SKKN Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9

SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9 SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9 SKKN bậc 4 Phát triển bài tập vật lý điện học có sử dụng biến trở Vật lý 9

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ Khoa khọc kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ đại, đất nước ln cần có người để nắm bắt, vận dụng phát triển khoa học cách chủ động, sáng tạo Vì vậy, việc đổi phương pháp dạy học cần thiết đặc biệt môn Vật Lý - Là môn khoa học thực nghiệm, toán học hoá mức độ cao, nên nhiều kiến thức kỹ toán học sử dụng rộng rãi việc học tập môn Vật lí Đổi phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh, giúp học sinh bồi dưỡng phương pháp tự học cho mình, biết rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tế cách say mê, hứng thú Bài tập Vật lý giúp học sinh hiểu sâu tượng Vật lý, quy luật Vật lý, biết phân tích ứng dụng chúng vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp dù giáo viên có cố gắng trình bày rõ ràng, hợp lơ gíc, phát biểu định nghĩa, định luật xác, làm thí nghiệm phương pháp có kết điều kiện cần chưa phải đủ để học sinh hiểu sâu sắc nắm vững kiến thức Qua nhiều tài liệu, nhiều chuyên đề bồi dưỡng thường xuyên, qua q trình cơng tác, qua học hỏi đồng nghiệp… rút phương pháp dạy đạt hiệu ngày cao cho học sinh giảng dạy, là: "Mở rộng tốn Vật lí thành tốn Vật lý nâng cao phần mạch điện có sử dụng biến trở - Môn Vật lý 9" Để thực điều trước hết người giáo viên phải có đủ kiến thức, có say mê nghề nghiệp, có lịng tận tụy với học sinh Với dạy giáo viên phải nghiên cứu kỹ sách giáo khoa, để hiểu dụng ý mục sách giáo khoa, phải chuẩn bị tốt thí nghiệm, tìm tịi, nghiên cứu thêm tài liệu tham khảo, đặt hệ thống câu hỏi hợp lý, tạo khơng khí sơi nổi, có liên hệ thực tế, từ giáo viên nâng cao dần kiến thức để học sinh tự khai thác nội dung, tự giải vấn đề Những tiết học tiềm trí tuệ, tư chất học sinh phát huy tối đa, từ dễ dàng nhận thấy để có phương án, bồi dưỡng nâng cao kiến thức, lực cho học sinh PHẦN II NỘI DUNG I THỰC TRẠNG: Học sinh đại trà đa số nhận thức có hạn, nên giải dạng tập vật lí thường hiểu rõ chất Đặc biệt việc định hướng tìm phương pháp giải cho tập quan trọng Qua khảo sát thực tế trường trung học sở nhu cầu ham thích học, chất lượng học Vật lí sau: Nhu cầu ham thích học Vật lí TT Nội dung Tỷ lệ Ham thích học lí thuyết 5% Ham thích học thực hành 70 % Ham thích học giải tập 10 % Ham thích học ba nội dung 10 % Không xác định thích nội dung 5% Chất lượng giải tập Vật lí TT Nội dung Tỷ lệ Khơng biết giải tập 15 % Biết giải tập 65 % Biết giải tập, hiểu chất 15 % Biết vận dụng dạng tập giải 5% Qua thực trạng ta thấy: Việc định hướng cho học sinh giải tập Vật lí quan trọng Đặc biệt việc hiểu chất Vật lí vận dụng kiến thức Vì vậy, vấn đề đặt phải có hệ thống tập bản, khoa học, giúp cho học sinh vừa ham thích, vừa hiểu vận dụng kiến thức vào sống, kĩ thuật II CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG KHI GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Mục tiêu cần đạt tới giải tập Vật lý tìm câu trả lời đắn, giải đáp vấn đề đặt cách có khoa học chặt chẽ Q trình giải tốn Vật lý thực chất tìm hiểu điều kiện tốn, xem xét tượng Vật lý đề cập dựa kiến thức Vật lý, Toán học để nghĩ tới mối liên hệ qua đại lượng cho đại lượng cần tìm Sao cho thấy đại lượng phải tìm có liên hệ trực tiếp gián tiếp đại lượng cho Từ tới rõ mối liên hệ tường minh trực tiếp phải tìm với hết, tức tìm với giải đáp Khơng thể nói phương pháp chung, vạn áp dụng đề giải toán Vật lý Tuy nhiên, từ phân tích thực chất hoạt động giải tốn Vật lý, ta nét khái quát, xem sơ đồ định hướng bước chung tiến trình giải tốn Vật lý Đó sở để giáo viên xác định phương pháp hướng dẫn học sinh III PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN MẠCH ĐIỆN CÓ BIẾN TRỞ Các bước giải tập: a Bước thứ nhất: - Tìm hiểu đề - Đọc ghi tóm tắt liệu xuất phát xác định vấn đề phải tìm - Mơ tả lại vấn đề nêu đề bài, vẽ hình minh hoạ (nếu cần) - Dùng đồ thị làm thí nghiệm để thu liệu cần thiết (nếu đề yêu cầu) b Bước thứ hai: - Xác lập mối quan hệ liệu xuất phát với đại lượng cần phải tìm - Đối chiếu liệu xuất phát đại lượng cần phải tìm, xem xét chất vật lý tình cho để nghĩ đến kiến thức, định luật, cơng thức có liên quan - Tìm kiếm, lựa chọn mối liên hệ tối thiểu cần thiết để thấy mối liên hệ đại lượng cần phải tìm với liệu xuất phát, từ rút vấn đề cần tìm c Bước thứ ba: - Rút kết cần tìm - Từ mối liên hệ cần thiết xác lập được, tiếp tục luận giải, tính tốn để rút kết cần tìm d Bước thứ tư: - Kiểm tra, xác nhận kết - Để xác nhận kết cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo cách sau đây: + Kiểm tra xem trả lời hết câu hỏi, xét hết trường hợp chưa? + Kiểm tra lại xem tính tốn kết có khơng? + Xem xét kết ý nghĩa thực tế có phù hợp khơng? + Có thể kiểm tra kết thực nghiệm xem có phù hợp khơng? Xây dựng lý thuyết biến trở: a) Khái niệm biến trở: Biến trở điện trở thay đổi trị số sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện mạch (trang 29 SGK Vật lý 9) b) Có nhiều dạng tập có sử dụng biến trở Song phân làm dạng tập sau:: Dạng 1: “Cấu tạo biến trở” Dạng 2: “Cách mắc biến trở vào mạch điện” Dạng 3: “Biến trở mắc nối tiếp với phụ tải” R B C A + M N Dạng 4: “Biến trở mắc vừa nối tiếp, vừa song song” + A C B - M ⇒ N - + A M N C C B Dạng 5: “ Biến trở mạch cầu” R1 R2 D M N C A B IV CÁC BÀI VÍ DỤ CỤ THỂ Dạng 1: “Cấu tạo biến trở” * Phương pháp chung: -Biến trở thường làm dây dẫn có điện trở lớn Để cho gọn người ta thường quấn lõi cách điện Khi thay đổi trị số biến trở cần thay đổi chiều dài dây làm biến trở -Áp dụng công thức tính điện dây dẫn, định luật Ơm cho đoạn mạch nối tiếp song song Bài 1.1: Một biến trở mà cuộn dây làm chất Manganin có chiều dài 12m; tiết diện 0,215mm2; điện trở suất 0,43.10-6Ωm Tính điện trở lớn biến trở? Phương pháp: Hướng dẫn Đổi đơn vị? Áp dụng công tính điện trở dây dẫn Rb = Bài giải Điện trở lớn biến trở: Rb = ρ l 0,43.10 −6.12 = = 24(Ω) S 0,125.10 −6 ρ l =? S Bài 1.2: (Mở rộng 1.1) Điều kiện toán Biến trở mắc nối tiếp với bóng đèn có ghi (12V- 6W) vào nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U = 18V Tính giá trị điện trở biến trở cần điều chỉnh để đèn sáng bình thường? Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải Vì đèn sáng bình thường nên Vì đèn sáng bình thường nên cường độ dịng điện I U tương ứng đèn so hiệu điện tương ứng đèn giá trị định với giá trị định mức? mức: Uđm =? Uđ = Uđm= 12(V) Iđ =Pđm/ Uđm = 0,5( A) Iđ =Pđm/ Uđm? Giá trị biến trở cần điều Cường độ dòng điện hiệu điện tương ứng biến trở chỉnh: Ib = Iđ = 0,5 (A) Ub = ? Ib = ? Ub = U – Uđ= 6(V ) Giá trị biến trở cần điều chỉnh Rb= Ub/Ib = 12(Ω) Rb= Ub/Ib =? Bài 1.3: (Mở rộng 1.2) Điều kiện toán Khi điều chỉnh biến trở Rb = 6Ω Tính cơng suất biến trở điện mạch tiêu thụ 10 phút? Phạm vi điều chỉnh cường độ dòng điện mạch biến trở? Phương pháp: Hướng dẫn * Khi Rb =6 Ω +Công suất biến trở: R =? Bài giải * Khi Rb =6 Ω Điện trở bóng đèn: Rđ = Uđm2/ Pđm= 24(Ω) Điện trở toàn mạch: R= Rđ+ Rb= 30 (Ω) Cường độ dòng điện qua mạch: I = U/R =? I = U/ R = 0,6 (A) Công suất biến trở: Pb = I2Rb =? Pb = I2Rb = 2,16 (W) Điện tiêu thụ mạch 10 phút (600s): A = UIt =? A = UIt = 6480(J) * Cường độ dòng điện qua * Cường độ dòng điện qua mạch: mạch: I = U/ (Rb+Rđ) I = U/ (Rb+Rđ) Khi Rb=24Ω cường độ dịng điện qua mạch nhỏ Lập luận tính toán: nhất: Imin = 18 / 48 = 0,375(A) Imin = ? IMax = ? Khi Rb= (Ω ) cường độ dịng điện qua mạch lớn =>phạm vi điều chỉnh cường nhất: IMax = 18 / 24 = 0,75 (A) Vậy phạm vi điều chỉnh cường dòng điện độ dòng điện mạch từ 0,375A đến 0,75A Dạng 2: “Cách mắc biến trở vào mạch điện” * Phương pháp chung: -Biến trở mắc vào mạch điện thiết bị điện hoạt động bình thường điều chỉnh cường độ dòng điện mạch Khi tính tốn xem điện trở -Cách mắc vào mạch điện mắc nối tiếp, mắc song song, vừa nối tiếp vừa song song với phụ tải Bài 2.1 Để bóng đèn Đ (6V - 6W) sử dụng nguồn điện có hiệu điện không đổi U = 12V, người ta dùng thêm biến trở chạy có điện trở R b Hãy vẽ sơ đồ mạch điện cách mắc để đèn hoạt động được? Phương pháp: Hướng dẫn Để bóng đèn Đ (6V - 6W) sử Sơ đồ 1: dụng U = 12V, biến trở chạy mắc để đèn hoạt động được? Sơ đồ 2: Bài giải Đ A C B C B + U Đ A + U - Bài 2.2 (Mở rộng 2.1) Trong cách mắc cách hao phí điện hơn? Vì sao? Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải Điện hao phí mạch điện phần điện Điện hao phí mạch điện chủ yếu nguyên nhân chuyển thành nhiệt biển trở (RBC), nhiệt tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng nào? điện qua biến trở Ở sơ đồ có điện trở tương đương So sánh sơ đồ? mạch điện lớn nên dòng điện qua biến trở có cường độ nhỏ (do U không đổi R CB không đổi) nên cách mắc sơ đồ hao phí điện Bài 2.3 (Mở rộng 2.1) Biến trở có điện trở tồn phần RAB = 20Ω Tính phần điện trở RCB biến trở cách mắc để đèn hoạt động được? (bỏ qua điện trở dây nối) Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải Sơ đồ 1: RĐ = ? IĐ = UĐđm/ RĐ? => R =U/ I =U/ IĐ?=>RCB=? Sơ đồ 2: Sơ đồ 1: RĐ = U2Đđm/ PĐđm = 62 /6 = ( Ω ) IĐ = UĐđm/ RĐ = /6 = (A) => R = U/ I = U/ IĐ = 12 /1 = 12 ( Ω ) RCB = R-Rđ =12-6=6( Ω ) Sơ đồ 2: Phương pháp giải RBC = 4,34Ω giới thiệu tương tự 4.1 Bài 2.4 Hai bóng đèn có ghi (9V- 12W) (6V-9W) nguồn điện có hiệu điện U=15V Nếu hai bóng đèn mắc nối tiếp hiệu điện lớn đoạn mạch để hai đèn không bị hỏng? Phương pháp: Hướng dẫn RĐ1 = ? RĐ2 =? => Rtđ = RĐ1 + RĐ2 = ? - Tính I định mức đèn: So sánh IĐ1 với I Đ2 Umax = Imax Rtđ = ? (Với Imax IĐ nhỏ để đèn không bị cháy) Bài giải * Điện trở đèn: RĐ1 = U2Đ1đm/ PĐ1đm = 92 /12 = 6,75 ( Ω ) RĐ2 = U2Đ2đm/ PĐ2đm = 62 /9 = ( Ω ) => Rtđ = RĐ1 + RĐ2 = 6,75 + = 10,75 ( Ω ) * Cường độ dòng điện định mức đèn: IĐ1 = IĐ1đm = PĐ1đm / UĐ1đm = 12/9 =1,33(A) I Đ2 = I Đ2đm = PĐ2đm / UĐ2đm = 9/6 = 1,5(A) * Mắc nối tiếp hai đèn mà đèn khơng bị hỏng hiệu điện lớn đoạn mạch Umax = Imax Rtđ = IĐ1đm Rtđ = 1,33 10,75 =14,3 V Bài 2.5 (Mở rộng 2.4) a Để hai đèn sáng bình thường mắc vào hiệu điện U ta phải mắc thêm vào mạch biến trở Rb nào? Vẽ sơ đồ cách mắc? b.Tính giá trị Rb câu a Phương pháp: Hướng dẫn a Mắc Rb nt để đèn sáng bình thường? Bài giải a Để hai đèn hoạt động bình thường phải mắc biến trở song song với Đ1 Sơ đồ cách mắc hình vẽ Vẽ sơ đồ? A M + b Giá trị biến trở Ub = ? Ib = ? Đ2 C B Rb Đ1 N _- b Khi đèn sáng bình thường UĐ1 = UĐ1đm = Ub = 9V Rb = Ub/Ib =? UĐ2 = UĐ2đm = 6V Cường độ dòng điện qua biến trở Ib = I Đ2 - IĐ1 = 1,5 - 1,33 = 0,17 (A) Giá trị biến trở Rb = Ub/ Ib = / 0,17 =53 ( Ω ) Bài 2.6: (Tương tự 2.4 ) Có hai bóng đèn có ghi : Đ1( 12V- 12W) Đ2(6V-9W) nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U = 18V a Tính cường độ dịng điện định mức đèn ? Để hai đèn sáng bình thường mắc vào hiệu điện U ta phải mắc thêm vào mạch biến trở R b biến trở mắc nào? Vẽ sơ đồ cách mắc? b Nếu hai bóng đèn mắc nối tiếp hiệu điện lớn đoạn mạch mà đèn không bị hỏng? Tính cơng suất đoạn mạch đó? Phương pháp: Hướng dẫn a Tính cường độ dịng điện định mức đèn là: I1 = ? I2 = ? * So sánh I1 với I2 = >Vẽ sơ đồ ( Rb mắc nào) b Hiệu điện tối đa đoạn mạch: IMax = ? R1 = ? R2 = ? UMax = IMax.R12 = ? => Công suất P=UMax.IMax=? Bài giải a * Cường độ dòng điện định mức đèn là: I1 = Pđm1 / Uđm1 = 1A I2 = Pđm2/ Uđm2 = 1,5A * Vẽ sơ đồ (Rb song song Đ1) nối tiếp Đ2 A M + Đ2 C B Rb Đ1 N _- b Hiệu điện tối đa đoạn mạch cường độ dòng điện lớn qua mạch IMax = I1 = 1A Điện trở đèn : R1 = U2đm1/ Pđm1 = 12Ω R2 = U2đm2/ Pđm2 = 4Ω Hiệu điện tối đa đoạn mạch hai đèn mắc nối tiếp: UMax = IMax.R12 = IMax.(R1+R2) = 16V Công suất đoạn mạch là: P = UMax IMax = 16W Bài 2.7: Cho nguồn điện vơn, bóng đèn D (6V - 3W), biến trở chạy Rx có điện trở lớn 15Ω Hãy vẽ sơ đồ mạch điện để đèn hoạt động được? Phương pháp: Hướng dẫn Vì UMN > UDdm =>Để đèn 6V - 3W lắp vào mạch sáng bình thường đèn mắc với biến trở nào? Bài giải *Sơ đồ (đèn Đ nối tiếp RAC) M + A N B C _ Rx *Sơ đồ (Đ//RAC) nt RCB M + Rx A B N_ C Đ Bài 2.8 (Mở rộng 2.7) Xác định vị trí chạy điện trở biến trở Rx tham gia vào mạch? Phương pháp: Hướng dẫn *Sơ đồ (Đ nối tiếp RAC) Tìm vị trí chạy C Rtđ =? RĐ=? RAC = Rtd - RĐ =? Vị trí chạy C: R AC =? R AB *Sơ đồ (Đ//RAC) nt RCB Phương pháp giải giới thiệu tương tự 4.1 Bài giải *Sơ đồ (Đ nối tiếp RAC) Đèn D sáng bình thường P = = 0.5 A ⇒ IĐ= IAC=0.5A U U = 18Ω Vậy Rtđ = = I U 62 = = 12Ω ⇒ Rtđ = RĐ + RAC RĐ= P ⇒ IĐM = Vậy RAC = Rtd - RĐ = 18 - 12 = Ω ⇒ Vị trí chạy C = AB 15 *Sơ đồ (Đ//RAC) nt RCB RAC = 12 Ω ⇒ Vị trí chạy C 12 = AB 15 Dạng 3: “Biến trở mắc nối tiếp với phụ tải” 10 Khi C nằm đầu mút A cường độ dòng điện qua ampe kế bao nhiêu? Phương pháp: Hướng dẫn Khi C nằm B, điện trở tồn mạch là? Khi C nằm vị trí BC=3AC giá trị điện trở toàn mạch ? Khi C nằm A, điện trở toàn mạch? Lập hệ phương trình theo đề ra? Giải hệ PT tím R theo r Bài giải Giả sử bóng đén có điện trở r, điện trở AB R ta có: Khi C nằm B, điện trở toàn mạch r + R Khi C nằm vị trí BC = AC giá trị điện trở toàn mạch r + ¼ R Khi C nằm A, điện trở tồn mạch cịn lại r Theo ta có hệ phương trình: 0,5 = U:(R + r) (1) 1,0 = U:( ¼ R + r) (2) Chia (1) cho (2) vế theo vế tính R theo r ta R = 2r => Tính tỷ số U/r=? Thay vào (1) tính tỷ số U/r ta U/r = 1,5 cường độ dịng điện C nằm vị trí A Bài 3.8: Một hộp kín chứa nguồn điện có hiệu điện không đổi U = 150V điện trở r = 2Ω Người ta mắc vào hai điểm lấy điện A B hộp bóng đèn Đ có công suất định mức P = 180W nối tiếp với biến trở có điện trở R b (Hình vẽ) Để đèn Đ sáng bình thường phải điều chỉnh R b = 18Ω Tính hiệu điện định mức đèn Đ? A U Đ r B Rb X Phương pháp: Hướng dẫn Ta có: U.I = P + ( Rb + r ).I2 ; Thay số ta phương trình bậc theo I ? Giải PT ta giá trị I là? Tính Ud = ? Bài giải Gọi I cường độ dịng điện mạch U.I = P + ( Rb + r ).I2 ; thay số ta phương trình bậc theo I : 2I2 - 15I + 18 = Giải PT ta được: I1 = 1,5A I2 = 6A P + Với I = I1 = 1,5A ⇒ Ud = I = 120V (1) P + Với I = I2 = 6A ⇒ U’d = I = 30V (2) Xác định nghiệm phù Hiệu suất sử dụng điện trường hợp : hợp? 15 p 180 p 180 (1) => H = U I = 120.1,5 = 100 % d (2) =>H = U ' I = 150.6 = 20 % nên thấp d ⇒ loại bỏ nghiệm I2 = 6A Bài 3.9: (Mở rộng 3.8) Điều kiện tương tự trên: a) Mắc song song với đèn Đ bóng đèn giống hệt Hỏi để hai đèn sáng bình thường phải tăng hay giảm Rb? Tính độ tăng (giảm) này? b) Với hộp điện kín trên, thắp sáng tối đa bóng đèn đèn Đ? Hiệu suất sử dụng điện phần trăm? A U Đ r B Rb Phương pháp: Hướng dẫn a.Khi mắc đèn // I = 2.Id = 3A, Ud = U - ( r + Rb ).I ⇒ Rb ? ⇒ độ giảm Rb ? b) Ta nhận thấy U = 150V Ud = 120V nên để đèn sáng bình thường, ta phải mắc chúng nào? ⇒ cường độ dịng điện mạch I = ? =>Số đèn tối đa? Bài giải a)Khi mắc đèn // I = 2.Id = 3A, đèn sáng bình thường nên Ud = U - ( r + Rb ).I ⇒ Rb =8Ω ⇒ độ giảm biến trở: ∆ Rb =18-8= 10Ω b) Ta nhận thấy U = 150V Ud = 120V nên để đèn sáng bình thường, ta khơng thể mắc nối tiếp từ bóng đèn trở lên mà phải mắc chúng song song Giả sử ta mắc // tối đa n đèn vào điểm A B ⇒ cường độ dịng điện mạch I = n Id Ta có U.I = ( r + Rb ).I2 + n P ⇔ U n Id = ( r + Rb ).n2 I2d + n P ⇔ U.Id = ( r + Rb ).n.Id + P ⇒ Rb = ⇔ n≤ =.>Hiệu suất sử dụng điện ? U I d − P −r ≥ = n.I d U I d − P r.I d 150.1,5 − 180 = 10 2.(1,5) ⇒ n max = 10 Rb = + Hiệu suất sử dụng điện : H= Ud = 80 % U Dạng 4: “Biến trở mắc vừa nối tiếp, vừa song song” 16 * Phương pháp chung: Với dạng tập biến trở dùng điện trở biến đổi, ta phải sử dụng bất đẳng thức (0 ≤ R x ≤ Ro ) Ro điện trở tồn phần biến trở Và phải biết vẽ lại mạch điện tương đương để dễ dàng sử dụng định luật Ôm mạch nối tiếp mạch song song Bài 4.1 ( Mở rộng 2.1 sơ đồ 2) Đ Cho mạch điện (như hình vẽ), đèn sáng bình thường với Uđm = 6V Iđm = 0,75A Đèn mắc với biến trở có điện trở lớn 16 Ω UMN không đổi 12V A C B +U _ Tính R1= RAC biến trở để đèn sáng bình thường? Phương pháp: Hướng dẫn Vẽ lại sơ đồ mạch điện? Bài giải Vẽ lại sơ đồ mạch điện: Xác định Đ (Đ // RAC) nt RCB 16-R1 M+ R1 + Khi đèn sáng bình thường ⇒ Uđ = UAC = ? IAC= ? A C B _ N C Ta có: RCB = 16 –R1 ICB =? Vì đèn sáng bình thường nên Uđ = UAC = 6V U => Iđ + IAC = ICB đ Iđ = 0,75A I AC = R = R 1 Giải phương trình I CB = ⇒ tìm R1 = RAC =? U −Uđ 16 − R1 (1) (2) Vì (Đ//RAC)nt RCB ⇒ Iđ + IAC = ICB ⇔ Iđ + ⇔ 12 − = R1 16 − R1 ⇔ 0,75 + 6 = R1 16 − R1 6 2 + = ⇔ + = R1 16 − R1 R1 16 − R1 17 ⇒ R1(16-R1) + 8(16-R1) = 8R1 ⇒ 16R1- R21 + 128- 8R1 = 8R1 ⇒ R21 = 128 ⇒ R1 = 128 ≈ 11,3(Ω) Vậy phải điều chỉnh chạy C để RAC =R1 = 11,3 Ω đèn sáng bình thường Bài 4.2: (Mở rộng 4.1) Cho mạch điện ( hình vẽ) Biến trở có điện trở tồn phần Rb = 12 Ω Đèn loại 6V – 3W ; UMN = 15V (khơng đổi) Đ A a- Tìm vị trí chạy C để đèn sáng bình thường? + b- Khi dịch chuyển chạy phía A độ sáng đèn thay đổi nào? UMN C B _ Phương pháp: Hướng dẫn Tương tự 4.1 Bài giải Vẽ lại sơ đồ mạch điện: Vẽ lại sơ đồ mạch điện? Đ Xác định (Rx // Đ) nt Rb – Rx Đặt RAC = x ( Ω ) điều kiện : < x < 12 Thì RCB = 12 – x ( Ω ) Rb-Rx M+ Rx A C B _ N C (Rx // Đ) nt Rb – Rx Đặt RAC = Rx = x ( Ω ) điều kiện : < x < 12 Thì RCB = 12 – x ( Ω ) a- Khi đèn sáng bình thường: a Ta có: I đ + I Rx = U CB RCB Uđ = Uđm = 6V Pđ = Pđm = 3W ⇒ Iđ = Pđ = = 0,5( A) Vì (Đ//RAC) nt RCB Uđ Tìm giá trị thay vào biểu thức trên? ⇒ Iđ + IAC = ICB UAC = Uđ Giải phương trình tìm ⇒ UCB = UMN – Uđ = 15 – = 9(V) nghiệm hợp lý? Áp dụng định luật Ôm mạch nối tiếp song 18 song: U đ U MN − U đ = x 12 − x Iđ + hay + = x 12 − x ⇔ x(12 − x) + 12(12 − x) = 18 x ⇔ 12 x − x + 144 − 12 x = 18 x ⇔ x + 18 x − 144 = ∆' = 81 + 144 = 225 ⇒ ∆' = 225 = 15 b- Khi chạy C ⇒ biện đèn? Ta có: Rđ = ? x1 = − + 15 = 6(Ω) ; x2 = − − 15 = −24 (loại) Vậy phải điều chỉnh chạy C để R AC = Ω dịch chuyển đèn sáng bình thường phía A ⇒ Rx ? b- Khi dịch chuyển chạy C phía A ⇒ Rx giảm luận độ sáng dần, ta chưa thể kết luận độ sáng đèn thay đổi được; mà ta phải tìm cường độ dịng điện qua đèn thay đổi chạy C dịch chuyển phía A ⇒ biện luận độ sáng đèn RMN = ? Ta có: Rđ = ⇒ cường độ dịng điện qua U đm 62 = = 12(Ω) Pđm RMN = mạch 12 x 12 x + 144 − x + 12 − x = 12 + x 12 + x Lập biểu thức Iđ Sau ⇒ cường độ dòng điện qua mạch: biện luận I= U MN 15(12 + x) = RMN − x + 12 x + 144 Vì RAC // Đ nên Ix = I – Iđ I R 12 x đ I = R = x đ Ac ⇒ ⇒ ⇒ I − I đ 12 = Iđ x I 12 I 12 I 12 + x x −1 = ⇒ = +1⇒ = ⇒ Iđ = I ⋅ Iđ x Iđ x Iđ x 12 + x Iđ = 15(12 + x) x 15 x ⋅ = = 2 − x + 12 x + 144 x + 12 − x + 12 x + 144 15 − x + 12 + 144 x 19 Ta thấy C phía A x giảm ⇒ (− x + 12 + 144 ) tăng x lên ⇒ Iđ giảm Vậy độ sáng đèn giảm (đèn tối dần) dịch chuyển chạy C A Bài 4.3 (Mở rộng 4.1) Cho mạch điện hình vẽ U = 6V, đèn Đ có điện trở Rđ = 2,5Ω hiệu điện định mức Uđ = 4,5V; AB điện trở đồng chất, tiết diện Bỏ qua điện trở dây nối Ampekế Cho biết bóng đèn sáng bình thường số Ampekế I = 2A Xác định tỉ số CB AC Đ A + U C B _ A Phương pháp: Hướng dẫn UAC = ? IĐ= ? I = I A – IĐ = ? ⇒ UBC = U – UAC = ? Tính RCB R AC ⇒ U BC U I I = A = BC =? U AC U AC I A I Bài giải Do đèn sáng bình thường nên UAC = UĐ = 4.5V UĐ 4,5 Dòng điện qua đèn : IĐ= R = 2,5 = 1,8A Đ Dòng điện qua AC biến trở I = IA - ID = -1,8 = 0,2A ⇒ UCB = U – UAC = - 4,5 = 1,5 V U BC R U I CB I = A = BC Từ : CB = R AC AC U AC U AC I A I BC 1,5 0,2 ⇒ = = AC 4,5 30 BC =? AC Bài 4.4 (Mở rộng 4.3) Dữ kiện tương tự 4.3: Thay đổi vị trí điểm C cho AC = 4CB Chỉ số Ampekế bao nhiêu? Độ sáng bóng đèn thay đổi nào? Đ A + U _ C B A 20 Phương pháp: Hướng dẫn RBC = ? RAC =? => RAB = RBC + RAC = ? ⇒ Tính RAC = ?, RBC = ? Rtd= ? IA = ? ⇒ UAC = IA.Rtd = ? =>đèn sáng nào? Bài giải Lúc đầu ta có : U AC 4,5 R 22,5 = = 22,5Ω ⇒ RBC = AC = = 0,75Ω RAC = I 0,2 30 30 Vậy RAB = RBC + RAC = 0,75 + 22,5 = 23,25 Ω Vì AC = 4BC ⇒ RAC = 4RBC ⇒ RAC = 18,6Ω, RBC = 4,65Ω Điện trở tương đương đèn AC : RD R AC 2,5.18,6 = = 2,2Ω Rtd= RD + R AC 2,5 + 18,6 Dòng điện qua Ampekế là: U IA = R + R = 4,65 + 2,2 = 0,87 A BC td ⇒ UAC = IA.Rtd = 0,87.2,2 = 1,9V Vậy đèn sáng mờ lúc ban đầu Dạng 5: “ Biến trở mạch cầu” * Phương pháp chung: -Phải vẽ lại mạch điện để toán đơn giản Đưa toán dạng giải tồn cách lập phương trình qua cơng thức mạch cầu cân -Chọn RAC ẩn, biểu diễn RCB theo ẩn RAC Chú ý: RAB = Ro không đổi ( số ghi biến trở) RCB = Ro – RAC ⇔ RAC = x ( ≤ x ≤ R0 ) Bài 5.1: Cho mạch điện hình vẽ Biết R1= Ω ; R2 = Ω , AB biến trở có chạy C điện trở toàn phần Ro =18 Ω UMN không đổi 9V Điện trở vôn kế vơ lớn M a Xác định vị trí chạy để vôn kế số 0? + b Khi RAC = 10Ω vơn kế vôn? R1 D R2 N _ V C A B 21 Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải Khi vơn kế V ⇒ MN a- Tìm vị trí chạy C để vơn kế số mạch cầu cân Khi vôn kế V ⇒ MN mạch cầu cân Cách 1: Ta dùng công thức Cách 1: Ta dùng công thức điện trở: điện trở: Đặt RAC= x( Ω ) (0 < x < 18) Đặt RAC= x( Ω ) (0 < x < 18) Khi đó: RCB=18 – x( Ω ) Khi đó: RCB=18 – x( Ω ) R R1 R = ⇒? R AC RCB R Áp dụng công thức: R = R ⇒ x = 18 − x AC CB Áp dụng công thức: ⇔ 3(18 − x) = x ⇔ x = 54 ⇒ x = 6(Ω) Cách 2: Vì RV vơ lớn nên MN trở thành mạch song song độc lập hình vẽ Vậy vị trí chạy AB cho RAC = Ω vơn kế V Cách 2: Vì RV vơ lớn nên MN trở thành mạch song song độc lập hình vẽ R2 R1 N M A R3 C Để vôn kế V U1 = U3 ⇒ Tính x=? Ta có: U1 = C R4 B x ⋅ U MN U = ⋅ U MN 3+6 18 U Để vôn kế V ⇒ U1 = U3 mà U = MN ⇒ b- Khi RAC = 10(Ω) UAC = ? U x x ⋅ U MN = MN ⇒ = ⇒ x = 6(Ω) 18 18 b- Tìm số vơn kế, RAC = 10 (Ω) Khi RAC = 10(Ω) => RCB = 18 - 10 = (Ω) => UAC = IAC RAC = 0,5 10 = (V) => UV = UAC - U1 = ? => UV = UAC - U1 = - = (V) Vâỵ RAC = 10Ω vơn kế 2(V) 22 R1 Bài 5.2: (Mở rộng 5.1) Dữ kiện tương tự 5.1 M Xác định vị trí chạy C để vôn kế C A Phương pháp: Hướng dẫn ⋅ U MN 3+6 U = MN = = 3(V ) có phụ thuộc 3 vào vị trí chạy C khơng? Nên để vơn kế 1V UAC phải chênh lệch với U1 1V Do có đáp số cho UAC = 4V x ⋅ U MN 18 * Trường hợp UAC = 2V =>x=? * Trường hợp UAC = 4V =>x=? B Bài giải - Tìm vị trí C để vơn kế 1V Ta có: U = U ⋅ U MN = MN = = 3(V ) không phụ 3+6 3 thuộc vào vị trí chạy C Nên để vơn kế 1V UAC phải chênh lệch với U1 1V Do có đáp số cho UAC : UAC = 2V UAC = 4V UAC : UAC = 2V Mà U AC = N V số 1V? Ta có: U = R2 D Mà U AC = x ⋅ U MN 18 * Trường hợp UAC = 2V ta có phương trình: x ⋅9 = 18 => x = ⇒ x = 4(Ω) * Trường hợp UAC = 4V ta có phương trình: x = ⇒ x = 8(Ω) Vậy để vơn kế 1V chạy C có vị trí AB để cho: RAC = Ω để RAC = Ω Bài 5.3 (Mở rộng 5.1) Thay đổi Vôn kế thành Ampe kế, thay biến trở AB thành dây dẫn AB Ta có sau Cho mạch điện MN hình vẽ Hiệu điện hai đầu mạch điện không đổi UMN = 7V; điện trở R1 = 3Ω R2 = 6Ω AB dây dẫn điện có chiều dài 1,5m tiết diện khơng đổi S = 0,1mm2, điện trở suất ρ = 4.10-7 Ωm ; điện trở ampe kế A dây nối không đáng R1 M D R2 N A + - C A B + 23 kể: a, Tính điện trở dây dẫn AB?b, Xác định vị trí chạy C để số ampe kế c, Dịch chuyển chạy c cho AC = CB Tính cường độ dịng điện qua ampe kế ? d, Xác định vị trí chạy C để Ia = 1/3A ? Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải a- Đổi 0,1mm2 = 10-7 m2 a- Điện trở toàn phần biến trở: l Áp dụng cơng thức tính điện R = ρ ⇒ RAB = 6Ω trở R = ρ l =? S b- Ampe kế số mạch cầu cân bằng, Áp dụng cơng thức điện trở tính AC=? S b- Ampe kế số mạch cầu cân bằng, R1 R = RAC RCB = x 6− x Đặt x = RAC -> RCB = -x => x = (Ω) Với RAC = x = 2Ω chạy C cách A đoạn AC = c- Khi AC = BC ⇒ RAC = ? RCB = RAB - RAC = ? Xét mạch cầu MN R1 R = =? R AC RCB RAC S = 0,5(m) ρ c- Khi chạy vị trí mà AC = ⇒ RAC = BC RAB ⇒ RAC = 2Ω RCB = RAB - RAC = 4Ω R1 R2 Xét mạch cầu MN ta có R = R = AC CB  Mạch cầu cân Vậy IA = =>Mạch cầu ? => IA = ? d- Vì: RA = => mạch điện d- Tìm vị trí chạy C để ampe kế (A) (R1// RAC) nt (R2 // RCB) - Vì: RA = => mạch điện (R1// RAC) nt (R2 // RCB) => Ux = U1 => Ux = U1 + Phương trình dịng điện + Phương trình dịng điện nút C: nút C? (1) U − U1 U − U1 U I A = I CB − I x = − − = I A (1) hay R −x x −x x + Phương trình dịng điện + Phương trình dịng điện nút D: nút D: (2) 24 I A = I1 − I = + Trường hợp 1: Ampe kế IA = từ D đến C (A) chiều => AC = ? U1 U − U1 − R1 R2 hay U1 − U1 − = IA (2) + Trường hợp 1: Ampe kế IA = (A) chiều từ D đến C - Từ (2) => U1 = (V) - Thay U1 = (V) vào (1) => x = (Ω) + Trường hợp 2: Ampe kế IA = (A) chiều từ C đến D => AC =? - Với RAC = x = Ω => AC = 75 (cm) + Trường hợp 2: (A) chiều từ C đến D = (V ) Ampe kế IA = - Từ (2) => U1 - Thay U1 = (V ) vào (1) => x ≈ 1,16 (Ω) - Với RAC = x = 1,16 Ω , => AC ≈ 29 (cm) Vậy, vị trí mà chạy C cách A đoạn 75 (cm) 29 (cm) ampe kế ( A) Bài 5.4 (Mở rộng 5.3) Các mục khác tương tự Thay đổi mục c sau c, Dịch chuyển chạy C cho AC=2BC Tính cường độ dòng điện qua ampe kế? Phương pháp: Hướng dẫn Bài giải a, tương tự b, tương tự c- Khi AC = 2CB, c, Khi chạy vị trí mà AC = 2CB, =>RAC = ? RCB = ? RAC = (Ω) ; RCB = (Ω) Vì RA = => Cấu trúc mạch? Vì RA = => Mạch điện (R1 //RAC ) nt (R2 //RCB) - Điện trở tương đương - Điện trở tương đương mạch mạch? R R R R 12 12 45 Rtm = AC + CB = + = (Ω) R1 + R AC R2 + RCB 14 - Tính I=? => I1 ; I2? - Cường độ dịng điện mạch So sánh I1 ; I2=> IA=? U 98 I= Rt  = 45 14 = 45 ( A) 25 RAC 98 56 = = ( A) R1 + RAC 45 45 RCB 98 49 I2 = I = = ( A) R2 + RCB 45 90 I1 = I Vì: I1 > I2, => số ampe kế là: I A = I1 − I = 56 49 − = hay IA = 0,7 (A) 45 90 10 Vậy chạy C vị trí mà AC = 2CB ampe kế 0,7 (A) Bài 5.5: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết : UAB = 12V, R3 = 15 Ω , R1 = 10 Ω , R4 = 12 Ω ; R2 biến trở Bỏ qua điện trở ampe kế dây nối a, Điều chỉnh cho R2 = Ω Tính cường độ dòng điện qua ampe kế? b, Điều chỉnh R2 cho dịng điện qua ampe kế có chiều từ D đến C có cường độ 0,2A Tính giá trị R2 tham gia vào mạch điện lúc đó? R1 B A + R2 C A - R4 R3 D Phương pháp: Hướng dẫn a, Áp dụng công thức mạch cầu ⇒ IA = ? b, IA = I3 – I4 = ? Bài giải a, Mạch cầu cân ⇒ IA = b, Điều chỉnh R2 cho dịng điện qua ampe kế có chiều từ D đến C có cường độ 0,2A U 13 U13 = ? ⇒ I = I1 − I A = U 13 + IA = ? R1 Tính U24 = ? ⇒ R2 = U 24 =? I2 12 − U 13 IA = I3 – I4 = 0,2 = R = R U13 = (V) U24 = (V) ⇒ I = I1 − I A = ⇒ R2 = U 13 + I A = 0,8 + 0,2 = 1( A) R1 U 24 = 4( Ω ) I2 Bài 5.6: (Mở rộng 5.5) Cho mạch điện hư hình vẽ Biết UAB = 45V; R1 = 20Ω, R2 = 24Ω ; R3 = 50Ω ; R4 = 45Ω; R5 biến trở R1 C A + R2 R5 R4 R3 D B 26 a Tính cường độ dòng điện hiệu điện điện trở tính điện trở tương đương mạch R5 = 30Ω b Khi R5 thay đổi khoảng từ đến vơ cùng, điện trở tương đương mạch điện thay đổi nào? Phương pháp: Hướng dẫn a,-Chọn chiều điện sơ đồ Bài giải dòng a, Chọn chiều dịng điện mạch có chiều từ C đến D Chọn U1 làm ẩn số ta có: -Lập hệ phương trình U U có ẩn số U1 I1 = = R1 20 -Áp dụng định luật ôm, định luật nút, để biễu diễn đại lượng U2 = U – U1 = 45 – U1 lại theo ẩn số (U1) U 45 − U chọn (ta I2 = R = 24 phương trình với ẩn số U1) I5 = I1 − I = 11U1 − 225 120 U = I5 R = 11U1 − 225 (1) (2) (3) (4) (5) U = U1 + U5 = 15U1 − 225 (6) U = U − U3 = 405 − 15U1 (7) I3 = U 3U1 − 45 = R3 40 (8) I4 = U 27 − U1 = R4 12 (9) Tại nút D cho biết: I4 = I3 + I5 27 ⇔ 27 − U1 3U1 − 45 11U1 − 225 = + 12 40 120 (10) -Giải hệ phương trình vừa lập để tìm đại lượng đầu Giải phương trình (10) => U = 21 (V) yêu cầu Thay U1 vào phương trình từ (1) đến (9) ta -Từ kết vừa I2 = 1,2(A); tìm được, kiểm tra lại I1 = 1(A); chiều dịng điện I3 = 0,45 (A); I4 = 0,5 (A); I5 = 0,05 (A) chọn Vậy chiều dòng điện chọn Hiệu điện thế: =>Điện đương ? trở tương U1 = 21(V) ; U2 = 24 (V) ; U3 = 22,5 (V) ; U4 = 22,5 (V) ; Điện trở tương đương R AB = b Sự phụ thuộc điện trở tương đương vào R5 U U 45 = = = 30Ω I I1 + I3 1, 05 + 0, 45 b Sự phụ thuộc điện trở tương đương vào R5 Khi R5 = 0, mạch cầu có điện trở là: Khi R5 = 0, R TÐ = R o = => RTĐ = R0? Khi R5 = ∞, U5 = 1,5 (V) R1.R R R 20.50 24.45 + = + ≈ 29,93(Ω ) R1 + R R + R 20 + 50 24 + 45 Khi R5 = ∞, mạch cầu có điện trở là: (R + R ).(R + R ) (20 + 24).(50 = 45) = ≈ 30,07(Ω ) (R1 + R ) + (R + R ) (20 + 24) + (50 + 45) => RTĐ = R∞=? R TÐ = R ∞ = =>Điện trở tương đương mạch điện thay đổi nào? Vậy R5 nằm khoảng (0, ∞) điện trở tương đương nằm khoảng (Ro, R∞) Nếu mạch cầu cân với giá trị R5 có RTĐ = R0 = R∞ Trên dạng tập phần mạch điện có sử dụng biến trở phương pháp giải tổng quát Để học sinh dễ hiểu phải xuất phát từ tập dễ, sau giải tập nâng cao dần Yêu cầu học sinh phải nắm vững kiến thức toán học để biến đổi, giải phương trình, hệ phương trình PHẦN III KẾT LUẬN I KẾT LUẬN 28 Phần tập vật lý dạng mạch điện có biến trở liên quan đến đại lượng nhiều gồm tập định lượng Việc áp dụng phương pháp phân tích mạch điện giúp cho học sinh dễ hiểu chất dạng tập liên quan Thực tế qua nội dung học giúp học sinh nắm dạng tập mạch điện có biếm trở Các tập giúp học sinh xoáy sâu vấn đề, biết vận dụng để phân tích mạch điện dạng tập khó hơn, tạo cho em niềm say mê, hứng thú sáng tạo việc giải tập môn vật lý thực tiễn vấn đề Vật lý Sau áp dụng dạy ôn tập thêm cho học sinh kết đạt cao nhiều, cụ thể: Học sinh biết giải dạng tập, hiểu chất vấn đề biết vận dụng kiến thức 90%, đặc biệt đối tượng học sinh giỏi Vì thời gian trực tiếp hướng dẫn học sinh có hạn nên giáo viên phải rèn cho học sinh thói quen tự học Do nhiều dạng tập mà giáo viên đưa vào thêm, giới thiệu thêm số tài liệu tham khảo có liên quan để học sinh tự tìm tịi, nghiên cứu Trong điều kiện có hình thức học thân học sinh nâng cao kiến thức cho mà thơi Như vậy, ta khẳng định trí tuệ phương pháp dạy học thầy yếu tố định kết học tập học sinh Nhưng trí tuệ phương pháp hay khơng phải tự nhiên có mà đòi hỏi người thầy phải say mê với nghề, học hỏi rèn luyện lĩnh vực chuyên môn, học sâu sắc mà tơi rút trình giảng dạycủa thân thời gian qua II KIẾN NGHỊ Trên số kinh nghiệm nhỏ tơi Vì trình độ có hạn nên có cố gắng nỗ lực thân viết chắn cịn nhiều thiếu sót, nội dung dạng tập chưa thật đầy đủ, đưa ví dụ chưa nhiều Vì tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc, đặc biệt đồng nghiệp để nâng cao chất lượng giảng dạy Tơi xin chân thành cảm ơn! Châu Bình, ngày 20 tháng năm 2014 Người thực hiện: Nguyễn Phúc Toàn 29 ... sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện mạch (trang 29 SGK Vật lý 9) b) Có nhiều dạng tập có sử dụng biến trở Song phân làm dạng tập sau:: Dạng 1: “Cấu tạo biến trở? ?? Dạng 2: “Cách mắc biến trở. .. chung: Với dạng tập biến trở dùng điện trở biến đổi, ta phải sử dụng bất đẳng thức (0 ≤ R x ≤ Ro ) Ro điện trở toàn phần biến trở Và phải biết vẽ lại mạch điện tương đương để dễ dàng sử dụng định luật... Tính điện trở lớn biến trở? Phương pháp: Hướng dẫn Đổi đơn vị? Áp dụng cơng tính điện trở dây dẫn Rb = Bài giải Điện trở lớn biến trở: Rb = ρ l 0,43.10 −6.12 = = 24(Ω) S 0,125.10 −6 ρ l =? S Bài