SKKN kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi 9 phần xác định giá trị công xuất cực đại trong mạch điện

PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 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 ngành giáo dục, xem trọng “hiền tài ngun khí quốc gia” Cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THCS tổ chức thực thường xuyên tất khối lớp học,từ khối đến khối Bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ then chốt nhà trường, thành để tạo lòng tin với phụ huynh sở tốt để xã hội hóa giáo dục Giảng dạy mơn Vật lí trường THCS việc hướng dẫn học sinh tìm tịi 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 mơn Vật lí trường THCS Phú Nhuận, với nhiệm vụ ôn luyện học sinh giỏi môn Vật lí lớp tơi nhận thấy rằng: Để bồi dưỡng học sinh giỏi người giáo viên phải học hỏi, tự bồi dưỡng kiến thức để nâng cao trình độ chun mơn lực sư phạm phải bồi dưỡng lòng yêu nghề, tinh thần tận tâm với công việc Việc thực nhiệm vụ phát triển bồi dưỡng học sinh giỏi, tổ chức thi học sinh giỏi cịn có tác dụng tích cực trở lại giáo viên, thúc đẩy phong trào thi đua dạy tốt – học tốt Khi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí nói chung phần điện học nói riêng tơi nhận thấy dạng tập xác định giá trị cực đại công suất mạch điện dạng tập khó, học sinh thường lúng túng gặp nhiều khó khăn giải tập tính tốn phức tạp, phải áp dụng nhiều kiến thức tốn học Vì lí tơi đưa vào áp dụng hoàn thành đề tài “Kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi lớp – phần xác định giá trị công suất cực đại mạch điện” để trao đổi với đồng nghiệp nhằm tìm biện pháp hữu hiệu nâng cao chất lượng dạy học mơn, góp phần vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi dự thi cấp II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên học sinh có nhìn tổng qt, sâu sắc dạng tập từ lựa chọn phương pháp giải hay nhanh III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu tìm hiểu cách giải tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phù hợp với đối tượng học sinh lớp IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp quan sát: Khi thực đề tài tơi tìm hiểu khó khăn học sinh giải dạng tập từ tiến hành tìm tịi, nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy Phương pháp trao đổi: Từ kết nghiên cứu tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp tổ chuyên môn để hoàn thiện đề tài Phương pháp thực nghiệm: Để thực đề tài vào áp dụng dạy thử nghiệm theo phương pháp nghiên cứu nhóm gồm 10 em học sinh lớp 9A- trường THCS Phú Nhuận, em học sinh có học lực khá, giỏi Phương pháp điều tra: Ngay từ bắt đầu áp dụng thực đề tài, tiến hành đề tập khảo sát sau áp dụng đề tài lại tiến hành khảo sát với mức độ cao hơn, từ đánh giá kết thực phương pháp PHẦN II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I CƠ SỞ LÍ LUẬN Trong thực mục tiêu giáo dục nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi coi nhiệm vụ trọng tâm, địi hỏi q trình cơng phu gian khó, nhiên vinh dự Thành cơng mặt trận góp phần quan trọng vào thực mục tiêu GD, đồng thời tạo môi trường, khơng khí phong trào học tập sơi nổi, sâu rộng từ thúc đẩy cơng tác khác nhà trường phát triển Học sinh giỏi khẳng định chất lượng mũi nhọn đơn vị GD thước đo trí tuệ danh dự giáo dục Ngồi học sinh giỏi cịn góp phần nâng lên uy tín, thương hiệu giáo viên, nhà trường đồng thời thực tốt nhiệm vụ bồi dưỡng nhân tài, tạo nguồn cho cấp học cao đóng góp cho Đất nước hiền tài tương lai Dạng tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phần tập mà học sinh thường gặp khó khăn, cần tư vận dụng kiến thức toán học nhiều Với học sinh có hạn chế tư kỹ tính tốn em khơng làm dạng tốn tổng hợp Vậy u cầu đặt với người thầy dạy vật lý phải "hóa giải" dạng tốn này, giúp em có phương pháp giải chung , hiệu Bằng vốn kiến thức kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm, mạnh dạn trao đổi với đồng nghiệp chuyên đề II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Thực trạng: - Trường THCS Phú Nhuận trường nằm vùng nông thôn huyện Như Thanh Do kinh tế cịn nhiều khó khăn, nhiều phụ huynh học sinh phải làm ăn xa, nhiều học sinh cịn phải phụ giúp cơng việc gia đình nên quan tâm phụ huynh thời gian học tập học sinh nhiều hạn chế - Phần lớn học sinh không tiếp cận công nghệ thông tin học tập qua mạng Internet, tài liệu tham khảo thiếu thốn nên việc tự học tập nâng cao kiến thức cịn nhiều khó khăn - Việc giải tập xác định giá trị cực đại công suất không đơn thần áp dụng công thức vật lí, mà cịn phải biết cách vận dụng kết hợp kiến thức toán học nên học sinh gặp nhiều khó khăn việc tìm cách giải Kết thực trạng trên: Trước áp dụng đề tài, tiến hành khảo sát nhóm gồm 10 học sinh có học lực – giỏi lớp 9A – Trường THCS Phú Nhuận, năm học 2015-2016 Thời gian khảo sát: Tháng 10 năm 2015 Sau học sinh học xong: “Tiết 16 – Bài tập công suất điện điện sử dụng” - Nội dung khảo sát: Yêu cầu học sinh giải tập sau: Đề bài: Cho mạch điện hình vẽ: R R Biết R = , Rx biến trở, hiệu điện A x UAB = 12V Hãy tìm Rx để cơng suất tiêu + - thụ Rx đạt giá trị lớn Thời gian làm bài: 20 phút - Kết khảo sát: STT 10 Họ tên Nguyễn Song Anh Nguyễn Thị Hồng Nguyễn Trung Kiên Đỗ Nguyên Phương Lê Như Quỳnh Nguyễn Như Quỳnh Nguyễn Thị Thảo Nguyễn Thị Thúy Lê Huyền Trang Nguyễn Văn Tú Điểm 1 1 B - Như tất em chưa tìm cách giải tốn Sau chấm tìm hiểu khó khăn em tơi biết: Các em biết xác định dạng sơ đồ mạch điện áp dụng công thức tính cơng suất mà chưa biết kết hợp kiến thức toán học vào để giải tập nên vào bế tắc III CÁC GIẢI PHÁP TỔ CHỨC THỰC HIỆN: Giải pháp: - Bối dưỡng kiến thức vững chắc, vận dụng kiến thức vào làm tập từ đơn giản đến phức tạp Không dội từ xuống làm cho em nản trí, thiếu tự tin Phải tạo cho em có hứng thú học tập - Phân loại bào tập theo sơ đồ mạch điện yêu cầu tập + Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch + Xác định công xuất cực đại đoạn mạch - Hướng dẫn học sinh giải tập theo nhiều cách - Cho học sinh làm tập vận dụng Biện pháp tổ chức thực hiện: a Học sinh cần nắm vững kiến thức liên quan cần sử dụng để giải dạng tập này: - Cơng thức tính cơng suất dịng điện: p UI U2 I2R R - Cơng thức chia dòng đoạn mạch gồm điện trở mắc song song R2 I R1 I I1 = ; I 2= R R R R2 1 - Hệ định lý Côsi: Với hai số a, b khơng âm Nếu a.b = const a + b nhỏ  a = b - Với A(x) = ax2 + bx + c (a 0) ta có: A(x) = a(x + a )2 4a b + Nếu a > A(x) nhỏ  x = A(x) = b + Nếu a < A(x) lớn  x = 2a b 2a max A(x) = 4a 4a b Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch Phương pháp: Bước 1: Thiết lập công thức tính cơng suất biến trở với biến số trị số điện trở Bước 2: Dựa vào hệ định lý Côsi dựa vào cực trị tam thức bậc hai để tìm cơng suất cực đại Các ví dụ minh họa : A R VD1: Cho mạch điện hình vẽ: + Biết R = , Rx biến trở, hiệu điện UAB = 12V Hãy tìm Rx để công suất tiêu thụ Rx đạt giá trị lớn Tìm cơng suất lớn Rx - Bài giải: Cách 1: Công suất tiêu thụ biến trở là: P I2R U2 x U2 R R x )2 (R0 x U2 R 16 8Rx Rx x 16 x R Rx x 16 Rx Rx 16 R Vì R x = Const nên theo hệ định lý Cơsi x 16 Rx nhỏ Vậy công suất tiêu thụ Rx lớn Rx  Rx Rx = Khi cơng suất lớn là: P = 9W Cách 2: Công suất tiêu thụ biến trở là: U P I 2R x x U Rx R (R Rx ) x R R Rx R Rx R R Rx U 4RRx R Rx 4R R Rx 2 nhỏ R Rx Ta thấy R Rx Px lớn Rx U nhỏ R Rx R Rx Công suất lớn là: P = 9W Cách 3: Gọi I cường độ dịng điện chạy mạch Cơng suất biến trở là: Px = P – PR = U.I – I2.R = 12.I – I2 = – (4I2 – 12.I + 9) = – (2I – 3)2 Vậy Pxmax = 9W 2I – = Điện trở tương đương mạch là: I = 1,5 A R td U I 12 ,5 B Giá trị biến trở là: Rx = Rtd – R = – = Cách 4: Cường độ dòng điện chạy mạch là: Công suất biến trở là: Px U P PR R I U R Rx U I R R R x 2 td U 2 R R R x Px(R + Rx)2 = U2 (R + Rx) – U2R PR2 + (2RPx – U2)Rx + PxR2 = x (*) x Phương trình (*) ln có nghiệm nên: = (2RPx – U2)2 - Px2 R U4 - 4RP4U2 U2 U2 U2 - 4RP4 Px Px max 4R 9W 4R Lúc phương trình (*) có nghiệm kép nên ta có: 2RP Rx x U U 2Px2Px2 2RP x 122 9 VD2: R Cho mạch điện hình vẽ: R A C Biết R0 = , R = 12 , Rx biến trở, hiệu điện UAB = 12V + Tìm Rx để công suất tiêu thụ Rx lớn Tìm cơng suất lớn Bài giải: Cách R1.Rx Ta có điện trở tương đương: RCB = RAB = R0+RCB = 8+ 12Rx  I= => Ix = 20Rx 576 Rx  25Rx x =const nên 576 25R x 576 240 Rx ; x 96 1296 25Rx 240Rx 576 5Rx 24 25Rx 12 R 12 Rx 12 Rx U 12(12 Rx ) R 20Rx 96 12(12 R ) AB R1 12 144 R R x I 12 R x 20R 96 20R x 96  Công suất tiêu thu Rx: 36 Px= Ix2Rx =( )2Rx = Rx 12Rx R R B - 36 = 5R x 24 Rx 25Rx 1296 576 240 Rx Vì nhỏ Rx=4,8 Rx Vậy công suất tiêu thụ Rx lớn  Rx = 4,8 Khi MaxPx = 2,7W Cách Tương tự cách ta có: 36 Px= Ix2Rx =( )2Rx 5Rx 24 5Rx 24 5Rx 24 = 362 480Rx 480 5Rx 24 362 480 5Rx 24 5Rx 24 5Rx 24 nhỏ Ta thấy nhỏ 5Rx 5Rx 24 5Rx 24 2 5Rx 24 Px lớn 5Rx 24 362 480 24 Rx 24 4,8 Công suất lớn là: P = 2,7W c Xác định công xuất cực đại đoạn mạch Phương pháp: Bước 1: Thiết lập cơng thức tính công suất đoạn mạch với biến số trị số điện trở đoạn mạch Bước 2: Dựa vào hệ định lý Côsi dựa vào cực trị tam thức bậc hai để tìm cơng suất cực đại Các ví dụ minh họa : VD3: Cho mạch điện sơ đồ hình vẽ, biết U = 16V, R1 = , R2 = 12 , Rx biến trở Điện trở dây nối không đáng kể Xác định giá trị Rx để công suất tiêu thụ đoạn mạch AB cực đại Tìm cơng suất lớn R1 A R B Bài giải Rx Cách Công suất đoạn mạch AB 2 U R R PAB I ABRR AB U U RAB ABR2 2R R R2 AB R2 2R R AB AB R AB * Áp dụng tính chất với hai số dương a , b Nếu tích a.b khơng đổi (a + b) a = b Ta có: R RAB R12 khơng đổi R R  1 AB RAB nhỏ R AB R  R R R 12 R2 RAB 12 x R2 AB RAB RAB R1 AB  Công suất lớn đoạn mạch ABlà: PAB = 16W Cách 2: Công suất tiêu thụ đoạn mạch AB là: P I R U R R U2 U2 4R R AB x AB AB (R1 RAB ) R R AB R R Px lớn AB R R AB 4R1 U2 AB R R R R AB 4R1 AB R R AB 2 nhỏ R R Ta thấy  1 AB R R R R R x RR AB AB AB nhỏ R1 RAB RAB R1 12 12 Công suất lớn đoạn mạch AB là: PAB = 16W Cách Gọi I cường độ dòng điện mạch Công suất đoạn mạch AB là: PAB=P–P1=U.I–R1I2=16.I–4I2=-4(I2–4I) =-4(I2–4I+4–4) = 16-4(I–2)2 16 PABmax = 16W Khi I = 2A Điện trở tương đương mạch điện lúc là: R U 16 I 28 RAB = R – R1 = – = suy RR R x AB RR 12 12 AB Cách Cường độ dòng điện mạch là: I U R U R R AB Công suất đoạn mạch AB là: PAB U P P1 R R1.I U 2 R1 R1 RAB 2 U R R AB PAB( R1 + RAB) = U ( R1 + RAB) – R1U PABR2AB + RAB(2R1PAB – U2 ) + PABR21 = (1) Phương trình (1) ln có nghiệm nên: 2R1PAB U U2 PABma 4PAB2 R12 U 4PAB R1U 4PABR1 U2 162 PAB U2 4R1 16W R1 4.4 Điện trở mạch điện lúc là: R U I RAB = R – R1 = – = suy d Một số tập vận dụng: 16 RR R x 12 AB R2 RAB A Bài tập 1: Cho mạch điện hình Biết hiệu điện hai đầu mạch A B 18V không đổi, R1 = R2 = R3 = Ω, Rx biến trở Điều chỉnh Rx cho công suất tiêu thụ Rx đạt cực đại Tìm Rx cơng suất cực đại Bỏ qua điện trở dây nối Bài tập : 12 R1 M R2 R R3 x N Hình1 Cho mạch điện hình vẽ, cho biết hiệu điện U = 24V điện trở R0 = , R1 = 18 , Rx gía trị tức thời biến trở đủ lớn, dây nối có điện trở khơng đáng kể 1/Tính Rx cho cơng suất tiêu hao 13.5W tính R A B R1 hiệu suất mạch điện Biết tiêu hao lượng R1, RX có ích, R0 vơ ích 2/Với gía trị RX cơng suất tiêu thụ cực đại? Tính cơng suất cực đại Bài tập 3: Cho mạch điện hình vẽ.Nguồn điện có hiệu điện khơng đổi UMN = 36V.Các điện trở có giá trị : B C R x r R2 A B C r = 1,5W ;R1 = 6W, R2 = 1,5W, điện trở toàn phần R1 biến trở AB RAB = 10W a) Xác định vị trí chạy C biến trở để công suất tiêu thụ R1 6W b) Xác định vị trí chạy C biến trở để công suất tiêu thụ R2 nhỏ nhất.Tính cơng suất R2 lúc này? Bài tập 4: Cho mạch điện hình vẽ U = 16 V, R0 = , R1 = 12 , Rx giá trị tức thời biến trở đủ lớn, am pe kế A + U dây nối có điện trở khơng đáng kể a Tính Rx cho cơng suất tiêu thụ W tính hiệu suất mạch điện Biết A tiêu hao lượng R1, Rx có ích, R R0 vô ích b Với giá trị Rx cơng suất tiêu thụ nú l cc 0i Bi 5: Cho mạch điện nh hình vẽ: Biết R = , bóng đèn §: 6V – 3W, R2 lµ mét biÕn trë HiƯu điện UMN = 10 V (không đổi) a Xác định R2 để đèn sáng N bình thờng M để công suất b Xác định R2 tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị để công suất c Xác định R2 tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R § R R2 Bài tập 6: AUB r Cho mạch điện hình vẽ, U = 36V; M r = 1,5W; Biến trở MN có giá trị lớn 10W, R Đèn Đ1 (3V- 6W); đèn Đ2 (24V- 96W) Xem điện trở Đ1 X CN bóng đèn khơng phụ thuộc nhiệt độ Hãy xác định vị trí chạy C biến trở để: X Đ2 a Đèn Đ1 sáng bình thường Lúc đèn Đ2 có sáng bình thường khơng? b Cơng suất tiêu thụ đèn Đ1 nhỏ nhất, tính cơng suất 10 IV HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG : - Thông qua việc áp dụng đề tài này, thu số kết tích cực là: + Khắc sâu kiến thức kiến thức tốn học có liên quan cho học sinh + Học sinh giải tập theo nhiều cách biết tự lựa chọn cách giải tập nhanh, xác - Kết khảo sát sau áp dụng đề tài nhóm gồm 10 em học sinh lớp 9A – Trường THCS Phú Nhuận STT 10 Họ tên Nguyễn Song Anh Nguyễn Thị Hồng Nguyễn Trung Kiên Đỗ Nguyên Phương Lê Như Quỳnh Nguyễn Như Quỳnh Nguyễn Thị Thảo Nguyễn Thị Thúy Lê Huyền Trang Nguyễn Văn Tú Điểm 10 10 10 10 9 10 10 Từ kết khảo sát cho thấy, tất em biết cách giải thông thạo dạng tập Đặc biệt số có em Nguyễn Trung Kiên tham gia kì thi học sinh giỏi mơn Vật lí năm học 2015 – 2016 đạt giải Nhì cấp Huyện giải Khuyến khích cấp Tỉnh, nguồn động viên lớn giúp tơi hồn thành đề tài PHẦN III: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Việc áp dụng đề tài vào giảng dạy đem lại nhiều thuận lợi giáo viên, giúp cho việc ôn luyện học sinh phần xác định giá trị cực đại công suất dễ dàng hướng dẫn học sinh giải tập đạt kết quả, 11 nhằm nâng cao chất lượng dạy – học mơn Vật lí Giúp học sinh khắc sâu kiến thức đặc biệt giúp em có nhìn sâu – rộng, có cách giải nhanh, xác, khoa học dạng tập II KIẾN NGHỊ Việc dạy học môn Vật lý trờng THCS rÊt quan träng đặc biệt việc ôn thi học sinh giỏi, gióp c¸c em biÕt c¸ch t logic, biết phân tích tổng hợp, bit dng kin thc liên mơn, có cách giải hay xác đối vi mi dng bi Vì giáo viên giảng dạy môn Vật lý cần không ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phơng pháp giảng dạy phù hợp với đối tợng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cha nhiều nên đề tài có khiếm khuyết mong đồng chí đồng nghiệp tiếp tục nghiên cứu, bổ sung để đề tài đạt đợc kết cao Tôi xin chân thành cảm ơn ! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Như Thanh, ngày 24 tháng năm 2016 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Nguyễn Bách Khải 12 ... em có hứng thú học tập - Phân loại bào tập theo sơ đồ mạch điện yêu cầu tập + Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch + Xác định công xuất cực đại đoạn mạch - Hướng dẫn học sinh giải tập... thờng M để công suất b Xác định R2 tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị để công suất c Xác định R2 tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R Đ R R2 Bi tập 6: AUB r Cho mạch điện hình... cấp học cao đóng góp cho Đất nước hiền tài tương lai Dạng tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phần tập mà học sinh thường gặp khó khăn, cần tư vận dụng kiến thức tốn học nhiều Với học