Giải tổng quát các bài toán công suất cực đại trên biến trở trong dòng điện không đổi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LÝ THƯỜNG KIỆT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIẢI TỔNG QUÁT CÁC BÀI TỐN CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI TRÊN BIẾN TRỞ TRONG DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI Người thực hiện: Trịnh Văn Hùng Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lí THANH HĨA NĂM 2020 MỤC LỤC Trang TRANG I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu II PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm .2 2.3 Các biện pháp thực nhằm giải vấn đề 2.3.1 Các kiến thức Toán học Vật lí 2.3.2 Các ví dụ tập vận dụng 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường .17 III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 17 3.1 Kết luận .17 3.2 Kiến nghị 18 .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 TRANG I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu II PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm .2 2.3 Các biện pháp thực nhằm giải vấn đề 2.3.1 Các kiến thức Tốn học Vật lí 2.3.2 Các ví dụ tập vận dụng 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường .17 III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 17 3.1 Kết luận .17 3.2 Kiến nghị 18 .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Trong q trình giảng dạy ôn luyện cho học sinh dự thi THPT Quốc Gia, thân nhận thấy học sinh gặp không khó khăn giải tập cơng suất điện cực đại Kì thi THPT quốc gia áp dụng hình thức thi trắc nghiệm khách quan, yêu cầu việc nhận dạng để giải nhanh tối ưu câu trắc nghiệm, đặc biệt câu trắc nghiệm định lượng cần thiết để đạt kết cao kì thi Giảng dạy vật lí trường THPT việc hướng dẫn học sinh tìm tòi lời giải tập vấn đề quan trọng Mục đích việc giải tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc khái niệm, định luật vật lí, vận dụng chúng vào vấn đề thực tế sống, lao động Qua nhiều năm giảng dạy môn Vật lí tơi nhận thấy rằng: Để có tiết dạy gây hứng thú với học sinh người giáo viên phải học hỏi, tự bồi dưỡng kiến thức để nâng cao trình độ chun mơn lực sư phạm bồi dưỡng lòng yêu nghề Khi dạy em phần điện chiều lớp 11 nhận thấy dạng tập xác định công suất cực đại tập khó, học sinh thường lúng túng gặp nhiều khó khăn giải tập tính phức tạp, phải áp dụng nhiều kiến thức tốn học Vì lí tơi chọn đề tài: “Giải tổng qt tốn cơng suất cực đại biến trở dịng điện khơng đổi” 1.2 Mục đích nghiên cứu Với việc nghiên cứu thành cơng đề tài, sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên học sinh có nhìn tổng qt, thấy vẻ đẹp vật lí dạng tốn từ lựa chọn cho cách giải độc đáo nhanh Giúp học sinh hiểu, khắc sâu thêm phần lí thuyết học đặc biệt giúp học sinh nắm phương pháp giải tập tìm cực trị phần điện học Đồng thời giúp học sinh có hội vận dụng thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái qt hố để xác định chất vật lí tập tình cụ thể Là để giáo viên kiểm tra kiến thức, kĩ học sinh q trình tiếp thu kiến thức vật lí Nâng cao trình độ học sinh sở để em tự tin kỳ thi đem lại kết tốt đóng góp vào thành tích chung nhà trường 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu cách giải tập công suất điện cực đại áp dụng cho học sinh lớp 11 12 trường THPT Lý Thường Kiệt 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài liệu: tìm hiểu thu thập tài liệu từ SGK, sách tham khảo, sách giáo viên, internet giáo trình có liên quan Phương pháp khai thác, sử dụng sách giáo khoa: từ vấn đề sách, khai thác để lập Lược đồ tư nội dung cụ thể Phương pháp phân tích nội dung cụ thể để khái qt hóa tìm cách giải đẹp giúp em dễ học dễ khắc sâu II PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Trong giai đoạn đổi đất nước, Đảng ta chủ trương đẩy mạnh công tác giáo dục coi yếu tố đầu tiên, yếu tố quan trọng góp phần phát triển kinh tế - xã hội Mục tiêu giáo dục là: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài” Bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nhiệm vụ nghành giáo dục, xem trọng “Hiền tài nguyên khí quốc gia” Từ quan điểm đạo Đảng nhà nước, Bộ giáo dục có nhiều điều chỉnh, bổ sung đường lối chiến lược ngành Ngay từ năm đầu kỉ XXI, Bộ quy định phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Bản thân tơi nhận thấy học sinh gặp khơng khó khăn giải tập cơng suất cực đại dạng tập khó Nhất học sinh có lực học trung bình đầu vào Trường THPT Lý Thường Kiệt thấp Các em gặp phải khó khăn (Khơng lập biểu thức cơng suất điện theo giá trị biến trở, khó khăn tìm giá trị lớn nhỏ hàm số, kĩ vẽ lại mạch điện chập điểm yếu…) 2.3 Các biện pháp thực nhằm giải vấn đề 2.3.1 Các kiến thức Toán học Vật lí 2.3.1 Kiến thức Tốn học Kiến thức Toán học trọng tâm cần thiết học sinh học đề tài Bất đẳng thức Cô si cho hai số dương: Dấu '' = '' xảy a = b a + b ≥ ab a y= c   b x + ÷ x  Với a,b,c số dương Tìm x để hàm số y đạt giá trị cực đại giá trị cực đại Áp dụng bất đẳng thức cô si: Cho hàm số : b x+ c x ≥2 b x c x ⇔b x+ c x ≥ bc 2  c  ⇔b x+ ÷ ≥ 4bc x  ⇔ a  c  b x + ÷ x  ≤ a 4bc c c a ⇒ x= b x = b 4bc x  c x=  a  b y = ⇒  Kết luận: Hàm số  c  y = a b x +  ÷  max 4bc x  Vậy hàm số y đạt giá trị cực đại: ymax = 2.3.1.2 Kiến thức Vật lí Những kiến thức cần thiết học sinh giải tốn cơng suất Cơng thức phân dịng [3]: Đặt hiệu điện khơng đổi vào hai đầu mạch điện gồm hai điện trở mắc song song (R1//R2) hình bên R1 I1 I1 I = U1 = U ⇔ I 1R1 = I 2R2 ⇒ R2 R1 I Áp dụng tính chất dãy tỉ số R2 I2 I I I +I ⇒ = = Mặt khác I = I + I R2 R1 R2 + R1  R2  I1 = I R1 + R I I I  ⇒ = = ⇒ R2 R1 R2 + R1  R1 I2 = I  R1 + R2 Kinh nghiệm: Điện trở nhánh Cường độ dòng điện nhánh = Cường độ dịng điện mạch x Điện trở nhánh + Điện trở nhánh Tính điện trở tương đương [2]: R1 nối tiếp R2 ⇒ R td = R1 + R2 R1 song song với R2: RR 1 = + ⇒ R td = R td R1 R2 R1 + R Trong mục 2.3.1.2: Kiến thức tham khảo tài liệu số 1,2,3 Định luật Ơm với đoạn mạch cơng suất điện [2]: I= Định luật Ơm với tồn mạch [1]: ξ RN + r U U2 I = ; P = RI = UI = R R 2.3.2 Các ví dụ tập vận dụng 2.3.2.1.Ví dụ điển hình Ví dụ 1: Cho sơ đồ mạch điện Hình 1a Hiệu điện U hai đầu mạch điện trở R2 không đổi, R1 thay đổi R1 R2 B A Điện trở R1 phải có trị số để • • cơng suất tiêu thụ điện trở lớn Hình 1a ? Tính cơng suất lớn Hướng dẫn: Sơ đồ mạch điện ( R1ntR2 ) Điện trở tương đương mạch điện: R td = R1 + R2 I= Cường độ dòng điện qua R1: U R1 + R2 Công suất tiêu thụ biến trở R1: P1 = R1I  U  U2 ⇒ P1 = R1  ÷ ⇔ P1 = R + R     R  R1 + ÷  R1 ÷    R2  ÷ phải Để công suất R1 đạt giá trị lớn biểu thức  R1 +  ÷ R   đạt giá trị nhỏ Áp dụng bất đẳng thức Cô si cho hai số dương ta có  R R R  R1 + ≥ R1 ⇔  R1 + ÷ ≥ 4R  R1 R1 R1 ÷   2 U U ⇒ P1 = ≤ 4R2  R2   R1 + ÷  ÷ R   R2 U2 ⇒ R1 = R2 P = Vậy công suất lớn 1(max) R1 = 4R2 R1 Kinh nghiệm 1: + Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số Trong mục 2.3.2.1: Tất Ví dụ tác giả trích từ TLTK số 4 y= a  c  cho b x+ ÷ x  P1 = U2  R   R1 + ÷  R1 ÷   Với: a = U ;b = 1;c = R2 a U2 c P = = Giá trị điện trở R1 = = R2 cơng suất 1(max) 4bc 4R2 b Kinh nghiệm 2: + Phát giá trị R1 = R2 điện trở phần cịn lại mạch điện + Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn dây dẫn có điện trở nhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R vừa xóa hai đầu đoạn mạch, nhận thấy mạch cịn R2 Hình 1b R1 A • M R2 • B • A• M R2 •B R2 AB • • M Hình 1b + Sau tìm R phương án trở lại mạch điện tính cơng suất tiêu thụ R bình thường (mạch điện coi biết hết thơng số) Ví dụ 2: Cho sơ đồ mạch điện Hình 2a Hiệu điện U hai đầu mạch điện trở R2, R3 không đổi, R1 thay đổi R1 Điện trở R1 phải có trị số để cơng M B A • • suất tiêu thụ điện trở lớn nhất? Tính R3 cơng suất lớn R2 Hình 2a Hướng dẫn: Sơ đồ mạch điện ( R1 / / R2 ) ntR3 Điện trở tương đương mạch điện: RR R td = R12 + R3 = + R3 R1 + R2 Cường độ dịng điện mạch U I= R1R + R3 R1 + R2 Cường độ dịng điện qua R1 (áp dụng cơng thức phân dịng) R U R2 ⇒ I = I1 = I R1R2 R + R2 + R3 R1 + R2 R1 + R2 ⇔ I1 = UR2 R1R2 + R3 ( R1 + R2 ) ⇔ I1 = UR2 ⇔ I1 = R1 ( R + R3 ) + R 2R3 U  R + R3  R1  ÷+ R3 R   Cơng suất tiêu thụ biến trở R1    ÷ U U2 ÷ ⇔P = P1 = R1I 12 ⇒ P1 = R1   R +R  ÷    R + R3  R  R1  ÷ + R3 ÷  R1  ÷  ÷ ÷+ R      R R1 ÷     Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số U2 a P1 = y= 2       cho R + R R c 3  ÷ b x + R +  ÷  ÷   R2  x R1 ÷    R + R3 ;c = R3 Với: a = U ;b = R2 a U2 R3R P1(max) = = c R + R3 4bc Giá trị điện trở R1 = = cơng suất R3 b R2 + R3 R2 Kinh nghiệm: R3R2 + Phát giá trị R1 = điện trở tương đương với đoạn mạch R + R3 gồm R2 mắc song song với R3 Từ mạch điện bài toán cho ta chuyển mạch điện để tìm R1 thỏa mãn cơng suất lớn + Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn dây dẫn có điện trở nhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R vừa xóa hai đầu đoạn mạch, nhận thấy R2 mắc song song với R3 Hình 2b Kết điện trở tương đương đoạn mạch mới, R1 cần tìm R1 M A• • R2 B R3 • M A• • R2 B R3 • A≡B R2 M• • Hình 2b R3 + Sau tìm R phương án trở lại mạch điện tính cơng suất tiêu thụ R bình thường (mạch điện coi biết hết thơng số) Ví dụ 3: Cho sơ đồ mạch điện Hình 3a Hiệu điện U hai đầu mạch điện trở R2; R3; R4 không đổi, R1 thay R2 R1 đổi Điện trở R1 phải có trị số bao B A • nhiêu để công suất tiêu thụ điện trở • R4 lớn nhất? Tính cơng suất lớn R3 Hình 3a Hướng dẫn: Sơ đồ mạch điện ( ( R ntR ) / / R ) ntR Điện trở tương đương mạch điện: ( R + R ) R3 + R R td = R123 + R = R1 + R2 + R3 Cường độ dịng điện mạch U I= ( R1 + R2 ) R3 + R R1 + R2 + R3 Cường độ dòng điện qua R1 (áp dụng cơng thức phân dịng) R3 U ⇒ I1 = R3 I1 = I ( R1 + R2 ) R3 + R R1 + R2 + R3 R1 + R2 + R3 R1 + R2 + R3 ⇔ I1 = ⇔ I1 = UR3 ( R1 + R2 ) R3 + R4 ( R1 + R2 + R3 ) ⇔ I1 = UR3 R1 ( R3 + R ) + R3 ( R2 + R ) + R 2R U  R + R4  R2R4 R1  ÷+ ( R + R ) + R3  R3  Công suất tiêu thụ biến trở R1    ÷ U  ÷ P1 = R1I ⇒ P1 = R1  R +R  R2R ÷  R1  ÷ + R + R + ( ) ÷  ÷ R R 3     U2 ⇔ P1 =  RR  R2 + R4 ) + ÷ (    R3 ÷  R  R3 + R ÷+   R3  ÷ R1  ÷   Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số U2 P1 = a   R R y= ( R2 + R4 ) + R ÷   R3 + R   c  cho  R  ÷ ÷+ b x+ ÷  ÷ R x R1     ÷   R3 + R RR ;c = ( R2 + R ) + Với: a = U ;b = R3 R3 Giá trị điện trở R1 = R3R c = + R2 b R3 + R a U2 P1(max) = = 4bc R + R4  R2R  cơng suất  R2 + R4 + ÷ R3  R3  Kinh nghiệm: + Phát giá trị R1 = R3R + R2 điện trở tương đương với đoạn R3 + R mạch gồm ( R3 / / R ) ntR2 Từ mạch điện bài toán cho ta chuyển mạch điện để tìm R1 thỏa mãn cơng suất lớn + Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn dây dẫn có điện trở nhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R vừa xóa hai đầu đoạn mạch, nhận thấy ( R3 / / R ) ntR Hình 3b Kết điện trở tương đương đoạn mạch mới, R1 cần tìm R2 R1 B A• • R3 R4 A• • M • R3 R2 B • R3 R4 AB • • R2 M • R4 Hình 3b + Sau tìm R phương án trở lại mạch điện tính cơng suất tiêu thụ R bình thường (mạch điện coi biết hết thơng số) Ví dụ 4: Cho mạch điện có sơ đồ Hình 4a, điện trở R1; R2 ;R3 ;R ;R X R2;R3;R có giá trị khơng đổi R1;R X biến trở Hiệu điện hai đầu đoạn mạch U không đổi Biết R2R3 − R1R ≠ R1 M R2 B(-) a) Biến trở R1 cố định A(+) RX Tìm Rx theo điện trở cịn Hình 4a R3 R4 lại để cơng suất tỏa nhiệt Rx cực đại Tính cơng suất cực N đại b) Biến trở Rx cố định Tìm R1 theo điện trở cịn lại để công suất tỏa nhiệt R cực đại Tính cơng suất cực đại Hướng dẫn: a) Chọn cường độ dòng R R điện qua đoạn mạch I1 M I2 Hình 4b IX U AM + U MN + U NB = U B(-) A(+) I RX ⇒ I 1R1 + I X R X + I 4R = U ( 1) R R I3 I4 N Hình 4b U MB = U MN + U NB ⇒ I 2R2 = I X R X + I 4R ⇒ ( I − I X ) R2 = I X R X + I 4R ( 2) Từ (1) (2) ⇒ I 1R1 + ( I − I X ) R = U ⇔ I ( R1 + R2 ) = U + I X R ⇔ I1 = U + I X R2 R1 + R Vai trò điện trở R1,R2 ,R3 R tương đương mạch nên cường độ dịng điện qua điện trở là: U + I X R3 U + I X R2 U + I X R1 U + I X R4 I1 = ;I = ;I = ;I = ( 3) R1 + R2 R1 + R R3 + R R3 + R Thay I = ⇒ U + I X R3 U + I X R2 ;I = vào ( 1) R1 + R2 R3 + R U + I X R3 U + I X R2 R1 + I X R X + R =U R1 + R2 R3 + R 4 ⇔ I RR UR1 I RR UR4 + X + I X RX + + X =U R1 + R2 R1 + R2 R3 + R R + R  R3R  RR UR1 UR ⇔ I X  RX + + − ÷= U − R1 + R2 R3 + R  R1 + R2 R3 + R   R1 R4  U  1− − ÷ R1 + R2 R3 + R   ⇔ IX = RR RR RX + + R1 + R2 R3 + R U ( R 2R3 − R1R ) ⇔ IX =  R3R  R1R2 +  RX + ÷( R + R2 ) ( R3 + R ) R1 + R2 R3 + R   Theo đề R2R3 − R1R ≠ → I X ≠ Xét công xuất Rx: PX = R X I X  R1 R4  U  1− − ÷   R1 + R2 R3 + R  R1 R4    −  U  1− ÷÷ ⇔ PX = R + R R + R   R R R R  ÷  ⇒ PX = R X +  ÷  R3R ÷ R1R2  R + R1 + R2 R3 + R ÷ +  RX + ÷ X  R1 + R2 R3 + R ÷  ÷ RX    ÷   Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số: 2  R1 R4  U  1− − ÷ R1 + R2 R3 + R   a PX = y=   R R R R  c  cho + ÷  b x+ ÷ R + R R3 + R ÷  R + x  X  ÷ RX  ÷    R3R R1 R4  R1R2 Với: a = U  1− − + ÷ ;b = 1;c = R1 + R2 R3 + R  R1 + R2 R3 + R  R3R RR c Giá trị điện trở R x = = + b R1 + R2 R3 + R 10  R1 R4  U  1− − ÷ R1 + R2 R3 + R  a  = cơng suất Px(max) = 4bc  RR R3R  4 + ÷  R1 + R2 R3 + R  Kinh nghiệm: + Phát giá trị R x = RR R1R2 + điện trở tương đương với R1 + R2 R3 + R đoạn mạch gồm ( R1 / /R ) nt( R3 / /R ) Từ mạch điện bài toán cho ta chuyển mạch điện để tìm Rx thỏa mãn cơng suất lớn + Xóa Rx khỏi mạch điện, thay nguồn dây dẫn có điện trở nhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R x vừa xóa hai đầu đoạn mạch, nhận thấy ( R1 / /R ) nt( R3 / /R ) Hình 4c Kết điện trở tương đương đoạn mạch mới, Rx cần tìm R2 R4 A≡B M R1 b) R3 N Hình 4c  R1 R4  U  1− − ÷ U + I X R2 R1 + R2 R3 + R   Thay I X = vào I = R1 + R2 RR RR RX + + R1 + R2 R3 + R  RR RR  U  R X + R2 + − ÷ R3 + R R3 + R  U + I X R2  I1 = ⇒ I1 = R1 + R2  RR  RR ( R1 + R2 )  RX + R 1+ R2 + R 3+ R4 ÷   Xét công xuất R1: P1 = R1I   RR RR    U  R X + R2 + − ÷ ÷ R3 + R R3 + R  ÷  ⇒ P1 = R1    R3R  ÷ RR  ( R1 + R2 )  R X + + ÷÷  ÷ R + R R + R    11     R R R R  U  RX + R2 + − ÷ ÷  ÷ R3 + R R + R   ⇔ P1 =  ÷    R R ÷ R2  RR ÷ R X + + ÷÷   R1 + R1 + R2 R3 + R4  ÷  R1 ÷     RR RR  U  R X + R2 + − ÷ R + R R3 + R   ⇔ P1 =  R R  R  RR   R1 + ÷ R X + + ÷÷ R1 + R2 R3 + R  ÷  R1 ÷     R3R4 RR  U  R X + R2 + − ÷ R3 + R R + R   ⇔ P1 =   R3R   R R +   ÷÷ X R3 + R  ÷  R  R + R3R  + R1R2 R1 + R2 R1 +   1 X R + R ÷ R + R ÷ R1 + R2 R1    ÷  ÷    R3R RR  U  R X + R2 + − ÷ R + R R3 + R   ⇔ P1 =   R R  R2  R X + ÷÷  R3 + R  ÷  R  R + R3R4  + R R +   ÷ X  ÷ R3 + R  R1   ÷  ÷    RR RR  U  RX + R2 + − ÷ R3 + R R3 + R   ⇔ P1 =   R R  R  RX + ÷÷  R3 + R  ÷  R  R + R + R3R  +   ÷ X  ÷ R3 + R  R1   ÷  ÷   Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số  R3R R 2R  U  RX + R2 + − ÷ R3 + R R3 + R   y= a PX =  c  cho b x +  ÷ x    R3R   R2  RX +  ÷÷ R3 + R  ÷  R  R + R + R3R  +  ÷ 1 X  ÷ R3 + R  R1   ÷  ÷   12  RR RR  Với: a = U  R X + R2 + − ÷ R3 + R R3 + R     RR  RR  b =  R2 + R X + ÷; c = R2  R X + ÷ R3 + R  R3 + R     RR  R2  R X + ÷ R3 + R  c Giá trị điện trở R1 = =  RR b R2 + R X + R3 + R cơng suất R1 cực đại  RR RR  U2  R X + R2 + − ÷ R3 + R R3 + R  a  P1(max) = = 4bc  RR   RR  4 R2 + R X + ÷R2  R X + ÷ R3 + R   R3 + R   Kinh nghiệm:  RR  R2  R X + ÷ R3 + R  + Phát giá trị R1 =  điện trở tương đương với R3R R2 + RX + R3 + R ( ) đoạn mạch gồm R2 / / R xnt( R3 / /R ) Từ mạch điện bài toán cho ta chuyển mạch điện để tìm Rx thỏa mãn cơng suất lớn + Xóa R1 khỏi mạch điện, thay nguồn dây dẫn có điện trở nhỏ (chập hai đầu nguồn) Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R vừa xóa hai đầu ( ) đoạn mạch, nhận thấy R2 / / R xnt( R3 / /R ) Hình 4d Kết điện trở tương đương đoạn mạch mới, R1 cần tìm R3 A≡B N R4 RX M R2 Hình 4d Ví dụ 5: Cho mạch điện có sơ đồ Hình 5a Trong nguồn điện có suất điện động ξ điện trở r không đổi, mắc với mạch ngồi gồm R1 ; R3 khơng đổi Phải chọn R2 E, r R3 R2 R1 Hình 5a 13 để công suất tiêu thụ R lớn Tính cơng suất điện lớn Hướng dẫn: Sơ đồ cách mắc điện trở mạch ngoài: R3nt( R / /R1 ) Điện trở tương đương mạch ngoài: R td = R3 + R12 ⇒ Rtd = R3 + R1R2 R1 + R2 Cường độ dòng điện mạch (áp dụng định luật Ơm với tồn mạch) ξ ξ ⇒I= I= RR R3 + + r R td + r R1 + R2 Cường độ dịng điện qua R2 (áp dụng cơng thức phân dòng) R1 ξ R1 ⇒ I = I2 = I RR R + R2 R3 + + r R1 + R2 R1 + R2 I2 = I2 = R1 ξ R1 ξ ⇒ I2 = RR R + R2 R3R1 + R2R3 + R1R + rR1 + rR2 R3 + + r R1 + R2 ξ R1 ⇔ I2 = R2 ( R3 + r + R1 ) + R1 ( R3 + r) ξ  R + r + R1  R2  ÷+ ( R3 + r) R     ξ Công suất điện R2: P2 = R2I ⇒ P2 = R2    R + r+ R   R2  ÷+ ( R3 + r)  R    ξ2 ⇒ P2 =   R3 + r + R1  R3 + r   R2  ÷ ÷+  ÷ R R     Áp dụng kết tìm giá trị cực đại hàm số ξ2 a P2 = y= 2    R + r + R1  R3 + r  c  cho  R2  ÷ ÷+ b x+ ÷  ÷ R x R       R3 + r + R1 ;c = R3 + r Với: a = ξ ;b = R1  ÷ ÷ ÷ ÷ ÷  14 Giá trị điện trở R2 = ( R + r) R1 R3 + r c = = b R3 + r + R1 R3 + r + R1 R1 a ξ2 P2(max) = = R + r + R1 4bc cơng suất ( R + r) R1 Kinh nghiệm: ( R3 + r) R1 điện trở tương đương với đoạn mạch + Phát giá trị R2 = R3 + r + R1 gồm ( R3nt r) / / R1 Từ mạch điện bài toán cho ta chuyển mạch điện để tìm R2 thỏa mãn cơng suất lớn + Xóa R2 khỏi mạch điện, thay nguồn điện trở điện trở r nguồn Sau vẽ lại mạch điện lấy hai đầu R vừa xóa hai đầu đoạn mạch, nhận thấy ( R3nt r) / / R1 Hình 5b Kết điện trở tương đương đoạn mạch mới, R2 cần tìm R1 r R3 R3 R1 r Hình 5b 2.3.2 Bài tập vận dụng Bài 1: Một đoạn mạch điện gồm biến trở R0 nối tiếp với điện trở R=3Ω Hiệu điện hai đầu đoạn mạch không đổi U=9V Điện trở R0 phải có trị số để cơng suất tiêu thụ điện trở lớn nhất? Tính cơng suất lớn Đáp số: R = 3Ω; P0(max) = 6,75W Bài 2: Cho sơ đồ mạch điện Hình Hiệu điện U=6V hai đầu mạch điện trở R 2=3 Ω , R3 =3 Ω không đổi, R1 thay đổi Chọn R1 bao A• nhiêu để cơng suất R1 lớn Tính cơng suất điện lớn Đáp số: R1 = 1,5Ω; P1(max) = 1,5W R1 M • R2 B • R3 Hình Trong mục 2.3.2.2: Bài đến Bài tác giả trích từ TLTK số Bài tham khảo từ TLTK số 15 Bài 3: Cho mạch điện Hình R1 = R2 = 3Ω; R3 = 2Ω; U AB = 12V; R x R1 A • + biến trở Tìm Rx để cơng suất tiêu thụ Rx cực đại giá trị cực đại R3 C B - Rx R2 •D Hình Đáp số: R x = 4,2Ω; Px(max) ≈ 6,19W Bài 4: Cho mạch điện Hình Hiệu điện U hai điểm A B không đổi Các điện trở R2 = R3 = R4 = R; R1 = 4R; Rx biến trở Tính giá trị Rx theo R để công suất tỏa nhiệt R x lớn R1 A M R2 Rx R3 R4 B N Hình Đáp số: R x = 1,3R Bài 5: Cho mạch điện có sơ đồ Hình Cho biết ξ ; r ; R2 không đổi Biết công suất điện tiêu thụ R1 lớn Hãy tính R1 E, r R2 cơng suất lớn R1 R2r ξ2 R1 = ;P1(max) = R +r R2 + r Đáp số: Hình r R2 Bài 6: Cho mạch điện Hình 10 Nguồn có ξ = 6V; r = 1,5Ω; R1 = 2Ω, R2 = 4Ω Tìm giá trị R để công suất R cực đại Đáp số: R = R1r 2.1,5 34 + R2 = + 4= Ω R1 + r + 1,5 ,r R1 R R2 Hình 10 Bài 7: Cho mạch điện có sơ đồ Hình 11, có nguồn điện có suất điện động ξ = 12V điện trở r = 1,1Ω; điện trở R = 0,1Ω [1] a) Điện trở x phải có trị số để công suất tiêu ,r thụ mạch lớn nhất? b) Điện trở x phải có trị số để cơng suất tiêu thụ điện trở lớn nhất? Tính cơng suất lớn Đáp số: a) x + R = r ⇒ x = 1Ω R x b) x = R + r ⇒ x = 1,2Ω; Px(max) = 30W Hình 11 16 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Sau áp dụng thử nghiệm kinh nghiệm nhận thấy kĩ yếu tố quan trọng không thua kiến thức Nếu học sinh có lượng kiến thức đủ khơng kịp xử lí câu hỏi thời gian cho phép đề thi kết thấp Vì sử dụng kinh nghiệm với tốn cơng suất điện cực đại điện chiều, học sinh tiết kiệm thời gian giải tốn hạn chế sai sót Chúng tơi cố gắng nhiều việc truyền đạt kiến thức phần điện chiều cho học sinh đặc biệt tốn cơng suất, thân tơi người ham học hỏi, trao đổi chuyên môn tham khảo nhiều tài liệu vấn đề cuối đúc kết kinh nghiệm giúp học sinh dễ tiếp thu dạng tập nhiều dạng tập khác qua sách tơi biên soạn “Bí kíp vật lí 11” Năm học 2019-2020, tơi mạnh dạn áp dụng đề tài vào dạy học kết đạt khả quan Kết HS qua khảo sát liên quan nội dung đề tài Khối Lớp Giỏi(%) Khá(%) Trung bình(%) Yếu(%) Thực nghiệm đề tài 27,5 50,0 20,0 2,5 11 Đối chứng 12,5 47,5 32,5 7,5 Kết thực nghiệm chứng tỏ rằng, vận dụng linh hoạt phương pháp giải tập đem lại hiệu cao việc giúp học sinh lĩnh hội kiến thức Kết thu cho thấy: chất lượng học tập lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng điều khẳng định mục đích đề tài đặt thực thành công Đề tài chia sẻ với giáo viên tổ lí nhà trường để nâng cao chất lượng dạy học năm học tới III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Sau dạy chương trình Vật lí 11 và ơn thi THPT Quốc Gia cho lớp 12 sâu vào nghiên cứu áp dụng chuyên đề “Giải tổng quát tốn cơng suất cực đại biến trở dịng điện khơng đổi” với hy vọng cung cấp cho em nhìn khái quát phương pháp giải tốn cơng suất điện chiều Và thực sau lồng ghép nội dung vào tiết học khóa, tiết học tự chọn, học bồi dưỡng tơi thấy rõ thay đổi cách nhìn nhận, cách giải tốn cơng suất điện Ban đầu đưa tốn đơn giản em học tập, tiếp thu nhanh chóng vận dụng thành thạo đồng thời tạo thói quen thiết lập biểu thức cơng suất Sau giải thành thạo toán đơn giản, tơi đưa tốn nâng cao, học sinh tham gia tích cực vào việc giải vận dụng kĩ kinh 17 nghiệm để giải Đặc biệt em thấy tính ưu việt phương pháp em hứng thú với dạng tập Kết thu sau: Đối với tốn đơn giản 100% học sinh vận dụng tốt phương pháp Đối với tốn phức tạp, mức độ khó cao có đến 80% trở lên học sinh vận dụng tốt phương pháp, khoảng 15% - 20% học sinh lúng túng khâu thiết lập biểu thức tính cơng suất 3.2 Kiến nghị Đối với Ban giám hiệu: Tăng cường cơng tác đạo, khuyến khích giáo viên tích cực đổi phương pháp dạy học Đối với tổ, nhóm chuyên môn: Thường xuyên tổ chức đợt sinh hoạt chuyên đề, trao đổi kinh nghiệm dạy học cách có hiệu Đối với giáo viên: Cần quan tâm đến việc dạy phương pháp học tập cho học sinh để đạt hiệu cao nhà trường phổ thông Qua nhiều năm giảng dạy, thân ý đến việc chọn phương pháp giải cho loại tập nghiên cứu, thử nghiệm để viết nên đề tài Trong trình nghiên cứu đề tài này, cố gắng tham khảo nhiều tài liệu, nhiên thời gian eo hẹp nên trình bày phần nhỏ chương trình Vật Lý 11 Trong viết đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong bạn đồng nghiệp đóng góp thêm ý kiến để chun đề hồn thiện có hiệu Tôi xin chân thành cám ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hoá, ngày tháng năm 2020 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Trịnh Văn Hùng 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật lí 11 (Sgk – NXB Giáo dục 2006) – Lương Duyên Bình (Tổng Chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên) Vật lí (Sgk – NXB Giáo dục Việt Nam 2014) – Vũ Quang (Tổng Chủ biên), Đoàn Duy Hinh (Chủ biên) Vật lí nâng cao – Nguyễn Cảnh Hòe, Lê Thanh Hoạch – NXB Hải Phòng 2001 Bí kíp vật lí 11– (NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội 2019) – Trịnh Văn Hùng (Tài liệu tơi viết) 19 ... Biến trở R1 cố định A(+) RX Tìm Rx theo điện trở cịn Hình 4a R3 R4 lại để công suất tỏa nhiệt Rx cực đại Tính cơng suất cực N đại b) Biến trở Rx cố định Tìm R1 theo điện trở cịn lại để cơng suất. .. sơ đồ mạch điện Hình 1a Hiệu điện U hai đầu mạch điện trở R2 không đổi, R1 thay đổi R1 R2 B A Điện trở R1 phải có trị số để • • cơng suất tiêu thụ điện trở lớn Hình 1a ? Tính cơng suất lớn Hướng... ? ?Giải tổng quát tốn cơng suất cực đại biến trở dịng điện khơng đổi? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên học sinh có nhìn tổng quát,