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

1 MỞ ĐẦU Trong nhiều năm giảng dạy môn vật lí huyện miền núi đối tượng học sinh gặp nhiều khó khăn học tập Khi dạy chương điện học cho học sinh vấn đề thân nhận khó khăn em khơng xác định cách mắc dụng cụ điện sơ đồ đặc biệt mạch điện hỗn hợp nên dẫn đến thực bước tính tốn gặp dạng học sinh thường khơng ghi điểm Tích luỹ kinh nghiệm qua nhiều năm giảng dạy ôn học sinh giỏi môn vật lý với đối tượng học sinh này, xin đề xuất giải pháp để học sinh rèn luyện cách tự tin, để khai thác mạch điện vẽ lại sơ đồ tương đương từ dễ dàng tính tốn được, giúp cho em đạt điểm tham gia kì thi học sinh giỏi cấp Song điều kiện có hạn thời gian, điều kiện phương tiện, đồ dùng, vật chất nên nghiên cứu kĩ để trình bày đủ cho dạng tập thực hành loại mạch điện mà tơi khơng đề cập nhiều đến phương pháp tính toán mà đưa vài kinh nghiệm nhỏ để giúp học sinh biến đổi từ sơ đồ mạch điện hỗn hợp ban đầu phức tạp trở sơ đồ mạch điện hỗn hợp rõ ràng, dễ nhận biết, để thực giải tốn cách đơn giản Khi học sinh biết cách vẽ lại sơ đồ mạch điện tương đương em có định hướng hứng thú để bắt tay vào việc khai thác nhiều dạng toán, tốn mạch điện Vì lí nêu nên chọn đề tài “ Nâng cao kĩ vẽ lại mạch điện giải tập” làm đề tài nghiên cứu năm học Do khả hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều hạn chế số trang nên SKKN tơi có phần chưa hồn chỉnh Rất mong đóng góp q thầy 1.1 Lí chọn đề tài Điện học phần kiến thức mà em học từ năm lớp với nội dung đơn giản, gặp dạng hướng dẫn phương pháp làm học sinh dễ dàng lấy điểm tối đa, khơng hướng dẫn cách kĩ lưỡng chốt lại phương pháp làm em thấy lúng túng khơng tìm hướng nên thường bỏ qua Đối với mức độ học sinh miền núi chưa ôn luyện nhiều khả có hạn nên việc cung cấp kiến thức trình giải tập mạch điện thực việc quan trọng Từ thực tế giảng dạy trình bồi dưỡng cho học sinh giỏi khối 7,8,9 điều mà nhận thấy hầu hết học sinh sơ đồ mạch điện phức tạp, em bị lúng túng, bế tắc khơng tìm hướng để phân tích cách mắc mạch điện mà bước vô quan trọng, với mức độ khác khối 7,8,9 việc vẽ lại mạch điện xác định cách mắc với tiếp tục đến bước tính tốn, khơng làm điều học sinh bóng tối khơng tìm thấy đường Vì việc tơi lựa chọn cách để viết SKKN cấp thiết, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục nhà trường 1.2 Mục đích nghiên cứu Tơi viết SKKN với mục đích: - Thơng qua đề tài tìm yếu điểm HS giải toán vật lí có sơ đồ mạch điện hỗn hợp, có ampe, vơn kế mà phải biết vẽ lại tính toán - Củng cố, cung cấp cho học sinh kỹ số kiến thức phương vẽ lại mạch điện, nhằm nâng cao lực học giải tốn vật lí, giúp học sinh giải đáp thắc mắc, sửa chữa sai lầm hay gặp giải tốn vật lí liên quan đến mạch điện - Giúp GV phát bồi dưỡng HS giỏi, học sịnh có khả làm tốt tốn vật lí 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, tổng kết toán vật lí mạch điện hỗn hợp cần phải phân tích, vẽ lại mạch điện giải toán đến kết 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nêu lên phần lí thuyết dùng q trình sử dụng phương pháp giải -Đưa số dạng tốn vật lí cách suy nghĩ hướng dẫn để giải dạng sau nêu nhận xét chung dạng tập - Một số tập vận dụng nâng cao NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận SKKN Bản chất phương pháp là: Giúp học sinh có khả giải tập phần điện có sử dụng kĩ vẽ lại mạch điện q trình bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí để dự thi học sinh giỏi cấp đạt kết cao Phương pháp cụ thể: Việc bồi dưỡng học sinh có khả tiến đòi hỏi giáo viên phải định hướng phân loại dạng tập cho học sinh, với dạng trước hết cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức bản, điểm cần lưu ý, cung cấp cách giải cụ thể, chọn lựa tập cho học sinh luyện giải để nắm vững phương pháp với mức độ từ đơn giản đến phức tạp Trong dạng tập việc học sinh biết phân tích cách mắc phận mạch điện phức tạp bắt tay vào việc giải tập 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Vật lí mơn học em học lớp phần kiến thức điện học em làm quen lớp với kiến thức bản, đến năm lớp em cung cấp thêm phần kiến thức điện học với định luật ôm, mạch điện hỗn hợp đơn, nhiên nhiều em gặp mạch hỗn hợp thường thấy lúng túng, hiểu nhầm, bỏ qua không làm, làm khơng khơng vững kiến thức mạch điện Vì kết đạt thường khơng cao Khi giải tốn vật lí mạch điện, quan trọng thường có cách giải phải phân tích tìm cách mắc phận điện từ tìm cách tính tốn Qua khảo sát 16 em học sinh đội tuyển lí lớp 7, 8, hai năm học liên tiếp: Từ 2014-2015 2017- 2018 trường việc sử dụng phương pháp phân tích vẽ lại sơ đồ mạch điện để giải dạng tập điện học thường có đề thi học sinh giỏi cấp huyện năm gần đây, kết nhận sau: Điểm Điểm - Điểm - 10 SL % SL % SL % 50 43,75 6,25 Từ thực trạng trên, trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi để nâng cao hiệu dạy học dạng tơi tìm hiểu, nghiên cứu phân dạng tập mạch điện hỗn hợp có sử dụng phương pháp phân tích vẽ lại sơ dồ mạch điện để hướng dẫn học sinh cách trình bày thơng qua xây dựng cho em tư phương pháp kỹ cho em để giải dạng tập cách cụ thể, có hiệu Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Để giúp cho học sinh nắm phương pháp giải xác định cách làm dạng, tham khảo tài liêu bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí khối lớp, đề thi học sinh giỏi khối lớp nhiều năm, chuyên đề qua mạng internet để nghiên cứu, tìm hiểu, phân dạng, nhờ giúp cho tơi hiểu cách sâu sắc phương pháp này, từ tơi tổng hợp, xây dựng hệ thống tập phong phú Với hệ thống tập xếp từ dễ đến khó theo dạng, thơng qua dạng tốn giúp học sinh tự rút kinh nghiệm hình thành phương pháp, rèn luyện kỹ giải, giúp em dễ dàng nghi nhớ, dễ dạng phân biệt áp dụng vào giải toán dạng a Trang bị lại cho học sinh kiến thức, kĩ cần lưu ý việc sử dụng phương pháp phân tích vẽ lại sơ đồ mạch điện để tính tốn Kiến thức -Hiểu mạch điện mắc nối tiếp vật dẫn mắc liên tiếp điểm đầu vật điểm cuối vật - Mạch điện mắc song song vật dẫn chung điểm đầu điểm cuối Lưu ý: - Nếu có hai điện trở R1 , R2 mắc song song với nhau, cường độ dòng điện I1 R2 qua điện trở I1 , I2 Do I1 R1 = I2 R2 nên : I = R - Khi biết hai điện trở R1 , R2 cường độ dòng điện qua điện trở, công thức cho phép tính cường độ dòng điện qua điện trở cường độ dòng điện mạch Hoặc vận dụng cơng thức R2 R1 I1 = I R + R ; I2 = I R + R 2 Một số kỹ bản: - Trong mạch điện, điểm nối với dây nối (hoặc ampe kế) có điện trở không đáng kể coi trùng Khi ta chập điểm lại vẽ lại mạch để tính tốn - Trong tốn, khơng có ghi đặc biệt ta coi: RA ≈ RV ≈ ∞ - Khi giải toán với sơ đồ mạch điện mắc hỗn hợp tương đối phức tạp, nên tìm cách đưa sơ đồ tương đương đơn giản Trên sơ đồ tương đương, điểm có điện chập lại để làm rõ phận phức tạp đoạn mạch ghép lại để tạo thành đoạn mạch đơn giản dễ hiểu Trang bị cho học sinh kỹ tự đặt câu hỏi tự trả lời câu hỏi H? u cầu tốn gì? Để thực u cầu ta có hướng suy nghĩ nào? H? đề cho biết gì? Với giả thiết đó, ta có cách giải tốn ta làm theo cách nào? sao? * Khi gặp khó khăn, ta tiếp tục đặt câu hỏi ? H? Ta gặp khó khăn đâu? Có phần giả thiết chưa sử dụng không? H? Ta gặp toán tương tự chưa? *Ví dụ như: Tìm giá trị thỏa mãn số liệu theo sơ đồ mạch điện hỗn hợp cho trước Cách làm: + Phân tích sơ đồ cách mắc thiết bị điện, để làm điều cần: - Dùng lập luận kết hợp với điều kiện cho để suy điểm sơ đò chập lại với -Dòng điện qua thiết bị nào, không qua thiết bị nào, thiết bị bị bỏ khỏi mạch -Mạch điện thiết bị mắc với nhau, vẽ lại sơ đồ mạch điện + Khi biết cách mắc thiết bị sơ đồ mạch điện ta tìm phương pháp tính tốn theo u cầu đề * Nhận xét chung: - Mạch điện hỗn hợp phức tạp loại mạch điện mắc hỗn hợp, song cách mắc phức tạp, không đơn giản nhìn vào mạch điện nhận cách mắc phận mạch điện Vì vậy, để thực kế hoạch giải, bắt buộc phải tìm cách mắc lại để đưa mạch điện tương đương đơn giản Nhớ rằng, điểm nối với dây dẫn, ampe kế có điện trở khơng đáng kể điểm có điện thế, ta chập lại Khi vẽ lại mạch điện, ta mạch điện tương đương dạng rõ ràng - Phân tích cách mắc phận mạch điện bước quan trọng, giúp ta thực yêu cầu toán tránh sai sót Cuối cùng, ta áp dụng tính chất hệ định luật Ôm loại đoạn mạch nối tiếp song song b Các dạng tập ¸p dơng cụ thể Dạng Vẽ lại sơ đồ để tính điện trở điện tr tng ca on mch Các trờng hợp cụ thể: Các điểm đầu dây nối, khóa K đóng, Am pe kế có điện trở không đáng kể Đợc coi có điện Hai điểm nút đầu R5 mạch cầu cân Bài 1.Cho mạch điện hình vẽ Hãy vẽ sơ đồ tương đương để tính R1 R2 a, RAB b, RAC A B C c, RBC R3 R4 *Cách thức mà thực tế thân làm Để làm dạng toán giáo viên cần cung cấp cho học sinh kiến thức chung từ hướng dẫn giáo viên em với hiểm thêm nắm phương pháp làm dạng toán * Chập điểm điện Ta chập hai hay nhiều điểm có điện thành điểm biến đổi mạch điện tương đương: Các điểm hai đầu dây nối, khóa K đóng, Ampe kế có điện trở khơng đáng kể Được coi có điện -Yêu cầu học sinh nêu lên suy nghĩ gặp tốn -Câu trả lời mong muốn: Vì điểm C D nối với dây dẫn có điện trở khơng đáng kể điểm có điện thế, ta chập C, D lại với * Câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh a ?Điện trở nhận điểm đầu A, điểm cuối B: R1 ?Còn điện trở có điểm đầu A?: R3 ? Điểm cuối điện trở R3 điểm nào: C ?Còn điện trở có điểm đầu C?: R2; R4 ? Điểm cuối điện trở R2 ;R4 điểm nào: B Câu b, c hướng dẫn tương tự câu a Lời gi¶i a, Ta chập hai điểm C D lại Khi mạch điện ba iểm điện A, B, C Trong ®ã ( R3 nt ( R4 // R2 ) ) // R1 Sơ đồ có dạng b, Ta chập hai điểm C D lại Khi mạch điện ba iểm điện A, B, C Sơ đồ tơng đơng Trong đó:( R1 nt ( R2 // R4 ) ) // R3 c, T¬ng tù ta cã ( ( R1 nt R3 ) // R4 // R2 Bµi 2: Cho mạch điện nh hình vẽ k1 Hãy vẽ sơ đồ tơng đơng để tính D R2 C R3 B điện trở R3 mạch điện RAB : A a, K1 ®ãng, K2 më R1 k2 b, K1 më, K2 ®ãng c, K1 ®ãng, K2 ®ãng d, K1 më, K2 më BiÕt R1 = Ω , R2 = Ω , R3 = 12 Ω *Cách thức mà thực tế thân làm Để làm dạng toán giáo viên cần cung cấp cho học sinh kiến thức chung kiến thức nêu là: Bỏ điện trở: Ta bỏ điện trở khác khỏi sơ đồ biến đổi mạch điện tương đương cường độ dòng điện qua điện trở Cụ thể: Các vật dẫn nằm mạch hở, điện trở khác mắc song song với vật dẫn có điện trở 0( điện trở nối tắt) Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh a, K1 đóng, K2 mở điểm chập với lúc dòng điện qua điện trở nào, điện trở bỏ khỏi mạch? b, K1 më, K2 ®ãng điểm D trùng B ta chập B với D mạch điện trở nào? Tương tự phương pháp với câu c, d Lời giải a, K1 đóng, K2 mở điểm A chập với C dòng điện qua R3 A B RAB = R3 = 12 Ω R3 b, K1 më, K2 ®ãng điểm D trùng B dòng điện qua R1 A R1 B RAB = R1 = Ω c, K1 ®ãng, K2 ®ãng điểm A trùng C điểm D trùng B R1 // R2 // R3 A B 1/RAB = 1/R1 +1/R2 + 1/R3; RAB = Ω d, K1 më, K2 më th ì R1 nt R2 nt R3 A D R1 C B R2 R3 RAB = R1 + R2 + R3 = Ω + Ω + 12 Ω = 22 Ω Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ Nếu A, B hai cực nguồn U AB = 100V U CD = 40V, I = 1A A C R B R R D Ngược lại C, D hai cực nguồn điện U CD = 60V U AB = 15V Tính: R , R , R Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh Với tập từ kiến thức cung cấp mấu chốt toán giải em biết A,B hay C,D hai cực nguồn điện mạch điện mắc tốn xem tìm ? Nếu A,B hai cực nguồn điện mạch điện mắc nào? (R // ( R nt R )) ? Nếu C,D hai cực nguồn điện mạch điện mắc nào? (R // (R nt R )) Lời giải: - Trường hợp 1: R // ( R nt R ) U = U + U ⇒ U = U - U = 100 - 40 = 60(V) I = I = 1A R = U / I = 60( Ω ) R = U / I = 40( Ω ) -Trường hợp 2: R // (R nt R ) U = U + U ⇒ U = U - U = 60 - 15 = 45(V) U R1 U 15 ⇒ R = R2 = 60 = 20( Ω );Vậy:R = 20( Ω ); R = 60( Ω ) ; R = = U R2 U2 45 40( Ω ) Bài Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương(hình bên) để tính RAB khi: C a)K1 đóng, K2 hở A R1 b)K1 hở, K2 đóng K1 c)K1, K2 đóng R7 R R6 R5 R2 K2 R4 B R33 E D Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh Sau làm quen với ba tập với kiến thức giáo viên cung cấp hướng dẫn cặn kẽ theo ý câu hỏi học sinh nắm phương pháp giải qua việc tự đặt câu hỏi nên đến số điện trở nhiều em chủ động đặt tự câu hỏi để làm ?K1 đóng, K2 hở ta điểm lại với nhau? Điện trở bỏ khỏi mạch? (chập A D Bỏ nhánh CE K2 hở, bỏ R5, R6 ) ?Tại nút A có điện trở nào? (R1, R7 ;R4) ?Những điện trở có điểm cuối điểm nào?(C,E) ? Những điện trở nhận C,E làm điểm đầu? (R2 ;R3) ?Điện trở R2 ;R3 có điểm cuối điểm nào? (Điểm B) ? Mạch điện mắc nào? ( Gồm hai nhánh song song -Nhánh gồm (R1//R7 nt R2) -Nhánh gồm hai điện trở (R3 nt R4).) Hỏi tương tự với câu b,c Khi em tự đặt câu hỏi cụ thể hướng dẫn việc vẽ lại sơ đồ mạch điện em thấy dễ dàng thực cách xác Ta có sơ đồ mạch điện tương đương sau: R1 Lời giải: R2 A C a.K1 đóng, K2 hở ta chập A D R7 D Bỏ nhánh CE K2 hở, bỏ R5, R6 R3 R4 Mạch điện gồm hai nhánh song song -Nhánh gồm (R1//R7 nt R2) E -Nhánh gồm hai điện trở (R3 nt R4).) b.Khi K1 hở, K2 đóng ta chập C với E Mạch điện dồm hai cụm nối tiếp Cụm 1: Gồm hai nhánh // Một nhánh R1, nhánh lại (R6, R5 nt R4//R7) R2 Cụm 2: R2//R3 R1 B A C D E R7 c K1, K2 đóng Chập A D, C E, mạch lại điểm điện A,C ,B Bỏ R5 , R6 R6 R5 R4 A R1 D R7 R3 R7 R3 R2 C B E R3 R4 Nhận xét Sau làm song hai tập lưu ý nhấn mạnh cho học sinh những bước làm sau để học sinh khắc sâu, nhớ lâu *Trường hợp 1: Mạch điện gồm số điện trở xác định ta thay đổi hai nút vào dòng điện mạch ta sơ đồ tương đương khác + Bước 1: Đặt tên cho điểm nút mạch điện + Bước 2: Tìm mạch điện điểm có điện để chập điểm lại với + Bước 3: Xác định điểm đầu điểm cuối mạch điện + Bước 4: Liệt kê điểm nút mạch điện theo hàng ngang + Bước 5: Lần lượt điện trở nằm hai điểm đặt điện trở vào hai điểm * Trường hợp 2: Mạch điện có điện trở nút vào xác định khóa k thay đóng ngắt ta sơ đồ tương đương khác nhau.Để có sơ đồ tương đương ta làm sau: -Nếu khóa k hở ta bỏ hẳn tất thứ nối tiếp với k hai phía -Nếu khóa k đóng ta chập hai nút bên khóa k lại với thành điểm -Xác định xem mạch có điểm điện -Tìm phần mắc song song với nhau, phần nối tiếp với vẽ sơ đồ tương đương Dạng : Mạch điện có sử dụng ampe kế Bài Cho mạch điện hình Biết R1 = R3 = 30Ω ; R2 = 10Ω; R4 biến trở Hiệu điện hai điểm A B UAB = 18V không đổi R1 C R2 Bỏ qua điện trở dây nối ampe kế a Cho R4 = 10Ω Tính điện trở tương đương đoạn mạch AB cường độ dòng điện A mạch ? A b Phải điều chỉnh biến trở có điện trở để ampe kế 0,2A dòng điện R3 D R4 chạy qua ampe kế có chiều từ C đến D ? * Cách thức mà thực tế thân làm: Để làm dạng toán giáo viên cần cung cấp cho học sinh kiến thức chung vai trò ampe kế sơ đồ: -Nếu ampe kế có điện trở chức dụng cụ đo có vai trò dây nối đó: + Có thể chập hai đầu dây nối thành điểm biến đổi mạch điện tương đương +Am pe kế song song với điện trở điện trở đó bị nối tắt +Ampe kế nằm riêng mạch thì dòng điện qua dược tính thơng qua dòng hai nút mà ta mắc ampe kế -Nếu ampe kế có điện trở khác có chức điện trở *Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh ?Yêu cầu học sinh nêu lên suy nghĩ gặp tốn -Câu trả lời mong muốn: Vì điểm C D nối với ampe kế có điện trở khơng đáng kể điểm có điện thế, ta chập C, D lại với ?Mạch điện mắc nào? ( R1 // R3 ) nt ( R2 // R4 ) ?Để tính IA ta phải tính gì? (IA = I1 – I2) ?Tính I1 cách nào? (R1 = R3 ; U1 = U3 suy I1 = I3 = I ) R ?Tính I2 cách nào? (Vì R2// R4 suy I2 = R + R I ) 18(10 + R4 ) U 18 = = ?Tính I cách nào? (I = R AB 15 + 10.R4 150 + 25R4 10 + R4 Lời giải a Do ampe kế có điện trở khơng đáng kể nên ta chập C với D Mạch điện mắc sau : ( R1 // R3 ) nt ( R2 // R4 ) Vì R1 = R3 = 30 Ω nên R13 = 15Ω Vì R2 = R4 = 10 Ω nên R24 = 5Ω Vậy điện trở tương đương mạch điện : B RAB = R13 + R24 = 15 + = 20 ( Ω ) Cường độ dòng điện mạch : I= U AB 18 = = 0,9( A) R AB 20 b.Gọi I cường độ dòng điện chạy mạch Do ampe kế có điện trở khơng đáng kể nên ta chập C với D Mạch điện mắc sau: R1 ( R1 // R3 ) nt ( R2 // R4 ) Do R1 = R3 U1 = U3 nên I1 = I3 = I A R Vì R2 // R4 nên I2 = R + R I I I Cường độ dòng điện qua ampe kế : I C I1 I2 IA A R2 R D I4 R R => IA = I1 – I2 = − R + R I => IA = I ( R2 − R4 ) I (10 − R4 ) = = 0,2 ( A ) 2( R2 + R4 ) 2(10 + R4 ) (1) Điện trở mạch điện : R1 R2 R4 10.R4 RAB = + R + R = 15 + 10 + R 4 Cường độ dòng điện mạch : 18(10 + R4 ) U 18 = = I = R AB 15 + 10.R4 150 + 25R4 10 + R4 (2) Thay ( ) vào ( ) rút gọn ta : 14R4 = 60 => R4 = 30 ( Ω ) ≈ 4,3 ( Ω Bài Cho mạch điện hình vẽ 3.3.1 điện trở giống có giá trị r, điện trở ampe kế không đáng kể; UAB có giá trị U0 khơng đổi Xác định số ampe kế khi: a Cả hai khóa đóng? b Cả hai khóa mở? *Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: ? Khi hai khóa đóng mạch điên có dạng nào? ([R1 nt( R2//R3//R4)) ?Số ampe kế A1 tính thơng qua dòng nào? (IA1=I1 - I2 = I3 + I4) ?Số ampe kế A2 tính thơng qua dòng nào?( IA2= I2 + I3) Khi em hiểu trả lời câu hỏi tốn em giải 10 B Lời giải a Khi hai khóa đóng mạch điên có dạng [R1 nt( R2//R3//R4) - Số ampe kế A1: IA1=I1 - I2 = I3 + I4 - Số ampe kế A2: IA2= I2 + I3 b:Khi hai khóa mở mạch có dạng (R1ntR2ntR3ntR4), sè chØ c¸c ampe kÕ b»ng Bài Cho mạch điện hình 3.3.2; R1=R4= Ω; R2=R3=3 Ω; R5= 0,5 Ω; UAB= v a.Xác định số am pe kế b Chốt dương ampe kế mắc vào đâu? *Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: Với việc phải xác định cách mắc mạch điện khơng tốn khơng giải quyết, giáo viên yêu cần đặt câu hỏi phân nhỏ để em xác định xác mạch điện thơng qua bước nêu dạng ?Với ta cần xác định nội dung trước ? ?.Những điểm chập lại thành điểm?(A với E; C với D) ?Khi mạch điện điểm A có điện trở (R3,R4) ?Điểm cuối R3,R4 điểm nào? ( Điểm D) ? Vậy R3,R4 mắc với nhau? ? Những điện trở nhận điểm C,D làm điểm đầu?( R1,R2) ?Điểm cuối R1,R2 điểm nào?( điểm F) ? Điểm F điểm đầu điện trở nào? ? Vậy mạch điệm mắc nào? [(R3//R4) nt(R1//R2) nt R5 ] Sau học sinh tìm cách mắc mạch điện đến phần tính tốn giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách phân tích sơ đồ ngược để em tìm bước nhanh khoa học không em lúng túng nhiều thời gian mà khơng tìm hướng giải Đây phương lỗi mà giáo viên thường mắc phải dẫn đến học sinh thiếu phương pháp tính tốn ?.Muốn tính số ampe kế ta phải tính dòng qua điện trở nào? (I1và I3 I2và I4) ?Để tính I1và I3 I2và I4 ta phải tính đại lượng nào?( UAD UCF) ?Để tính UAD UCF ta phải tính đại lượng nào? ?( Im¹ch chÝnh) ?Để tính Im¹ch chÝnh ta cần tính đại lượng nào?( RAB) Lời giải a Ra = - ChËp C với D, mạch điện có dạng: 11 [(R3//R4) nt(R1//R2) nt R5 ] - Tính đợc: RAB = 0,2 - Tính đợc Imạch = 3A - Vì C D hai điểm có hiệu điện nên : R1 R2 UCF= UDF= IM R + R = 9/4V R3 R4 UCE= UDE = IM R + R = 9/4V => Cêng ®é dòng điện qua mạch rẽ: U FC U UCE 3 U DF = A = A ; I4 = I1 = R = A ; I2= FD = A ; I3= R4 R3 R2 - Để tính cờng độ dòng điện qua ampe kÕ ta xÐt nót C T¹i C cã I1 > I3 nên dòng điện qua ampe kế phải từ C đến D => Ia = 1,5A b DÊu céng(+) cđa ampe kÕ ph¶i nèi víi C Nhận xét Sau làm song ba tập dạng lưu ý nhấn mạnh cho học sinh những bước làm sau để học sinh khắc sâu, nhớ lâu: -Nắm vững vai trò ampe kế sơ đồ mạch điện -Nắm vững quy tắc chập điểm, bỏ điện trở nêu dạng -Việc xác định cách mắc sơ đồ mạch điện bước định kết toán hay sai cần luyện cách xác định xác theo bước nêu -Khi tính tốn cần phải tự đặt câu hỏi lập sơ đồ tính tốn ngược để tìm hướng nhanh khoa học phù hợp Lưu ý: Chú ý cho học sinh phương pháp giải khơng tính giá trị trực tiếp cần tính thơng qua tỉ số U R đoạn mạch nối tiếp; R I doạn mạch mắc song song Dạng : Mạch điện có sử dụng vơn kế Khi dạy cho học sinh tập dạng nhận thấy đa phần em lúng túng đâu, không xác định dược mạch điện mắc mà tốn điện khơng xác định cách mắc xem khơng tìm hướng giải đồng nghĩa với việc phải bỏ qua dạng tập Vì cần trang bị làm rõ cho em nắm vững vai trò vơn kế sơ đồ mạch điện Vai trò vơn kế sơ đồ mạch điện *-Trường hợp vơn kế có điện trở lớn( lí tưởng) +Trong trường hợp mạch phức tạp hiệu điện hai đầu đoạn mạch phải tính cơng thức cộng UAB=VA-VB=VA- VC + VCVB=UAC+UCB +Có thể bỏ vơn kế vẽ sơ đồ mạch điện tương đương: Những điện trở mắc nối tiếp với vơn kế coi dây nối vơn kế thao định luật ôm cường độ qua điện trở coi bằng0,( IR=IV=U/ ∞ =0) 12 *Trường hợp vơn kế có điện trở hữu hạn mạch điện ngồi chức dụng cụ đo còncó chức điện trở khác Do số vơn kế tính cơng thức UV=Iv.Rv Các ví dụ cụ thể Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết: U = 10V, R1 Ω , R2 = Ω , R3 = Ω , R4 = Ω , điện trở vôn kế RV = 150 Ω Tìm số vôn kế R I1 R C I1 - I2 *Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: I2 ? Nêu nhận xét mạch điện ? V ?Với vơn có điện trở hữu hạn phương pháp R R làm ? (được tính cơng thức cộng thế) A D I-I + I I - I1 ? Hiệu điện hai điểm A,B tính I hiệu điện cộng lại ? _ + U Từ gợi ý học sinh tìm sơ đồ tính tốn Lời giải - Ta có phương trình: U AB = U AC + U CD + U DB = 2I1 + 150I + 7(I - I1 + I ) = - 5I1 + 157I2 + 7I = 10 (1) U AB = U AC + U CB = 2I1 + 9(I1 - I ) = 11I1 - 9I = 10 (2) U AB = U AD + U DB = 3(I - I1 ) + 7(I - I1 + I ) = - 10I1 + 7I + 10I = 10 (3) - Giải ba hệ phương trình ta có: I1 ≈ 0,915A; I2 ≈ 0,008A; I ≈ 1,910A _ r I + - Số vôn kế: U U V = I R V = 0,008 ×150 = 1,2(V) I1 C V1 Bài 2: I2 R Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết U = 15V, B R R = 15r Các vôn kế giống nhau, bỏ qua điện trở R dây nối Biết vôn kế V1 14V, hỏi vôn kế V2 V2 A bao nhiêu? Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: Yêu cầu học sinh nêu vấn đề cần xác định lài gì? Cần xác định cách mắc mạch điện gồm điện trở ? Khi R mắc nối tiếp với vơn kế ta suy điều gì? ( R xem dây nối) ?Mạch điện gồm điện trở nào? mắc nào?( R nt R nt r) ?Khi V1, V2 đo HĐT hai đầu đoạn mạch ? (V1 đo HĐT hai đầu đoạn mạch gồm hai điện trở nối tiếp R nt R ; V2 đo HĐT HĐT hai đầu R) Sau gợi ý trả câu hỏi bước em tìm cách tính tốn cách xây dựng sơ đồ ngược Đến em có thê suy luận gia trị cần tìm V2 Bài 13 B Cho mạch điện hình vẽ Biết U = 15V, R1= R, R2= R3= R4= R, 15 vôn kế giống điện trở dây nối không đáng kể, vôn kế V 14V a) Vơn kế có lí tưởng khơng? Vì sao? b) Tính số vơn kế V2? R1 D R2 C + V2 B V1 U R3 R4 _ A Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: ? Khi chưa biết vơn kế lí tưởng hay khơng lí tưởng ta xác định cách mắc mạch điện chưa Vậy vấn đề đặt phải tìm cách đặc điểm của loại vôn kế ? Nếu vơn kế lí tưởng mạch điện mắc nào? (R1 nt R2 nt R3) ? Hãy tính R1 theo R lúc này? ? So sánh với đề mối quan hệ này? Đến em nhận mâu thuẫn giả thuyết đặt với nội dung đề cho b.Đến câu b học sinh tìm cách mắc nên giáo viên cần gợi ý: Số vôn kế đo HĐT hai đầu đoạn mạch nào? (UV2= UCA- U4) ?Làm cách tính UCA ?( Áp dụng tính chất cho đoạn mạch nối tiếp DC U DC U CA CA, có cường độ dòng điện nên R = R ) CA Ta khơng tính trực tiếp U4 mà hướng dẫn học sinh lập tỉ số R U đoạn mạch nối tiếp RV2 R4 U V2 ? Tính U4 cách nào: U R4 = R V 2R = =2 R4 R ? Tìm mối quan hệ Rv R Lời giải a.Vôn không lí tưởng Nếu vơn kế lí tưởng R4 mạch còn: R1 nt R2 nt R3 Số vôn kế V1 U2 + U3 = 14V ⇒ U1 = 15 – 14 = 1V, U2 = U3 = 7V R1 U1 1 1 = = ⇒ R1= R2 = R mâu thuẫn với đề R1= R R U2 7 15 Vậy vơn kế khơng lí tưởng b.Vì vơn kế khơng lí tưởng nên ta có mạch gồm: M I R1 D I2 R2 C V2 R4 A R3 I1 N V1 R1 nt [R2nt{(Rv nt R4)//R3}//Rv] (với Rv điện trở vôn kế) UDA= UV1= 14V⇒UMD = UMN – UDA = 1V 14 15 14 14 U V1 = + U MD U DA R(R + R ) = + Rv Ta có: I = I1 + I2 ⇔ ⇔ R R+ v R1 R + R CA R V 2R + R v 21 ⇔ 16R 2v − 11R.R v − 42R = ⇔ Rv= 2R Rv = - R (loại) 16 14 − U CA U CA U DC U CA = R(R + R v ) ⇒UCA= 6V Đoạn mạch DCA có: R = R ⇔ R CA 2R + R v U V2 R V 2R = = = ⇒UV2= 2UR4 kết hợp với UV2 + UR4=6 ⇒ UV2= 4V UR4 R R Vậy số vôn kế V2 4V Nhận xét Sau làm song tập dạng có sử dụng vơn kế lưu ý nhấn mạnh cho học sinh những bước làm sau để học sinh khắc sâu, nhớ lâu: -Nắm vững vai trò vơn kế sơ đồ mạch điện -Nắm vững quy tắc bỏ điện trở nêu phần đầu dạng -Việc xác định cách mắc sơ đồ mạch điện bước định kết tốn hay sai cần luyện cách xác định xác theo bước nêu -Khi tính toán cần phải tự đặt câu hỏi lập sơ đồ tính tốn ngược để tìm hướng nhanh khoa học phù hợp Lưu ý: Chú ý cho học sinh phương pháp giải khơng tính giá trị trực tiếp cần tính thơng qua tỉ số U R đoạn mạch nối tiếp; R I doạn mạch mắc song song Dạng : Mạch điện có sử dụng biến trở Cung cấp cho học học sinh số kiến thức lí thuyết cho học sinh -Biến trở điện trở thay đổi trị số có trể sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện -Biến trở mắc nối tiêp, mắc song song, mắc hỗn hợp với thiết bị mạch điện Các ví dụ cụ thể Bài Cho mạch điện hình vẽ: Biết UMN = 12 V ; R1 = 18 Ω ; R2 = Ω R biến tr có tổng điện trở đoạn CE CF 36 Ω R1 E R2 Bỏ qua điện trở Ampe kế dây nối Xác định vị trí chạy C biến trở để : a)Ampe kế 1A M R A b)Cường độ dòng điện chạy qua đoạn CE C cường độ dòng điện chạy qua đoạn CF biến trở R? Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: F ? Khi ampe kế lí tưởng ta chập M với C biến trở chia làm hai phần nào? (CE CF) ? Khi mạch điện mắc R1và phần điện trở CE mắc nào? 15 N ? Mạch điện mắc nào? [ (R1// RCE )nt R2] // RCF Khi biết cách mắc mạch điện bước học sinh phân tích sơ đồ để tính tốn.Với khơng áp dụng cơng thức định luật ôm để tính trực tiếp mà giáo viên đặt câu hỏi cách lập tỉ số U R đoạn mạch nối tiếp; R I doạn mạch mắc song song Lời giải a) Đặt RCE = x ( 0< x < 36); RCF = 36 – x U Mạch tương đương: [ (R1// RCE )nt R2] // RCF R1 R2 N,F M,C RCE RCF E R-x I x + R1 = Ix R1 Ta có: ⇒ I2 = 18 + x Ix 18 Hiệu điện hai đầu mạch là: U = UME + UEN = Ix.x +I2.R2 = ( 1,5x + ).Ix 12 => Ix = 1,5 x + = x + Cường độ dòng điện qua đoạn CF : IR-x = 12 36 − x Theo giả thiết cường độ dòng điện qua ampe kế A: IA = Ix + IR – x => 12 + =1 x + 36 − x 288 – 8x + 12x + 72 = 36x + 216 – x2 – 6x x2 – 26x + 144 = => x1 = 8; x2 = 18 RCE Như có vị trí chạy C ứng với tỉ số điện trở R = 28 = CF để ampe kế A 1A b) Dòng qua đoạn mạch CE CF có độ lớn nhau: Ix = IR – x 12 12 = => 1,5x + = 36 – x Vậy : x = 10,8 1, x +9 36 − x Ω Bài Cho mạch điện hình vẽ, biết R1=6Ω, R2=12Ω, R3=8Ω, R4=4Ω, Rx biến trở Điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế vô lớn a Điều chỉnh để Rx=8Ω, Rx tính điện trở tương đương đoạn mạch MN R1 R4 b Điều chỉnh Rx cho Vôn kế Uv = 2V R2 Am pe kế 3,5A + Hãy xác định giá trị điện trở Rx A N 16 V M hiệu điện hai đầu đoạn mạch R3 Đặt câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh: Với đoạn mạch vẽ dạng học sinh thấy lạ nên thường có cảm giác chưa cung cấp cách làm dạng nên giáo viên cần hướng với câu hỏi cách chập điểm, bỏ điện trở am pe kế, vôn kế cho học sinh lúc em thấy công việc vẽ lại mạch đơn giản Muốn tính điện trở tương đương đoạn mạch cần xác định cách mắc mạch điện ? Những điện trở có điểm đầu điểm M?( R1 R3) ? Điểm cuối R1 điểm điểm đầu đoạn mạch nào?( Điểm cuối R1 điểm đầu đoạn mạch song song gồm hai nhánh: nhánh R nt Rx, nhánh hai R2.) ? Điện trở R3 mắc nào?( R3 nhánh mạch ) Hướng dẫn học sinh vận dụng tính chất tính I mạch nối tiếp điện trở thành phần để tính Rx U: ? Hãy tính I1 thơng qua điện trở tương đương đoạn mạch nhánh I4 Lời giải Uv R1 R = 0,5 A b Tính I = Rx R4 R2 + R x + R4 16 + R x I = I1 = R2 24 R4 R3 Lại có: I1 a Vẽ lại mạch điện = R3 28(16 + R x ) I A = R ( R + R4 ) 272 + 26 x R3 + R1 + x R2 + R x + R4 200 Từ (1) (2) ta tính Rx = Ω 13 228 Tính U = V 13 [ (R1nt ( R2 // (Rx nt R4 )] // R3 - Tính Rtđ = 4,8 Ω Lưu ý: Chú ý cho học sinh phương pháp giải mạch có biến trở cần xác định xem biến trở mắc chia thành phần tương ứng mạch điện Các dạng tốn sử dụng biến trở dạng khó trường gặp toán liên quan đến cực trị, phạm vi nghiên cứu đề tài áp dụng cho học sinh miền núi đối tượng học sinh mức độ không cao nên dạng tập mức độ xác định xác cách vẽ lại mạch điện để tính giá trị theo yêu cầu Tóm lại: Để làm tập dạng chủ yếu hướng dẫn cho học sinh cách phân tích để xác định cách mắc sơ đồ mạch điện, bước cốt lõi để đến việc tính tốn kết hay sai toán, xác định cách mắc sai xem phần tính tốn phía sau khơng có giá trị việc hướng dẫn đóng vai trò quan trọng việc giải tập Trong thực tế giảng dạy ta sử dụng phương pháp hướng dẫn phân tích để giải nhiều dạng tốn khác phần điện học.Trong phạm vi 17 SKKN xin giới thiệu số dạng sử dụng dạy phù hợp với học sinh khối thường hay có đề thi học sinh giỏi cấp Tuy nhiên học sinh hiểu áp dụng tốt kiến thức học SKKN nêu, hình thành kỹ năng, biết cách để suy luận việc mở rộng tiếp cho dạng lại khơng khó khăn, dạng mà chọn dạy nội dung sáng kiến bản, dễ hiểu, dễ suy ln, sở cho việc tính tốn lại 4.Bài tập tự luyện R0 A B Bài Cho mạch điện hình vẽ : UAB = 12V, R0 Đ R1+ M biến trở, R1 = Ω ; R2 = 10 Ω ; R3 = Ω Đèn Đ loại 6V - 6W Vôn kế có điện trở vơ lớn V Cho R0 = Ω Tính số vơn kế rõ R2 R3 cực dương vôn kế nối với điểm nào? N Khi đèn sáng nào? Điều chỉnh R0 để công suất tiêu thụ R0 đạt giá trị cực đại Hãy tính : a Giá trị R0 công suất tiêu thụ tồn mạch b Tỉ số cơng suất tiêu thụ đèn lúc trước sau điều chỉnh biến trở ? Bài Cho mạch điện hình vẽ Biết UAB = 90V, R1 = 40 Ω ; R2 = 90 Ω ; R4 = 20 Ω ; R3 biến trở Bỏ qua điện trở ampe kế, khóa K dây nối a.Cho R3 = 30 Ω tính điện trở tương đương đoạn mạch AB số ampe kế hai trường hợp : + Khóa K mở + Khóa K đóng R2 R1 Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ: Hiệu điện hai điểm A, B khơng đổi A a Chứng minh rằng: Nếu dòng điện qua am pe kế IA = U R1 R3 R = R C R3 B R4 A b Cho U = 6V, R1 = Ω , R2 = R3 = R4 = Ω Điện trở am pe kế nhỏ không đáng kể Xác định chiều dòng điện qua ampe kế số nó? c Thay am pe kế vơn kế có điện trở lớn Hỏi vơn kế bao nhiêu? cực dương vôn kế mắc vào điểm C hay D 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Với cách làm áp dụng vào giảng dạy cho học sinh giỏi trường, thu kết khả quan Học sinh biết sử dụng phương pháp phân tích mạch điện để tìm cách mắc sơ đồ mạch điện cho trước, em xác định hướng làm tránh sai sót thường gặp trước Do kết môn học cải thiện đáng kể 18 D Sau áp dụng đề tài vào thực tế ôn thi học sinh giỏi 16 em đội tuyển lớp bốn năm học gần đây, kết đạt cụ thể sau: Điểm Điểm - 6,5 Điểm - 8,5 Điểm - 10 SL % SL % SL % SL % 6,25 25 37,5 31,25 Sau trao đổi với đồng nghiệp nội dung đề tài đồng nghiệp ủng hộ, vận dụng vào dạy ôn thi học sinh giỏi khối 7,8, 9, tùy theo yêu cầu khối mà giáo viên lựa chọn nội dung giảng dạy cho phù hợp, vào dạng đề tài mà giáo viên phát triển thành nhiều dạng phù hợp với yêu cầu khối, dựa sở sử dụng phương pháp cách thức khai thác tập đề tài thu kết khả quan đáp ứng yêu cầu đội tuyển KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Qua thực tế giảng dạy vận dụng SKKN đạt kết tốt Rất nhiều HS giỏi nâng cao kỹ giải dạng tập mạch điện tạo hứng thú, tự tin trình học Trình bày sáng kiến sở, động lực giúp tơi có thêm kinh nghiệm, phương pháp giảng dạy, trình bồi dưỡng học sinh giỏi Sáng kiến kinh nghiệm mà tơi trình bày chắn nhiều hạn chế khiếm khuyết cấu trúc, ngôn ngữ kiến thức … mong nhận đóng góp chân thành bạn bè đồng nghiệp để bổ sung hồn thiện, góp phần cải thiện phương pháp nâng cao chất lượng giảng dạy 3.2 Kiến nghị Không XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Cẩm Thủy, ngày 15 tháng 02 năm 2019 HIỆU TRƯỞNG Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết sáng kiến Nguyễn Thế Hiền Phạm Thị Hạnh 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa, sách tập lí 7, Vật lí nâng cao chuyên đề lớp 7, Các dạng tập phương pháp lí Các chuyên đề bồi dưỡng HSG THCS Tuyển tập 500 tập vật lí nâng cao Tham khảo thêm số tài liệu qua mạng Internet Đề thi HSG cấp năm 20 ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC PHÒNG GD VÀ ĐT …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 21 …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… 22 ... có khả giải tập phần điện có sử dụng kĩ vẽ lại mạch điện trình bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí để dự thi học sinh giỏi cấp đạt kết cao Phương pháp cụ thể: Việc bồi dưỡng học sinh có khả tiến... cho học sinh miền núi đối tượng học sinh mức độ không cao nên dạng tập mức độ xác định xác cách vẽ lại mạch điện để tính giá trị theo u cầu Tóm lại: Để làm tập dạng chủ yếu hướng dẫn cho học sinh. .. HS giải tốn vật lí có sơ đồ mạch điện hỗn hợp, có ampe, vơn kế mà phải biết vẽ lại tính tốn - Củng cố, cung cấp cho học sinh kỹ số kiến thức phương vẽ lại mạch điện, nhằm nâng cao lực học giải