Với mỗi bài dạy giáo viên phải nghiên cứu kỹ sách giáo khoa, để hiểu được dụng ý của từng mục trong sách giáo khoa, phải chuẩn bị tốt thí nghiệm, tìm tòi, nghiên cứu thêm tài liệu tham k[r]
(1)PHÒNG GD & ĐT QUỲ CHÂU
-
S¸ng kiÕn kinh nghiƯm
MỞ RỘNG MỘT BÀI TOÁN VẬT LÝ CƠ BẢN
THÀNH NHIỀU BÀI TOÁN VẬT LÝ NÂNG CAO
PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MÔN: VẬT LÝ 9
PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ
(2)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 mơn 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 trình công tác, qua học hỏi đồng nghiệp… rút phương pháp dạy đạt hiệu ngày cao cho học sinh giảng dạy,
" Mở rộng tốn Vật lí thành tốn Vật lý nâng cao phần sơ đồ mạch điện - Môn Vật lý 9".
Để thực điều trước hết người giáo viên phải có đủ kiến thức, có say mê nghề nghiệp, có lòng 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
II THỰC TRẠNG:
Học sinh đại trà đa số nhận thức có hạn, nên giải dạng tập
(3)Qua khảo sát thực tế số trường THCS nhu cầu ham thích học, chất lượng học Vật lí sau:
Nhu cầu ham thích học Vật lí
TT Nội dung Tỷ lệ
1 Ham thích học lí thuyết %
2 Ham thích học thực hành 70 %
3 Ham thích học giải tập 10 %
4 Ham thích học ba nội dung 10 % Không xác định thích nội dung %
Chất lượng giải tập Vật lí
TT Nội dung Tỷ lệ
1 Không biết giải tập 15 %
2 Biết giải tập 65 %
3 Biết giải tập, hiểu chất 15 % Biết vận dụng dạng tập giải %
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
III 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
(4)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
PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CƠ BẢN:
1 Bước thứ nhất: - Tìm hiểu đề
- Đọc ghi ngắn gọn liệu xuất phát phải tìm - Mơ tả lại tình nêu đề bài, vẽ hình minh hoạ
- Nếu đề yêu cầu phải dùng đồ thị làm thí nghiệm để thu liệu cần thiết
2 Bước thứ hai:
- Xác lập mối quan hệ liệu xuất phát 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, công 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 cần tìm
3 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
4 Bước thứ tư:
- Kiểm tra, xác nhận kết
(5)Hình
R
R
R
- Kiểm tra xem trả lời hết câu hỏi, xét hết trường hợp chưa? - Kiểm tra lại xem tính tốn có khơng?
- Kiểm tra thứ ngun xem có phù hợp khơng?
- Xem xét kết ý nghĩa thực tế có phù hợp khơng? - Kiểm tra kết thực nghiệm xem có phù hợp khơng?
II PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN
1.Tính điện trở tương đương đoạn mạch chưa nhìn rõ cấu trúc của mạch.
- Bước 1: Tóm tắt đầu đặt tên điện trở (nếu cần)
- Bước 2: Đặt tên điểm đặc biệt mạch (thường nút) tiến hành vẽ lại mạch
Lưu ý: +Các điểm đặc biệt thường đặt thẳng hàng
+Vẽ lại mạch cho tớí mạch nhìn rõ cấu trúc (chập điểm có điện với nhau)
- Bước 3: Viết cấu trúc mạch giải toán mạch điện hỗn hợp 2 Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp song song:
- Xác định cấu trúc mạch Ta chập hai đầu dây dẫn (hoặc hai đầu dụng cụ có R 0) thành điểm hay tách điểm thành đầu dây dẫn
- Sử dụng định luật Ôm cho đoạn mạch, kết hợp với tính chất dịng điện nút
- Tính tốn đưa kết
III CÁC VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN
1) Dạng 1:
Bài 1.1: Tính điện trở tương đương mạch điện Hình 1, biết điện trở có giá trị R
(6)R1
R2
R3
A
B
Hình
R1
R2
R3
A
D
B
C
R1
R2
R3
Hình
Giải:
- Bước 1: Tóm tắt đầu đặt tên điện trở (nếu cần)
R1 = R2 = R3 = R Tính Rtđ = ?
- Bước 2: Đặt tên điểm đặc biệt mạch (thường nút) lưu ý cho HS:
+ Các điểm nối với dây nối (ampekế) có điện trở khơng đáng kể coi trùng ta tiến hành vẽ lại mạch
+ Vơn kế có điện trở vơ lớn (tháo ra) tính tốn
+Trong khơng có ghi đặc biệt, người ta thường coi
,
A V
R O R
? Ta nhập nút với nhau? Mạch vẽ lại Hình Nếu HS chưa vẽ giáo viên gợi ý thêm ? Giữa điểm Avà C có điện trở? Giữa điểm C D có điện trở? Giữa điểm Avà C có điện trở ?
Từ HS vẽ lại mạch Từ sơ đồ mạch điện ta có: td
R
R
Bài 1.2: (Mở rộng toán 1) Từ sơ đồ Hình 3, điều kiện tốn Thêm R4 = R(ta có hình 5) Hãy tính RAB?
Hình 3.
(7)R1 R2 R3 R4 C A D B R1 A R2
R3 R4 D R1 R2 R3 R4 C A D B V Giải:Mạch vẽ lại Hình 6:
Từ sơ đồ mạch điện ta có:
Cấu trúc mạch điện: R1 // [R4 nt (R2 //R3 )]
Điện trở tương đương: 23
R R R R R
R
R R R R
234 23
3
2
R R
R R R R
234 234
3
2
5 td R R
R R R
R
R
R R R
Bài 1.3: (Mở rộng toán 1.2). Biết điện trở có giá trị R Mắc thêm Vơn kế vào hình Hãy tính RAB?
Giải: Vì Rv lớn nên dịng điện khơng qua Vơnkế Ta có mạch điện tương
đương sau (Hình 8):
(8)R1
A
B
R2
R4
R3
D
Hình
R1
R2
R3
R4
C
A
D
B
R5
Từ sơ đồ mạch điện ta có:
Cấu trúc mạch điện: [(R1 nt R2)//R4]nt R3
Điện trở tương đương:
2
2
AB AD
R R R
R R R R
R R
(Từ tốn Nếu thay Vơn kế Ampe kế RA bé nên ta có toán
tương tự 2)
Bài 1.4: (Mở rộng tốn 1.3) Biết điện trở có giá trị R Mắc thêm điện trở R5
=
R vào hình Hãy tính RAB?Giải:
Ta có mạch điện tương đương sau (Hình 10):
Hình 9.
(9)A
B
Hình 10
R1
R5
R4
R3
R2
D
C
(10)R1 R2 R3 M A N B A1 A2 R1 R2 R3 I1 I2 I3 Hình 12 B
Từ sơ đồ mạch điện ta có:
Vì tính chất đối xứng nên chập C với D Điện trở tương đương:
2
2 2
AB
R R R
R R
* Khi HS quen với việc phân tích sơ đồ ta không cần đặc tên điện trở R1 =
R2 = R3 = R.như mà tính Rtđ theo (hình 1) ln
Bài 1.5: (Cho số liệu cụ thể)
Bài 1.5.1: Cho mạch điện hình 11: UAB = 6V; R1 = 10; R2 = 15;
R3 = 3; RA1 = RA2 Xác định chiều cường độ dòng điện qua Ampe
kế?
Giải:
- Do điện trở ampe kế nhỏ nên ta chập đầu dây ampe kế lại Khi ta có mạch sau:
Cấu trúc mạch: R1 // R2 //R3
- Cường độ dòng điện chạy qua điện trở là:
1 0,6 10 AB U I A R 2 0, 15 AB U I A R 3 AB U I A R
1 0,6 0,
I I I I A
A
Hình 11.
(11)R1
R2
R3
M
A
N
B
A1
A2
IA1
IA2
I2
I3
Hình 13
R1
R2
R3
B
A
C
D
A2
A1
Hình 14
K1
K2
- Chiều dòng điện qua ampekế:
IA1 = I – I1 = - 0,6 = 2,4A
IA2 = I – I3 = - = 1A
Bài 1.5.2:
Cho mạch điện hình vẽ (Hình 14): R1= R2 = 6; R3 = 3 UAD = V
Các Ampe kế có điện trở khơng đáng kể Xác định số Ampe kế a) Khi K1 ngắt, K2 đóng
b) Khi K1 đóng, K2 ngắt
c) Khi K1, K2 đóng
Giải:
a) Khi K1 ngắt, K2 đóng
- A1 số O; B trùng D nên mạch điện mắc sau: R1 nt A2
- A2 :
2
1
6 A
U
I A
R
b) Khi K1 đóng, K2 ngắt
(12)R2
R1
I3 I1
I2
R3
R1
Hình15
Vậy A1 :
1
3
6 A
U
I A
R
c) Khi K1, K2 đóng
- C trùng A: B trùng D
=> Cấu trúc mạch sau: R1 // R2 //R3(Hình 15)
1
6 U
I A
R
,
2
6 U
I A
R
,
3
6 U
I A
R
Dịng điện mạch là:
I = I1 + I2 + I3 = + + = 4A
Biểu diễn chiều dòng điện lược đồ thực ( Dựa vào chiều dịng lược đồ rút gọn).(Hình 16)
Số Ampe kế A1:
Tại nút A: IA1 + I1 = I
(13)R1
R2
R3
B
A
C
D
A2
Hình 16
IA1
I2
I3
I
A2
A
B
Hình 17
R1
R3
R2
R4
D
C
A
+
IA1 = I - I1 = - = 3A
Số Ampe kế A2 :
Tại nút D: IA2 + I3 = I
IA2 = I - I3 = - = 2A
* Sau KS biết phân tích mạch điện ta thêm tập với điện trở yêu cầu tính giá trị R
Bài 1.5.3: Cho mạch điên hình vẽ
Biết: R1 = R2 = 20 R1.R4 = R2.R3 Hiêụ điện điểm Avà B UAB =
18V Bỏ qua điện trở dây nối Ampe kế a) Tính điện trở tương đương đoạn mạch AB?
b) Giữ nguyên vị trí R2, R4 ampekế, đổi chỗ R3 R1 thấy ampekế
0,3A cực dương ampekế mắc C Tính R1, R4?
(14)(15)A
B
Hình 18
R1
R3
R2
R4
D
C
A
+
(16)
a) Theo đề R1.R4 = R2 R3
1
3 R4
R R
R
Đặt
1 2
1
3
20 20 ;
R
R R R
k R kR k R
R k k
Do Ampe kế có điện trở khơng đáng kể nên ta chập C với D Điện trở tương đương mạch điện là:
3
1
R +R AB
R R R R
R
R R
(1)
Thay R1 = 20k, R2 = R3 = 20, R4 = 20/k vào biểu thức (1)
Ta có RAB = 20
b) Khi đổi chỗ R1 R3 cho nhau, sơ đồ mạch điện hình 19
Gọi I cường độ dòng điện chạy mạch Chập C với D Do R2 = R3 nên
3 ;
2 I
I I
4
1
R
I I
R R
(17)A
B
Hình 19
R3
R1
R2
R4
D
C
A
+
_
(18)Cực dương Ampe kế mắc C nên dịng điện qua Ampe kế có chiều từ C dến D
Cường độ dòng điện qua Ampe kế là:
4
1
A
R I
I I I I
R R
1
1
( )
0, 3( )
2( )
A
I R R
I A
R R
(1) Điện trở đoạn mạch điện là:
3
1 4
400
10
AB
R R R
R
R R R R
Cường độ dịng điện qua mạch là:
18 400 10
AB U I
R
R R
(2) Thay (2) vào (1) rút gọn ta được: R1 - 2R4 = 20 (3)
Theo đề bài: R1.R4 = R2.R3 = 20.20 => R1.R4 = 400 (4)
Từ (3) (4) ta có: R12 - 20R1 - 800 =
Giải phương trình trên, loại nghiệm âm
Ta được:
400
40( ) 10( )
R R
R
Bài 1.5.4: Cho mạch điên hình 20 Các điện trở R1, R2, R3 ,R4 Ampe kế
hữu hạn, hiệu điện hai điểm AB không đổi
a) Chứng minh rằng: Nếu dòng điện qua Ampe kế IA =
3
2
R R
R R .
b) Cho U = 6V, R1 = 3, R2 = R3 = R4 = Điện trở Ampe kế nhỏ không
(19)Hình 20 R1 R3 R2 R4 D C U A B A A B Hình 21 R1 R3 R2 R4 D C A + _ I1 I3 I2 I4
c) Thay Ampe kế Vôn kế có điện trở lớn Hỏi Vơn kế bao nhiêu? Cực dương vôn kế mắc vào điểm C hay D?
Giải:
Gọi dòng điện qua điện trở R1, R2, R3 ,R4 qua Ampe kế tương ứng là: I1, I2,
I3 ,I4 IA
Vẽ lại mạch điện ta có:
a) Theo ra: IA = nên
1
1
; ;
U U
I I I I
R R R R
(1)
Từ hình vẽ ta có: UCD = UA = IA RA = => UAC = UAD hay I1R1 = I2.R2 (2)
Tử (1) (2) ta có:
3
1 2
1 4 2
R R
U R U R R R R R
R R R R R R R R R R R R
Vì RA = nên ta chập C với D Khi R1//R2 nên
1 12 3.6 3+6 R R R R R
R3//R4 nên
3 34 6.6 6+6 R R R R R
Hiệu điện R12:
12 12
12 34
2, U
U R V
R R
-> Cường độ dòng điện qua R I:
(20)B
A
D
C
Hiệu điện R34: U34 U U12 3, 6V
-> Cường độ dòng điện qua R3 I3:
34
3
3,
0, 6
U
I A
R
c) Theo Rv nối vào C, D thay cho Ampe kế đó:
1
1
6
3
U
I I A
R R
2
2
6
0, 6
U
I I A
R R
Hiệu điện R1:
1 1
2
.3
3
U I R V
Hiệu điện R2: U2 I R2 0, 5.63V
Ta có: U1 + UCD = U2 -> UCD = U2 - U1 = 1V
Vôn kế 1V -> Cực dương vôn kế mắc vào C 2) Dạng 2:
Bài 2.1: Cho mạch điện hình vẽ (Hình 22). Các điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở tương đương hai điểm A B?
Ta có: Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:
2
2
AB
R R
R R
R R
Bài 2.2: (Mở rộng tốn 1) Cho mạch điện hình vẽ Các điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở tương đương giưa hai điểm A B?
Hình 22.
(21)B
A
D
C
O
A
B
D C
Hình 24
B
A
D
C
O
Hình 25
Vì tính chất đối xứng, chập C,D Ta có mạch điện sau (Hình 24):
Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:
2
3 3
AB
R R R
R
Bài 2.3: (Mở rộng toán 2) Cho mạch điện hình vẽ (Hình 25). Các điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở tương đương hai điểm A O?
Giải:
Vì tính chất đối xứng, chập C,D (vì có điện thế). Ta có mạch điện (Hình 26):
Hình 23.
(22)C D A B Hình 26. R0 A H G F B D C E 12 10 11
Giả sử chưa nối điện trở R0 A O mạch AO có cấu trúc mạch là:
AC nt [(CO//(DB nt BO)] [ //(2 )]
R R R
nt ntR
Điện trở A O chưa mắc R0 R1:
1
0,5 (0,5 )
0,5 0,875
0,5 0,5
R R R
R R R
R R R
Điện trở RAO mắc R0 vào (như sơ đồ hình 26) là RAO = (R0 // R1) 0,785
0, 467 0,785 AO R R R R R R 3) Dạng 3:
Bài 3.1: Cho mạch điện hình vẽ Các đoạn dây dây điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở RAG?
Hình 27.
(23)A
DEB G
CHF
R1,2,3 R4,5,6,7,8,9 R10 11 12
A
H
G
F
B
D
C
E
12
10
11
Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có: Cấu trúc mạch điện:
(R1 // R2 // R3) nt (R4 // R5 // R6 // R7 // R8 // R9) nt (R10 // R11 // R12)
Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:
5
3 6
AB
R R R R
R
Bài 3.2: (Mở rộng 1) Cho mạch điện hình vẽ Các đoạn dây dây điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở RAD?
* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương sau:
Hình 28.
Hình 29.
(24)A
D
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R9
R7
R8
R10 R11
R12
EB
CH
F
G
Hình 30
Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có cấu trúc mạch sau:
{{[(R7 // R8) nt R12 nt (R10 // R11)] // (R6 // R9)} nt (R1 // R2) nt (R4 // R5)} // R3
Điện trở tương đương đoạn mạch BC là:
( ) 2
2 2 .
5
2 2
BC
R R R
R R
R
R R R
R
2
( ) 7
2 .
2 12
2
AD
R R R
R R
R
R R R
R
(25)A H G F B D C E 12 10 11 A G DEB HCF R3 R12 R11 R10 R4 R5 R6 R7 R8 R2 R1 R13
* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương sau:
Từ sơ đồ mạch điện tương đương ta có cấu trúc mạch sau:
[(R1// R2 // R3) nt (R4 // R5 // R6 // R7 // R8 // R9) nt (R10 // R11 // R12)] // R13
Điện trở tương đương đoạn mạch AG là:
5
( ) 5
3 18 .
5 11
3 18
AG
R R R R
R R R
R
R R R R
R R
PHẦN II KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN
Hình 31
(26)Phần tập vật lý dạng sơ đồ mạch điện liên quan đến đại lượng nhiều gồm tập định lượng Việc áp dụng phương pháp phân tích sơ đồ 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 sơ đồ mạch điện 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 day 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%
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
Nh ta khẳng định trí tuệ phơng pháp dạy học thầy yếu tố định kết học tập học sinh Nhng trí tuệ phơng pháp hay khơng phải tự nhiên có đợc mà địi hỏi ngời thầy phải say mê với nghề, học hỏi rèn luyện lĩnh vực chun mơn, học sâu sắc mà chỳng tơi rút đợc q trình giảng dạycủa thân thời gian qua
II KIẾN NGHỊ
Trên số kinh nghiệm nhỏ chúng tơi Vì trình độ có hạn nên có cố gắng nỗ lực thân viết chắn cịn nhiều thiếu sót.như nội dung chưa thật đầy đủ, trình bày chưa thật khoa học Vì mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc, đặc biệt đồng nghiệp để chúng tơi nâng cao chất lượng giảng dạy
Chúng xin chân thành cảm ơn!
Quỳ Châu, ngày 12 tháng năm 2010
(27)