SKKN môn Vật lí 9

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ************* ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên đề tài: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 I- ĐẶT VẤN ĐỀ: Thực trạng: Qua quá trình dạy học môn vật lí lớp 9 nhiều năm tôi nhận thấy trong các dạng toán về mạch điện là những dạng toán khó. Học sinh không tự đònh hướng được khi mạch điện có nhiều điện trở thì tiến hành các bước giải như thế nào? Lập luận ra sao? Trong chương trình vật lí lớp 9, nhất là trong chương trình đổi mới phương pháp dạy học hiện nay do có rất ít thời gian trong phân phối chương trình dành cho phần bài tập nên việc vận dụng kiến thức đã học để giải bài tập mạch điện vấn đề mà đối với giáo viên khi dạy và học sinh khi học còn gặp rất nhiều khó khăn. - Yêu cầu giải quyết: Thực tế cho thấy học sinh hiện nay rất ngại khi làm bài tập có sơ đồ mạch điện phức tạp chỉ có vài học sinh có thể làm được các bài tập có sơ đồ mạch điện có 2 điện trở, còn có từ 3 đến 4 điện trở mắc nối tiếp hoặc mắc song song còn những mạch điện có nhiều điện trở mắc hổn hợp tường minh hoặc mắc hổn hợp không tường minh hoặc có mắc thêm ampe kế, vôn kế, nhiều công tắc thì hầu như không có học sinh nào làm được. Qua khảo sát chất lượng phần lớn học sinh chỉ nhận dạng các đoạn mạch điện chỉ có mắc nối tiếp hoặc chỉ có mắc song song kết quả như sau: - Khoảng 40% số học sinh làm được bài tập đoạn mạch mắc nối tiếp. - Khoảng 10% số học sinh làm được bài tập đoạn mạch mắc song song. - Không có học sinh nào làm được bài tập đoạn mạch mắc hổn hợp. Do đó muốn giúp học sinh có thể làm được các dạng bài tập mạch điện nâng cao đối với giáo viên khi dạy và học sinh khi học cần phải có biện pháp, phương pháp để chuẩn bò cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi. Để giải quyết được các yêu cầu nêu trên giáo viên cần giúp cho học sinh hiểu và vận dụng các vấn đề sau đây: - Hệ thống lý thuyết cho các đoạn mạch. - Các loại mạch điện thường gặp. - Một số chú ý khi vẽ lại sơ đồ mạch điện. Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 1 Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 - Giúp học sinh làm quen bài tập từ bài dễ đến bài khó. II- GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: A- Hệ thống lý thuyết cho các mạch điện: - Đònh luật ôm đối với các loại đoạn mạch: a- Đònh luật Ôm: U U I = R = ; U = IR R I ⇒ b- Đoạn mạch nối tiếp c- Đoạn mạch song song R 1 và R 2 có một điểm chung R 1 và R 2 có hai điểm chung I = I 1 = I 2 (1a) U= U 1 = U 2 (1b) U= U 1 + U 2 (2a) I = I 1 + I 2 (2b) 1 1 2 2 U R U R = (3a) 1 2 2 1 I R I R = (3b) R= R 1 + R 2 (4a) 1 2 1 1 1 R R R = + (4b) * Những điều cần chú ý Đoạn mạch nối tiếp (R 1 nt R 2 ) Đoạn mạch song song (R 1 // R 2 ) U 1 = 1 1 2 R U R R+ (5a) I 1 = 2 1 2 R I R +R (5b) U 2 = 2 1 2 R U R R+ (6a) I 2 = 1 1 2 R I R +R (6b) Chia U thành U 1 và U 2 tỉ lệ thuận Chia I thành I 1 và I 2 tỉ lệ nghòch với R 1 và R 2 : 1 1 2 2 U R U R = với R 1 và R 2 : 1 2 2 1 I R I R = Nếu R 2 = 0 thì U 2 = 0; U 1 = U Nếu R 2 = 0 thì I 2 = 0; I 1 = I ⇒ Hai điểm C, B có U CB = 0; C ≡ B ⇒ Hai điểm A, B có U AB = 0; A ≡ B Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 2 R + - A K •• • • → U I + - R 1 R 2 A A 1 . . . . K A B A 2 I ↑ I 1 → I 2 → A A B K V R 2 R 1 C A B Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Nếu R 2 = ∞ (rất lớn): Nếu R 2 = ∞ (rất lớn): U 1 = 0; U 2 = U I 1 = 0; I 2 = I Sau khi hệ thống lý thuyết giáo viên giới thiệu cho học sinh các loại đoạn mạch thường gặp B- Các loại đoạn mạch điện thường gặp . a) Chỉ có mắc nối tiếp c) Hổn hợp tường minh b) Chỉ có mắc song song d) Hổn hợp không tường minh C- Một số chú ý khi vẽ lại sơ đồ mạch điện: a) Các điểm nối với nhau bằng dây nối (hoặc ampe kế) có điện trở không đáng kể được coi là trùng nhau khi vẽ lại mạch điện để tính toán. b) Vôn kế có điện trở vô cùng lớn có thể “tháo ra” khi tính toán. c) Trong các bài tập nếu không có ghi chú gì đặc biệt, người ta thường coi là R a ≈ 0, R v = ∞ D- Giúp học sinh làm quen bài tập từ bài dễ đến bài khó 1- Trước hết cần phải giúp học sinh hiểu và vận dụng được các dạng bài tập chỉ có mắc nối tiếp: Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ Biết R 1 = 2 Ω , R 2 = 4 Ω , U AB = 12V a- Tính điện trở của đoạn mạch AB b- Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở. Để làm đúng học sinh cần vận dụng các hệ thức của đoạn mạch nối tiếp và đònh luật Ôm. a- Vận dụng hệ thức R AB = R 1 + R 2 = 2 Ω + 4 Ω = 6 Ω b- Phải biết vận dụng R 1 nt R 2 nên I = I 1 = I 2 = AB U R = 12 2 6 V A= Ω Từ đó tính được U 1 = IR 1 = 2A. 2 Ω =4V U 2 = IR 2 = 2A. 4 Ω =8V Sau khi học sinh làm thành thạo giáo viên mở rộng cho đoạn mạch có nhiều điện trở mắc nối tiếp. Từ đó đưa ra tổng quát đoạn mạch gồm n điện trở mắc nối tiếp ta vẫn có: I = I 1 = I 2 =… = I n Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 3 R 1 R 2 • • A B Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 U = U 1 + U 2 + … + I n R = R 1 + R 2 +… + R n 2- Tiếp theo cần phải giúp học sinh hiểu và vận dụng được các dạng bài tập chỉ có mắc song song: Bài 2 : Cho mạch điện như hình vẽ Biết R 1 = 3 Ω , R 2 = 6 Ω , U AB = 12V a- Tính điện trở của đoạn mạch AB b- Tính cường độ dong điện qua mỗi điện trở. Để làm đúng học sinh cần vận dụng các hệ thức của đoạn mạch song song và đònh luật Ôm. a- Vận dụng hệ thức 1 2 1 1 1 AB R R R = + = 1 1 2 1 3 1 3 6 6 6 2 + + = = = Ω ⇒ R AB = 2 Ω b- Phải biết vận dụng R 1 // R 2 nên U AB = U 1 = U 2 = 12V I 1 = 1 U R = 12 4 3 V A= Ω I 2 = 2 U R = 12 2 6 V A= Ω Khi học sinh làm thành thạo giáo viên mở rộng cho đoạn mạch có nhiều điện trở mắc song song. Từ đó đưa ra tổng quát đoạn mạch gồm n điện trở mắc song song ta vẫn có: U= U 1 = U 2 = … = U n I = I 1 + I 2 + … + I n * Tiếp theo cho học sinh làm quen với dạng mạch điện mắc hổn hợp tường minh có 3 điện trở. Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ Biết R 1 = 4 Ω ; R 2 = 3 Ω ; R 3 = 6 Ω , U AB = 12V a- Tính điện trở của đoạn mạch AB Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 4 R 1 R 3 A B R 2 R 1 R 2 A B Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 b- Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở Đây là mạch điện thuộc dạng mắc nối tiếp nhưng trong đó có đoạn mạch mắc song song. Khi giải câu a giáo viên cần minh họa các mạch điện tương đương BÀI GIẢI a- Điện trở tương của R 2 và R 3 (R 2 // R 3 ) 2,3 2 3 2,3 1 1 1 1 1 1 3 1 3 6 6 2 R R R R = + = + = = suy ra R 2,3 = 2 Ω Điện trở tương đương R AB của R 1 ,R 2 ,R 3 là điện trở tương đương của R 1 nt R 2,3 R AB = R 1 + R 2,3 = 4 Ω + 2 Ω = 6 Ω b- Vì R 1 nt R 2,3 nên I 1 = I 2,3 = I = AB U 12V = =2A R 6Ω và (R 2 // R 3 ) nên U 2 = U 3 U 1 = I R 1 = 2A. 4 Ω = 8V U 2 = U 3 = I R 2,3 = 2A. 2 Ω = 4V Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ Biết R 1 = 4 Ω ; R 2 = 2 Ω ; R 3 = 12 Ω , U AB = 12V a- Tính điện trở của đoạn mạch AB b- Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở Đây là mạch điện thuộc dạng mắc song song nhưng trong đó có đoạn mạch mắc nối tiếp. Khi giải câu a giáo viên cần minh họa các mạch điện tương đương Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 5 B B R 1 R 3 A ⇓ R 1 R 2,3 ⇓ R C C . . R 2 A B R 3 A R 1 R 2 B Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 a- Điện trở tương của R 1 và R 2 (R 1 nt R 2 ) R 1,2 = R 1 + R 2 = 4 Ω + 2 Ω = 6 Ω Điện trở tương đương R AB của R 1 ,R 2 ,R 3 là điện trở tương đương của R 1,2 // R 3 1,2 3 1 1 1 1 1 1 3 1 6 12 12 4 AB AB R R R R = + = + = = suy ra R AB =4 Ω b- Vì R 1,2 //R 3 nên U 1,2 = U 3 = U AB = 12V và (R 1 nt R 2 ) nên I 1 = I 2 = 1,2 12 2 6 AB U V A R = = Ω I 3 = AB 3 U 12V = =1A R 12Ω Giúp học sinh làm quen với bài tập mạch điện nâng cao :Mạch hổn hợp không tường minh Bài tập 5: Cho mạch điện như hình vẽ. Các điện trở đều bằng nhau và bằng r. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch?  Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 6 A ⇓ R 1,2 ⇓ R AB R 2 A B R 3 R 1 B A B R 3   + _ r r r r r r   + r r r r r r   + _ r r r R 1 Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9  -Với: R 1 = r + r + r = 3r ; R 2 = 4 3 3 3 1 1 r rr rr Rr Rr = + = + ; * R tđ = r + R + r = r + 4 11 4 3 r r r =+ ( Ω ) Bài tập 6: Cho mạchđiện như hình vẽ R 1 = 40 Ω , R 2 = 30 Ω , R 3 = 20 Ω , R 4 = 10 Ω Tính điện trở toàn mạch a- Khi K 1 ngắt, K 2 đóng b- Khi K 1 đóng, K 2 ngắt c- Khi K 1 , K 2 đều đóng Khi giải yêu cầu học sinh vẽ sơ đồ mạch điện tương đương của từng trường hợp, sau đó vận dụng công thức tính điện trở tương đương cho đoạn mạch gồm các điện trở mắc hổn hợp a- Khi K 1 ngắt, K 2 đóng có sơ đồ mạch điện: R 1 nt [ R 3 // ( R 2 nt R 4 )] R tm = R 1 + 4,23 4,23 RR RR + , trong đó R 2,4 = R 2 + R 4 b- Khi K 1 đóng, K 2 ngắt có sơ đồ mạch điện: R 1 nt [ R 2 // ( R 3 nt R 4 )] R tm = R 1 + 4,32 4,32 RR RR + , trong đó R 3,4 = R 3 + R 4 c- Khi K 1 , K 2 đều đóng có sơ đồ mạch điện: R 1 nt ( R 2 // R 3 ) R tm = R 1 + 32 32 RR RR + Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 7 E R 1 R 2 . . R 3 R 4 A + B - K 1 K 2 D C R 1 R 3 R 2 R 4 R 1 R 2 R 3 R 4 R 2 R 1 R 3   + _ r r R 2   + _ R tđ Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Bài tập 7: Có hai loại điện trở R 1 = 20 Ω ,R 2 = 30 Ω Hỏi cần có bao nhiêu điện trở mỗi loại để khi mắc chúng: a- Nối tiếp thì được đoạn mạch có điện trở R = 200 Ω b- Song song thì được đoạn mạch có điện trở R = 5 Ω Khi tìm cần cho học sinh làm quen với phương pháp sau đây: a- Khi mắc nối tiếp: Gọi x là số điện trở R 1 = 20 Ω ; y là số điện trở R 2 = 30 Ω Ta có: 20x + 30y = 200 ⇒ x + 2 3 y = 10 Đặt y = 2t ⇒ x = 10 - 3t x,y là số nguyên dương x ≥ 0 ⇒ t <4 → t = 0 ; 1; 2; 3 Vậy số R 1 , R 2 được ghi ở bảng sau: t 0 1 2 3 x 10 7 4 1 y 0 2 4 6 b-Khi mắc song song: Ta có: 1 1 1 I II R R R = + Với R I = 1 2 ; II R R R x y = Thay vào trên ta được: 1 2 1 x y R R R = + Thay số: 1 5 20 30 x y = + ⇒ 3x + 2y =12 ⇒ 2 3 4x y+ = Đặt y = 3t ⇒ x = 4 - 2t ; x ≥ 0 ⇒ t = 0 ;1 ; 2 Vậy số R 1 , R 2 được ghi ở bảng sau: t 0 1 2 x 4 2 0 y 0 3 6 Làm như vậy học sinh thấy được tính tổng quát của cách tìm để ghép các điện trở đã cho một cách hợp lý Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 8 R 1 R 2 R 3 V A Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Bài tập 8: Cho mạch điện như hình vẽ R 1 = 2 Ω , R 2 = 6 Ω Vôn kế chỉ 12V, ampe kế chỉ 2A Tính R 3 Dạng bài tập này không có đoạn mạch nào biết trước 2 trong 3 đại lượng R, U, I. Gọi dòng điện qua R 2 có cường độ I 2 . Dòng điện qua R 1 sẽ là : I 1 = I 2 + 2 U 1 = I 1 R 1 =(I 2 + 2) 2 U 2 = I 2 R 2 = 6.I 2 12 =U 1 + U 2 12 = (I 2 + 2) 2 + 6.I 2 Do đó I 2 = 1A và U 2 = U 3 = 6V Suy ra R 3 = 3 Ω Bài tập 9: Cho mạch điện như hình vẽ Cho biết : U AB = 30V R 1 =1 Ω , R 2 = 28 Ω , R 3 =24 Ω R 4 = 6 Ω , R 5 =12 Ω Tính cường độ dòng điện qua các điện trở. Để giải bài này phải tính: - Điện trở tương đương của R 4 và R 5 suy ra R 4,5 (R 4 // R 5 ) - Điện trở tương đương của R 3, R 4 , R 5 suy ra R 3,4,5 (R 3 nt R 4,5 ) - Điện trở tương đương của mạch rẽ R CD gồm R 2 // R 3,4,5 - Điện trở tương đương của đoạn mạch R AB gồm R 1 nối tiếp R CD - Cường độ dòng điện trong mạch chính ( cũng là cường độ qua R 1 ) AB AB Í R U I = - Hiệu điện thế giữa hai đầu R 1 : U 1 = R 1 I 1 - Ta có U AB =U AC +U CD suy ra U CD từ đó tính được I 2 - Ta có I 3 +I 2 = I 1 suy ra I 3 - Có I 4 +I 5 = I 3 (1) R 4 I 4 = R 5 I 5 (2) Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 9 R 5 R 3 D . . + A R 1 R 2 R 4 C - B Đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Hướng dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Giải hệ này ta tìm được I 4 , I 5 Với một số biện pháp được trình bài ở trên dần dần một số học sinh khá, giỏi không còn ngại với dạng bài tập nâng cao và có sự ham thích khi làm bài. Sau khi vận dụng các biện pháp này kết quả đạt được rất phấn khởi: - Khoảng 80% số học sinh làm được bài tập đoạn mạch mắc nối tiếp. - Khoảng 60% số học sinh làm được bài tập đoạn mạch mắc song song. - Khoảng 30% số học sinh làm được bài tập đoạn mạch mắc hổn hợp. Trên đây là một số bài tập gợi ý còn rất nhiều bài tập khác nữa mà tôi không thể viết hết trong đề tài này. Với cách làm như đã trình bày bước đầu đã giúp cho học sinh làm bài có phương pháp, từ đó đa số học sinh có khả năng tự giải được bài tập, nhiều học sinh khá giỏi có khả năng làm được bài tập nâng cao góp phần thuận lợi trong việc tuyển chọn học sinh dự thi học sinh giỏi các cấp và đã đạt kết quả khả quan trong nhiều năm học qua. III- KẾT THÚC VẤN ĐỀ: Để đạt hiệu quả cao trong giáo dục học sinh, với vai trò là một nhà giáo dục cần làm cho học sinh thấy được việc lónh hội kiến thức cần phải có phương pháp thích hợp. Vấn đề vừa được trình bày ở trên là một trong những phương pháp đã tạo cho học sinh một nền tảng vững chắc về vật lí học nói chung, bài tập vật lí nói riêng. Tuy nhiên là giáo viên dạy vật lí cần phải tạo ấn tượng cho học sinh ngay từ đầu, việc làm này cần phải thực hiện thường xuyên liên tục, có như vậy dần dần học sinh sẽ làm quen và làm thành thạo thì nhiều học sinh có khả năng giải được bài tập nâng cao. Hiệu quả thực hiện đề tài: + Đề tài được viết mất nhiều thời gian nghiên cứu qua 19 năm giảng dạy nhưng áp dụng cho nhiều đối tượng học sinh khác nhau ở trường THCS Hậu Thạnh đã đem lại kết quả khả quan, đa số học sinh ham thích học môn Vật lí nói chung bài tập Vật lí phần điện học nói riêng đã đào tạo và bồi cho đội ngũ tri thức của nhiều thế hệ học sinh hiện đang phục vụ cho đất nước ở nhiều lónh vực khác nhau. + Được đồng nghiệp trên đòa bàn huyện Long phú tán thành với cách làm nêu trên và đã áp dụng ở từng đòa bàn khác nhau đã góp phần tạo hứng thú cho học sinh khi học bộ môn Vật lí. Giáo viên thực hiện: Dương Văn Đức Trường THCS Hậu Thạnh Trang 10 [...]... mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Trên đây là kinh nghiệm rút ra được qua nhiều năm giảng dạy môn vật lí nói chung và bài tập vật lí nói riêng để tất cả những giáo viên giảng dạy vật lí tham khảo, nếu thấy có những vấn đề trong phần trình bày ở trên là hợp lí thì có thể vận dụng vào nơi mình đang công tác để từng bước cải tiến phương pháp giảng dạy góp phần tạo nên tiếng nói chung cho bộ môn vật lí nói riêng... dụng vào nơi mình đang công tác để từng bước cải tiến phương pháp giảng dạy góp phần tạo nên tiếng nói chung cho bộ môn vật lí nói riêng và ngành GD&ĐT nói chung ngày càng có nhiều học sinh học giỏi môn vật lí, góp phần xây dựng đội ngũ tri thức trong lónh vực khoa học kỹ thuật phục vụ cho đất nước trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Xác nhận đơn vò Hậu Thạnh, ngày 22 tháng 11 năm 2008 . bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 Trên đây là kinh nghiệm rút ra được qua nhiều năm giảng dạy môn vật lí nói chung và bài tập vật lí nói riêng để tất cả. dẫn học sinh giải bài toán mạch điện – Vật Lí Lớp 9 I- ĐẶT VẤN ĐỀ: Thực trạng: Qua quá trình dạy học môn vật lí lớp 9 nhiều năm tôi nhận thấy trong các dạng