Sáng kiến “Một số giải pháp giúp học sinh lớp 9 giải bài tập Vật lý nâng cao phần điện học” có khả năng áp dụng rộng rãi và có tính khả thi cao đối với các trường học trong huyện nói riê[r]
(1)I Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng:
- Tên sáng kiến: “Một số giải pháp giúp học sinh lớp giải tập Vật lý nâng cao phần điện học”
- Lĩnh vực áp dụng: Lĩnh vực Giáo dục II Nội dung
1 Giải pháp cũ thường làm
Phần điện học giáo viên dạy em theo chủ đề theo tiết học sách giáo khoa, từ kiến thức đưa tập từ dễ đến khó Cụ thể:
Dạng 1: Định luật Ôm
Dạng 2: Định luật Ôm đoạn mạch nối tiếp Dạng 3: Định luật Ôm đoạn mạch song song Dạng 4: Định luật Ôm đoạn mạch hỗn hợp Dạng 5: Điện trở dây dẫn
Dạng 6: Biến trở
Dạng 7: Công- Công suất Dạng 8: Định luật Jun-Len xơ
Với dạng, giáo viên cung cấp cho em kiến thức (chủ yếu công thức áp dụng) đưa tập từ dễ đến khó, yêu cầu em tìm cách giải Có học sinh khơng làm giáo viên lại hướng dẫn cho em chưa rút học hay phương pháp cho dạng Có phải sử dụng đến cơng thức tốn học giáo viên lại cung cấp cho em để áp dụng vào
Với cách làm nhận thấy có ưu điểm hạn chế sau: 1.1 Ưu điểm giải pháp cũ
Với tập bản, học sinh cung cấp công thức nên vận dụng tương đối tốt Các dạng đưa phân theo trọng tâm theo sách giáo khoa, học sinh nắm công thức cách giải dạng
1.2 Tồn tại, hạn chế giải pháp cũ
- Học sinh không tự phân loại tập, việc phân loại phương pháp giải cho dạng chưa linh hoạt sáng tạo
- Từ dạng chưa rút kinh nghiệm hay phương pháp cho em tư nhanh hơn, giải tốn nhanh hay thơng minh
(2)máy mọc cách làm mà chưa vận dụng khác
- Cách phân loại tập tơi chưa hợp lí, cịn thiếu dạng tập sáng tạo, nâng cao
- Do em lúng túng giải tập Với kiến thức sách giáo khoa đưa gặp tập phần điện học có dạng đặc biệt không tường minh, học sinh tìm hướng giải kết cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi năm trước chưa cao
Chính tơi mạnh dạn đưa sáng kiến: “Một số giải pháp giúp học sinh lớp giải tập Vật lý nâng cao phần điện học”
2 Giải pháp mới, cải tiến
Trước tiên, giáo viên cần giúp học sinh nắm vững kiến thức phần Điện học Các công thức vật lý, đơn vị đại lượng cách biến đổi, vận dụng công thức cho phù hợp với Cung cấp thêm cho em kiến thức bổ trợ nâng cao tài liệu tham khảo, tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi
Chú trọng hình thành lực ( Tự học; Giải vấn đề; Sáng tạo; Hợp tác; Tính tốn )
Bên cạnh giáo viên phải giúp học sinh nhớ lại nắm vững kiến thức mơn Tốn bổ trợ trước đưa tập Cung cấp cho học sinh kiến thức toán học thủ thuật cần thiết trình giải tập vật lý (phương trình nghiệm nguyên, tìm cực đại, cực tiểu, tam thức bậc hai, …)
2.1 Giải pháp 1: Bổ trợ kiến thức toán học cần thiết cho học sinh
Với tốn khó kĩ tốn học yếu tố định thành công học sinh cần phải có kĩ sau:
+ Kĩ đọc hiểu đề
+ Kĩ biểu diễn hình minh họa đề (nếu có) + Kĩ phân tích tượng vật lý xảy
+ Kĩ sử dụng công thức (định luật, định nghĩa, khái niệm, tính chất, ) + Kĩ suy luận (tốn học, lý học, ) lơgic
+ Kĩ tính tốn để đến đáp số cuối + Kĩ biện luận
Sau số kiến thức Toán học em cần nắm vận dụng trong giải tập Vật lí:
2.1.1 Hệ phương trình bậc nhiều ẩn số. Hệ phương trình dạng đối xứng
(3)x + z = c (3)
( Cách giải hệ phương trình dạng phần phụ lục trang1 ) Dạng 2: z (y + x ) / ( x + y +z ) = a (1)
y ( x+ z) / ( x + y +z ) = b (2) x (y + z ) / ( x + y +z ) = c (3)
( Cách giải hệ phương trình dạng phần phụ lục trang1)
Sau hai ví dụ thực tế học sinh giải tập vật lý thường gặp cho cách giải
Ví dụ 1: Cho hộp đen vẽ Với dụng cụ vôn kế, ampe kế, nguồn điện, dây nối khoá K Bằng thực nghiệm xác định điện trở hộp
Hình
Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 2 Ví dụ 2: Cho mạch điện
như hình vẽ Biết điện trở đoạn mạch 8 Nếu thay đổi vị trí R1
R2 ta điện trở đoạn mạch
16, thay đổi vị trí R1 R3 ta
được điện trở đoạn mạch 10
Tính điện trở
Hình Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang3
2.1.2 Bất đẳng thức
Dạng học sinh thường gặp giải tốn cơng suất dịng điện, biến trở thay đổi giá trị tìm giá trị cực đại, cực tiểu
*Bất đẳng thức Cô si:
Cho a1, a2, , an số khơng âm thì:
a1+a2+ +an
n ≥
n
√a1.a2 an
Hay: a1+a2+ .+an≥ n n
√a1.a2 an Dấu “=” xảy ⇔ a1 = a2 = = an
R1 R2
R3
3
2
(4)Áp dụng với số a, b khơng âm, ta có: a+2b≥√ab hay: a + b 2 √ab
Dấu “=” xảy a = b
Trong toán vật lý đưa ra\được lập luận a = b giải rất nhiều vấn đề liên quan.
2.1.3 Sử dụng nghiệm phương trình bậc hai: ax2+bx+c=0
Trong toán vật lý thường giá trị thật, nên tốn ln có nghiệm Khi gặp tốn tìm giá trị cực đại cực tiểu ta lợi dụng 0, với
Δ = b2 - 4ac
Ví dụ 3: Cho mạch điện gồm 1 biến trở Rx mắc nối tiếp với điện trở
R0 vào nguồn điện có hiệu điện
khơng đổi U Tìm giá trị Rx để cơng
suất tiêu thụ lớn nhất? Hình Cách 1: Dùng phép biến đổi
Nguyên tắc chung khảo sát đại lượng theo giá trị biến đổi, tốt nhất nên hình thành biểu thức đại lượng khảo sát theo giá trị biến đổi để giải
Cách 2: Dùng bất đẳng thức để giải
Cách 3: Giải theo phương trình bậc hai với ẩn Px
Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 3
2.2 Giải pháp thứ hai: Phân loại hướng dẫn giải dạng tập theo từng dạng
2.2.1 Loại mạch điện tương đương - Các quy tắc chuyển mạch.
Chủ yếu phần hình thành mạch điện tương đương, tính điện trở theo điện trở thành phần số mạch đặc biệt khác:
*Phương pháp:
- Dựa theo tính chất đoạn mạch nối tiếp, song song chương trình Vật lý THCS
- Các thủ thuật khác (thủ thuật biến đổi tương đương, chập mạch, bỏ điện trở, ghép điện trở,…) Đặc biệt phần sâu vào kinh nghiệm dùng thủ thuật để giải tập (các dạng tập mà khơng thể áp dụng tính chất thông thường đoạn mạch để giải được)
- Toán học hổ trợ phần tập phương trình nghiệm nguyên (2 ẩn, ẩn) phương trình bậc hai
- Từng tốn rút cho học sinh biết điểm thủ thuật giải Tóm lại: Bài tốn tính điện trở toàn mạch dựa điện trở thành phần dựa theo qui tắc sau:
R0
(5)a Qui tắc biến đổi tương đương dựa tính chất đoạn mạch mắc nối tiếp, mắc song song (đoạn mạch tuý song song, tuý nối tiếp hay hỗn hợp song song nối tiếp)
b Qui tắc chập mạch điểm có điện :
Trong trường hợp điểm có điện thường gặp toán
+ Các điểm nằm đường dây nối
+ Các điểm nằm hai bên phần tử có điện trở khơng đáng kể (như khoá K, ampe kế A, phần tử khơng có dịng điện qua, mạch có tính đối xứng, mạch có điện nhau,…)
c Qui tắc tách nút: Ta tách nút thành nhiều nút khác các điểm vừa tách có điện thé (ngược lại với qui tắc 2)
d Qui tắc bỏ điện trở:
Ta bỏ điện trở (khác khơng), đầu điện trở có điện
Ta vận dụng quy tắc cho loại mạch: mạch đối xứng, mạch cầu cân bằng, mạch bậc thang
e Qui tắc chuyển mạch thành tam giác ngược lại. a) Biến đổi mạch tam giác thành mạch hình
Hình Hình
Biến đổi mạch tam giác (hình 4) thành mạch hình (hình 5) Khi hai mạch tương đương ta có (hình 6):
(6)Xuất phát từ RAB ; RAC ; RBC không đổi ta chứng minh
RAB=R3(R1+R2)
R+R2+R3=R13+R23 (1) RAC=
R1(R2+R3)
R1+R2+R3=R13+R12 (2) RBC=
R2(R1+R3)
R1+R2+R3=R12+R23 (3)
Cộng phương trình theo vế chia cho ta được:
R1R2+R2R3+R1R3
R1+R2+R3 =R12+R13+R23 (4)
Trừ (4) cho (1) ta được: R12= R1R2 R1+R2+R3
Trừ (4) cho (2) ta được: R23= R2R3 R1+R2+R3
Trừ (4) cho (3) ta được: R13= R1R3 R1+R2+R3
b) Biến đổi mạch thành mạch tam giác
Tương tự, biến đổi mạch hình R1, R2, R3 thành mạch tam giác R12, R23,
R13 Khi hai mạch tương đương ta có:
R12=R1+R2+R1.R2 R3
R23=R2+R3+R2.R3 R
R13=R1+R3+R1.R3 R2
Hình
f Mạch tuần hoàn: Mạch mà điện trở lặp lại cách tuần hồn kéo dài vơ hạn (chu kì lặp gọi mắt xích) Với loại ta giả sử điện trở R mạch không thay đổi ta nối thêm mắc xích
g Khi hai đầu dụng cụ dùng điện bị nối tắt dây dẫn (khoá K, ampe kế A) có điện trở khơng đáng kể coi dụng cụ khơng hoạt động
Ví dụ 4: Phải dùng điện trở loại r = 5 để hình thành mạch
điện có điển trở 3 ; 6 ; 7
Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang5
(7)Hình Hình 10
Hình 11 Hình 12
Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang5
Các điểm nối với dây dẫn có điện nhau, chập điểm lại ta có sơ đồ tương đương Dựa vào sơ đồ tương đương ta dễ dàng tính điện trở tương đương đoạn mạch
Ví dụ 6: Cho mạch điện hình vẽ, mỗi cạnh có điện trở r (ví dụ AB, AC, BC,…) Tính điện trở tương đương khi:
a) Dòng điện vào nút A nút B b) Dòng điện vào nút C nút D
c) Dòng điện vào nút A nút O Hình 13
*Đây mạch đối xứng, phương pháp giải mạch điện là:
a Xác định trục đối xứng mạch điện nằm mặt phẳng mặt đối xứng mạch điện nằm không gian
+ Trục hay mặt đối xứng rẽ đường thẳng hay mặt phẳng qua nút vào nút dòng điện phân chia mạch điện thành nửa đối xứng
+ Trục hay mặt đối xứng trước sau đường trung trực hay mặt trung trực nối điểm vào điểm dòng điện (Khơng phải thiết mạch điện có hai trục đối xứng trên)
b Dựa vào đối xứng đoạn mạch xác định đối xứng cường độ dòng điện
c Những điểm thuộc mặt phẳng vng góc với trục đối xứng rẽ có điện (các cạnh có điện trở bàng nhau), chập điểm lại Những điểm nằm trục ta tách
d Những điểm nằm trục đối xứng trước sau ta chập lại tách Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang
A B
C D
G E
(8)2.2.2 Bài tốn chia dịng, chia thế. *Phương pháp:
a) Bài tốn chia dịng:
Ta áp dụng định luật Ôm cho điện trở ghép song song công thứ dẫn xuất tương đương:
+ Cơng thức tính dịng điện mạch rẽ từ dịng mạch chính:
I=U R1
=I.Rtđ R1 ;
I2=U R2
=I.Rtđ
R2 (*)
+ Nếu mạch song song gồm nhánh R1, R2 ta tìm dịng
theo cách sau:
* Cách thông thường giải hệ: ¿
I1+I2=I I1 I2=
R2 R1
¿{
¿ * Cách giải nhanh áp dụng công thức (*)
I=U R1
=I.Rtđ R1
=I R2
R1+R2 I2=U
R2
=I.Rtđ R2
=I R1 R1+R2
+ Định lí nút: Tổng đại số dòng điện đến nút tổng đại số các dòng điện khỏi nút
b) Bài tốn chia
+ Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch mắc nối tiếp
Hình 21 I = I1 = I2 = I3
U = U1 + U2 + U3
RMN = R1+R2+R3
U1 R1
=U2
R2
=U3
R3
= U
RMN ⇒ U1=U R1
RMN
; U2=U R2 RMN ,
+ Công thức cộng thế: Nếu A, B, C điểm mạch điện, ta có: UAC = UAB + UBC
(9)giải sử dụng định luật Ôm.
Ví dụ 7: Cho mạch điện hình vẽ Biết UAB = 21V không đổi, R1 = Ω
Biến trở có điện trở tồn phần RMN= 4,5 Ω Đèn có điện trở Rđ =4,5 Ω
Ampe kế, khóa K dây nối có điện trở khơng đáng kể Khi K mở, xác định giá trị phần điện trở RMC biến trở để độ sáng đèn yếu nhất?
Hình 22
Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 9
Ví dụ 8: Bốn điện trở giống hệt ghép nối tiếp vào nguồn hiệu điện không đổi UMN = 120V Dùng vơn kế V mắc vào M C, 80V
Vậy lấy vơn kế mắc vào điểm A B số V bao nhiêu?
Hình 23
Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 9 2.2.3 Vai trị ampe kế, vơn kế mạch điện.
*Phương pháp: Chúng ta làm quen với mạch điện có ampe kế vơn kế lí tưởng, tơi nói đến trường hợp khơng lí tưởng
+ Ampe kế: sơ đồ ampe kế có vai trị điện trở Trong trường hợp mạch phức tạp ta tính số ampe kế dựa vào định lý nút
+ Vôn kế: Có điện trở khơng q lớn có vai trò điện trở, số vôn kế loại trường hợp mạch phức tạp tính thơng qua cơng thức cộng
Ví dụ : Cho mạch điện như hình vẽ, ampe kế giống hệt Các điện trở r Biết A2 1A, A3 0,5A Hỏi A1 bao nhiêu?
(10)Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang 10
Ví dụ 10: Có ampe kế, vôn kế giống điện trở gồm hai loại mà giá trị chúng gấp lần mắc với hình 1a Số máy đo 1V, 10V 20mA
a) Chứng minh rằng: Cường độ dòng điện chạy qua điện trở có giá trị
b) Xác định giá trị điện trở mắc mạch
Hình 27 Hình 28
Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang11 2.2.4 Bài toán mạch cầu.
* Mạch cầu cân Dạng sơ đồ mạch cầu
Hình 29 + Khi I5= mạch cầu cân
Khi I1= I2 I3= I4; U1= U3 U2= U4
Suy ra: I1R1= I3R3
I2R2= I4R4 hay R1/R3 = R2/ R4 ; R1.R4 = R2 R3
Mạch điện coi tương đương với mạch điện sau, nghĩa vai trò R5 có khơng có mạch điện mạch điện
Hình 30
+ Khi I5 mạch cầu khơng cân Thì việc giải tốn theo
phương pháp đặt biệt khác
* Mạch cầu không cân bằng: R1/R3 R2/ R4 Hay R1.R4 R2 R3
A
+ - B
C
D
R1 R2
R3 R5 R4
A
+ - B
C
D
R1 R2
(11)Ví dụ 11: Cho mạch điện hình vẽ: R1= 1, R2= 1, R3= 2, R4=
3, R5= 1 Hiệu điện không
đổi ln trì U=10V Tính cường độ dịng điện qua điện trở điện trở toàn mạch
Hình 31 Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang12
2.2.5 Bài tốn cơng suất Phương pháp:
- Cơng thức tính cơng suất: P = I2R = U2/R = UI (1)
- Khi R1 nt R2 thì:
P1 P2
=R1
R2 (2)
- Khi R1 // R2 thì:
P1 P2
=R2
R1 (3)
Ví dụ 12: (Bài tốn bản)
Trong bóng mắc hình vẽ, bóng có điện trở R Cho biết cơng suất bóng thứ tư P4=1W Tìm
cơng suất bóng cịn lại
Hình 34 Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang 14
*Bài tốn tìm cơng suất cực đại, cực tiểu, biến trở.
Phương pháp giải toán sử dụng bất đẳng thức nghiệm phương trình bậc hai tơi trình bày mục 2.1.2 2.1.3
Ví dụ 13: (Tìm công suất cực đại, cực tiểu biến trở)
Cho mạch điện hình vẽ R0= 12 , đèn Đ có ghi 6V-3W Hiệu điện
U = 15V khơng đổi
Tìm vị trí chạy để đèn sáng bình thường
a) Điều chỉnh chạy phía A đèn sáng nào?
b) Tìm vị trí chạy để cường độ dịng điện qua biến trở cực đại Hướng dẫn: Phần phụ lục – Trang
2.2.6 Bài toán định luật Jun- Lenxơ Cơng dịng điện - Hiệu suất mạch điện.
Phương pháp:
* Nắm công thức sách giáo khoa: Đ Đ Đ Đ Đ A B A
+ - B
C
D
R1 R2
(12)+ Công dòng điện: A = P.t = UIt = U2
R t=I 2Rt
Đơn vị công: J kWh (1kWh = 3,6.106 J)
+ Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dịng điện chạy qua: Q = I2Rt (J)
Q = 0,24I2Rt (cal)
* Khi R1 nt R2 thì:
A1 A2=
I2R1t I2R2t=
R1 R2
* Khi R1 // R2 thì:
A1 A2=
U2 R1 t U2
R2t =R2
R1
Ví dụ 14: Dùng bếp điện để đun nước Nếu nối bếp với U1 = 120V thời
gian nước sôi t1 = 10 phút Nếu nối bếp với U2 = 80V thời gian nước sơi t2
= 20 phút Hỏi nối bếp với U3 = 60V nước sơi sau thời gian t3 bao lâu?
Cho biết nhiệt lượng hao phí tỉ lệ với thời gian đun nước Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang 15
2.2.7 Bài tốn mạch điện có bóng đèn- Cách mắc bóng đèn.
Bài tốn dạng chủ yếu tuý khai thác số liệu định mức bóng đèn (Uđm Pđm)
Từ số liệu bóng đèn ta suy đại lượng khác cường độ dòng điện định mức điện trở bóng đèn hoạt động bình thường Iđm=
Pđm/ Uđm R = (Uđm)2/ Pđm
Đối với bóng đèn
+ Khi chưa hoạt động điện trở nhỏ (điện trở đo ôm kế) nhỏ điện trở lúc thắp sáng nhiều lần (vì điện trở phụ thuộc nhiệt độ thắp sáng nhiệt độ dây tóc tăng đến vài ngàn độ C nên điện trở lớn)
+ Khi giải tốn bóng đèn với hiệu điện nhỏ ta thường bỏ qua phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ coi điện trở không thay đổi
+ Điện trở phụ thuộc nhiệt độ tính theo cơng thức: R = R0(1 + t)
trong = 1/273 gọi hệ số điện trở, R0 điện trở vật dẫn 00C
+ Thường giải tốn khảo sát mạch điện thắp sáng đèn hay tính hiệu suất ta dùng công thức: H= (P0/ P).100%
+ Phương trình cơng suất: Ptm= P0 + Ph
+ So sánh độ sáng bóng đèn
- Bản thân bóng đèn ta cần so sánh giá trị (U, I, P) thực tế với giá trị (Uđm, Iđm, Pđm) tương ứng đèn Để đến kết
(13)- Hai đèn khác có so sánh cơng suất thực tế với nhau, đèn có cơng suất thực tế lớn sáng
- Độ sáng thay đổi nào? Thường ta có kết luận sau (độ sáng tăng lên, độ sáng giảm xuống, độ sáng không thay đổi)
Ví dụ 15: Một nguồn điện có hiệu điện U = 32V dùng để thắp sáng cho bóng đèn loại 2,5V -1,25W Dây nối từ bóng đèn đến nguồn có điện trở Rd =1 Ω
a) Tìm cơng suất lớn bóng
b) Tìm cách mắc đèn để chúng hoạt động bình thường Trong cách mắc đó, cách mắc lợi nhất?
Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang 16 2.3 Tính mới, tính sáng tạo giải pháp mới
- Khi áp dụng sáng kiến nhận thấy học sinh cảm thấy dễ dàng việc tiếp cận với dạng tập nâng cao phần điện học Các em có cách giải hay, nhanh dễ hiểu Có thể vận dụng sáng tạo linh hoạt các tập tương tự
- Nổi bật sáng kiến điểm: phân dạng tập có hệ thống logic khoa học môn phần điện học Việc phân loại theo chủ đề nên trình giảng dạy tập bị trùng lặp giảng dạy thời gian dài tạo hứng thú cho học sinh
- Cung cấp cho học sinh kiến thức toán học thủ thuật cần thiết trình giải tập vật lý (phương trình nghiệm nguyên, tìm cực đại, cực tiểu, tam thức bậc hai,…)
- Chú trọng hình thành lực ( Tự học; Giải vấn đề; Sáng tạo; Hợp tác; Tính tốn )
- Kĩ toán học HS thành thạo nên việc giải tập Vật lý nâng cao phần điện học có nhiều tiến
Với sáng kiến nội dung kiến thức bao qt tồn chương trình chặt chẽ
III Hiệu kinh tế xã hội đạt được 1 Hiệu kinh tế:
Không xác định giá trị cụ thể 2 Hiệu xã hội
(14)học sinh giỏi nhà trường, nhóm chun mơn liên trường mơn Vật lí Mọi giáo viên làm tài liệu tham khảo để có hội giảng dạy tốt mơn vật lý kết hợp với kinh nghiệm thân để hoàn thiện, bổ sung, nâng cấp thường xuyên sáng kiến thành tài liệu riêng
Trong năm trước trường tơi chưa có học sinh đạt giải kì thi học sinh giỏi cấp huyện Khi tơi áp dụng giải pháp kết bồi dưỡng học sinh giỏi có kết định
Giải
Năm học
Cấp Huyện Cấp Tỉnh
Nhất Nhì Ba KK Nhất Nhì Ba KK
2013 - 2014 1 0
2014 - 2015 1 0 1
2015- 2016 1 0 0 1
2016 - 2017 1 0 0
IV Điều kiện khả áp dụng
1 Điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến Không cần điều kiện đặc biệt
2 Khả áp dụng sáng kiến