác định được cách mắc mạch điện nếu không thìbài toán sẽ không được giải quyết, vì thế giáo viên yêu cần đặt câu hỏi phân nhỏ

để các em xác định chính xác mạch điện thông qua các bước đã được nêu ở dạng1

?Với bài này ta cần xác định nội dung nào trước ?

?.Những điểm nào được chập lại thành một điểm?(A với E; C với D)

?Khi đó mạch điện tại điểm A có những điện trở nào (R3,R4)

?Điểm cuối của R3,R4 là điểm nào? ( Điểm D)

? Vậy R3,R4 mắc như thế nào với nhau?

? Những điện trở nào nhận điểm C,D làm điểm đầu?( R1,R2)

?Điểm cuối của R1,R2 là điểm nào?( điểm F)

? Điểm F là điểm đầu của điện trở nào?

? Vậy mạch điệm được mắc như thế nào? [(R3//R4) nt(R1//R2) nt R5 ]

Sau khi học sinh tìm được cách mắc mạch điện đến phần tính toán giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách phân tích sơ đồ ngược để các em tìm được bước đi nhanh và khoa học nhất nếu không các em lúng túng mất nhiều thời gian mà vẫn không tìm ra hướng giải Đây là phương một trong những lỗi mà giáo viên thường mắc phải dẫn đến học sinh thiếu phương pháp khi tính toán.

?.Muốn tính được số chỉ của ampe kế ta phải tính được dòng qua những điện trởnào?

(I1và I3 hoặc I2và I4)

?Để tính được I1và I3 hoặc I2và I4 ta phải tính được đại lượng nào?( UAD và

UCF)

?Để tính được UAD và UCF ta phải tính được đại lượng nào? ?( Im¹ch chÝnh)

?Để tính được Im¹ch chÝnh ta cần tính đại lượng nào?( RAB)

Lời giải

a khi Ra = 0

- ChËp C víi D, m¹ch ®iÖn cã d¹ng:

11