SKKNly

Quá trình giải một bài toán Vật lý thực chất là tìm hiểu điều kiện bài toán, xem xét hiện tượng Vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức Vật lý, Toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể[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

Đồng tác giả: Phạm Thị Thu Hà

Đơn vị công tác: Trường THCS Hạnh Thiết, Quỳ Châu

Nguyễn Phúc Tồn

Đơn vị cơng tác: Trường THCS Châu Bình, Quỳ Châu

Điện thoại: 0974994224 - 0946209828 Năm học : 2009 - 2010 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 xun, qua q trình cơng 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 toán 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 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

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 % Khơng 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 tốn Vật lý Tuy nhiên, từ phân tích thực chất hoạt động giải toán Vật lý, ta nét khái qt, 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, 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 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

- 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 không?

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 không 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 tốn 1) Từ sơ đồ Hình 3, điều kiện toán 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:

2 23

2

R R R R R

R

R R R R

  

 

234 23

3

2

R R

R R R  R 

234 234

3

2

3 5

2 td

R R

R R R

R

R R R

  



Bài 1.3: (Mở rộng tốn 1.2). Biết điện trở có giá trị R Mắc thêm Vôn 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):

Hình 7.

Hình 6.

Hình 5.

(8)

R1

A

B

R2

R4

R3

D

Hình

R1

R2

R3

R4

C

A

D

B

R5

A

B

Hình 10

R1

R5

R4

R3

R2

D

C

Cấu trúc mạch điện: [(R1 nt R2)//R4]nt R3

Điện trở tương đương:

2

AB AD

R R R

R R R R

R R

    



(Từ toán Nếu thay Vơn kế Ampe kế RA bé nên ta có tốn

tương tự 2)

Bài 1.4: (Mở rộng toán 1.3) Biết điện trở có giá trị R Mắc thêm điện trở R5

=

Giải:

Ta có mạch điện tương đương sau (Hình 10):

Vì tính chất đối xứng nên chập C với D Điện trở tương đương:

Hình 9.

(9)

R1

R2

R3

M

A

N

B

A1

A2

R1

R2

R3

I1

I2

I3

Hình 12

B

2

2 2

AB

R R R

R    R

* Khi HS quen với việc phân tích sơ đồ ta khơng cần đặc tên điện trở R1 =

R2 = R3 = R.như mà tính Rtđ theo (hình 1)

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

6 0,6 10 AB U

I A

R

  

2

6 0, 15 AB U

I A

R

  

3

6 AB U

I A

R

  

1 0,6 0,

I I I I A

       

- Chiều dòng điện qua ampekế:

A

Hình 11.

(10)

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

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

- A2 số O: C trùng A nên mạch lại là: A1 nt R3

Vậy A1 :

1

3

6 A

U

I A

R

(11)

R2

R1



I3 I1

I2

R3

R1



Hình15

R1

R2

R3

B

A

C

D

A2

Hình 16

IA1

I2

I3

I

A2

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

  

Dòng điện mạch là:

I = I1 + I2 + I3 = + + = 4A

Biểu diễn chiều dòng điện lược đồ thực ( Dựa vào chiều dòng lược đồ rút gọn).(Hình 16)

Số Ampe kế A1:

Tại nút A: IA1 + I1 = I

(12)

A

B

Hình 17

R1

R3

R2

R4

D

C

A

+

A

B

Hình 18

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?

* Sau KS biết phân tích mạch điện ta thêm tập với điện trở yêu cầu tính giá trị R,và đại lượng vật lý khác

Giải:

a) Theo đề R1.R4 = R2 R3

1

3 R4

R R

R

(13)

A B Hình 19 R3 R1 R2 R4 D C A + _ 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 không 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 

1 R I I R R  

Cực dương Ampe kế mắc C nên dòng 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       4 ( )

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

   

(14)

Hình 20

R1

R3

R2

R4

D

C

U

A

B

A

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 khơng đổi

a) Chứng minh rằng: Nếu dịng 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

đáng kể Xác định chiều dòng điện qua Ampe kế số nó?

c) Thay Ampe kế Vơn 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

(15)

A B Hình 21 R1 R3 R2 R4 D C A + _ I1 I3 I2 I4

a) Theo ra: IA = nên

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 R1 I1:

12 1 2.4 0.8 U I A R   

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

6

3

U

I I A

R R       4 0, 6 U

I I A

R R

   

 

Hiệu điện R1:

1 1

2

.3

3

U I R   V

(16)

B

A

D

C

B

A

D

C

O

A

B

D C

Hình 24

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

AB

R R

R R

 



Bài 2.2: (Mở rộng toán 1) Cho mạch điện hình vẽ Các điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở tương đương giưa hai điểm A B?

Vì tính chất đối xứng, chập C,D Ta có mạch điện sau (Hình 24):

Điện trở tương đương đoạn mạch AB là:

Hình 22.

Hình 23.

(17)

B

A

D

C

O

Hình 25

C D

A

B

Hình 26.

R0

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):

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



  

 

(18)

A

H

G

F

B

D

C

E

12

10

11

A

DEB G

CHF

R1,2,3 R4,5,6,7,8,9 R10 11 12 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?

* Ta có sơ đồ mạch điện tương đương sau:

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

Hình 27.

Hình 28.

(19)

A H G F B D C E 12 10 11 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

AD

R R R

R R

R

R R R

(20)

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

Bài 3.3: (Mở rộng toán 2) Cho mạch điện hình vẽ Các đoạn dây dây điện trở có giá trị R Hãy tính điện trở RAG?

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

(21)

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 đòi hỏi ngời thầy phải say mê với nghề, học hỏi rèn luyện lĩnh vực chuyên môn, học sâu sắc mà chỳng tơi rút đợc 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 chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc, đặc biệt đồng nghiệp để chúng tơi nâng cao chất lượng giảng dạy

Chúng tơi xin chân thành cảm ơn!

Quỳ Châu, ngày 12 tháng năm 2010

(22)