(Sáng kiến kinh nghiệm) hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho một bài tập về mạch điện

MỞ ĐẦU I NỘI DUNG ĐỀ TÀI Tên đề tài: “Skkn hướng dẫn học sinh phân tích tìm lời giải cho tập mạch điện” Lý chọn đề tài: Bài tập phương tiện giáo dục, giáo dưỡng cho học sinh giúp học sinh hiểu, khắc sâu phần lí thuyết Mặt khác tập hoạt động tự lực học sinh, phần nhiều tập làm nhà khơng có giúp đỡ, đạo giáo viên Đặc biệt mơn Vật lý khơng có tiết tập nên thực tế nhiều học sinh lung túng giải tập cho nhà nào, đặc biệt đòi hỏi phải tư nhiều Tình trạng phổ biến học sinh thụ động, máy móc, chưa có động học tập đắn, cịn giáo viên chủ trọng nhiều tới tập tính tốn học sinh thuộc cơng thức máy móc mà không hiểu rõ tượng Vật lý, ý nghĩa Vật lý cơng thức Bởi vậy, để giúp học sinh thực biết vận dụng kiến thức để giải tập điều quan trọng trước hết phải hướng dẫn học sinh phân tích tượng, xác định tính chất, nguyên nhân, quy luật Vật lý, áp dụng công thức vào tập cụ thể Với yêu cầu thời trên, đề tài nhằm nêu lên thực trạng việc giải tập Vật lý học sinh nay, chuyển biến nhằm đưa phương pháp hướng dẫn học sinh suy nghĩ tìm lời giải cho tập Vật lý phần điện học, đặc biệt tập mạch điện cách khoa học Pham vi thời gian thực đề tài: Đề tài thực với học sinh lớp 9A trường THCS Đông Yên năm học 2017 – 2018 II QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A KHẢO SÁT THỰC TẾ: Ngay từ đầu năm học giao nhiệm vụ giảng dạy môn Vật lý lớp 9A Tôi thăm dị, trao đổi với học sinh lớp này, tơi biết: Tình trạng thực tế trước thực đề tài: Một số học sinh tỏ yêu thích mơn Vật lý, phần lớn học sinh ngần ngại cho mơn học khó so với mơn tự nhiên cịn lại Ngun nhân chủ yếu em chưa có phương pháp thực để học, để giải tập địi hỏi tư Đặc biệt sang chương trình Vật lý 9, có nhiều tập phần điện địi hỏi em phải phân tích mạch điện Việc tóm tắt, phân tích tốn để tìm hướng cho giải đòi hỏi học sinh nhiều, cao phải có nhiều kinh nghiệm (đặc biệt xu tập chủ yếu tập trắc nghiệm) Do từ đầu năm hướng phát triển dần cho học sinh kĩ cần thiết này, giúp em có kỹ định việc giải tập Vật lý Số liệu điều tra cụ thể trước thực đề tài: Khảo sát 45 học sinh lớp 9A kiểm tra sau học xong phần đoạn mạch nối tiếp song song a Đề bài: Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ Biết U = 12V, R1 = 20, R2 = 5, R3 = 8 Một vơn kế có điện trở lớn ampe kế có điện trở nhỏ a Tìm số vơn kế mắc vào hai điểm A N hai trường hợp K mở K đóng b Thay vơn kế ampe kế, tìm số vơn kế mắc hai điểm hai trường hợp K mở K đóng R3 A R1 B R2 N K 2: Khi mắc song song ba điện trở R1 = 10, R2 R3 = 16 vào hiệu điện U không đổi ta thu bảng số liệu cịn thiếu Hãy hồn thành bảng số liệu I1 = 2A I2 = 1,6A I1 = ? R1 = 10 R2 = ? R3 = 16 U1 = ? U2 = ? U3 = ? b Đáp án: Bài 1: a) Trường hợp K mở ta có mạch điện hình a R3 R1 A N RAB = R1 + R3 = 20 + = 28  B Hình a I AB  RU  12 28 A => U AB AN I AB R3 12 28 3, 43V * K đóng ta có mạch điện hình b R1 R3 A R2 B N RAB R3  I AB  R1 R2 R1  R2 12 U 12  1A R AB 12 Mà IAN = IAB = 1A => UAN = IAN.R3 = 1.8 = 8V b * K mở: Khi mắc ampe kế vào hai điểm AN dịng điện khơng chạy qua R Vậy mạch( hình a) có điện trở R1, ta có: I A I  U 12  0,6 A R1 20 * K đóng: Tương tự ta có: R AB  R1 R2 20.5  4 R1  R2 20  I A I  Bài 2: U 12  3 A R AB R1 = 10 R2 = 12.5 R3 = 16 I1 = 2A I2 = 1,6A I1 = 1.25A U1 = 20V U2 = 20V U3 = 20V c Kết làm học sinh sau: B NHỮNG BIỆN PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: Điểm Số lượng Tìm Giỏi ( – 10 ) 4/45 hiểu đối Khá ( – ) 12/45 tượng TB ( – ) 20/45 học sinh: Yếu ( – ) 9/45 Việc tìm hiểu đối tượng học sinh cơng việc người thầy muốn lấy em làm đối tượng thực cơng việc nghiên cứu Do tơi làm sẵn số phiếu có ghi sẵn số câu hỏi mang tính chất thăm dị sau: - Em có thích học mơn Vật lý khơng ? - Học mơn Vật lý em có thấy khó q với em khơng ? - Em có thuộc nhớ nhiều cơng thức, định nghĩa Vật lý không ? - Khi làm tập em thấy khó khăn điểm ? - Em vận dụng thành thạo công thức Vật lý chưa ? - Em có muốn sâu nghiên cứu tốn mạch điện khơng ? Tổ chức thực đề tài: a Cơ sở: Dựa vào kết tìm hiểu học sinh qua phiếu câu hỏi trên, tơi thấy khó khăn xúc học sinh việc học tập Vật lý cần thiết phải sâu nghiên cứu tập mạch điện Một lý số tiết dành cho việc luyện tập chương trình Vật lý tương đối tơi cố gắng tổ chức số buổi ngoại khoá để giải đáp thắc mắc em hướng dẫn em suy nghĩ, phân tích mạch điện b Biện pháp thực hiện: - Trang bị cho học sinh kiến thức toán học cần thiết, đặc biệt kĩ tính tốn, biến đổi tốn học - Giáo viên khai thác triệt để tốn SGK, SBT số tập ngồi cách giao tập nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải - Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh tham gia giải c Kiến thức bản: - Định luật ôm: U I I Đoạn mạch nối tiếp:( điện trở ) Đoạn mạch song song: ( điện trở ) I I I I I  I U U  U U U U R R1  R2 U R1  U R2 R1 R2 1   Hay R  R R1 R2 R1  R2 I R2  I R1 - Cơng thức tính điện trở: R  l S - Các công thức khác thuộc chương I C BÀI TỐN CƠ BẢN: Bài tốn 1: Phân tích mạch điện sơ đồ sau: R1 R2 + R1 + R2 - - Hình a Hình b +A C -B R1 K R2 D R3 Hình c * Hướng dẫn HS: - Thế đoạn mạch nối tiếp ? Thế đoạn mạch song song ? - Hình c phải xét K đóng K mở - Dòng điện tương tự dòng nước nên đường dễ * Giải: Hình a: Giữa R1 R2 có hai điểm chung chúng mắc song song với Hinh b: Giữa R1 R2 có điểm chung chúng mắc nối tiếp với R1 Hình c: - K đóng: C R2 A+ BK R3 Dịng điện khơng qua R1 mạch điện R2 //R3 - K mở: Mạch điện gồm AC nt CB hay R1nt ( R2 // R3 ) D * Nhận xét: Trong tập để phân tích mạch điện địi hỏi HS phải hiểu đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch song song phải hiểu ý nghĩa dòng điện tương tự dòng nước.( giải thích K đóng lại khơng có dịng điện qua R1 ) Bài toán 2: ( toán mạch điện hỗn hợp đơn giản ) Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Biết R1 = 7, R2 = 3, R3 = 6.Cường độ dòng điện qua R1 I1 = 2A.Tính UAB, UBC, UAC * Tìm hiểu đề bài: Biết R1 = 7 A+ -C R2 B R2 = 3 R1 R3 R3 = 6 I1 = 2A Tính UAB, UBC, UAC * Hướng dẫn HS: - Mạch điện phân tích ?( Đoạn AB mắc ntn với đoạn BC) - UAB hiệu điện điện trở tính cơng thức nào? - Tương tự với UBC UAC * Giải: Mạch điện gồm: R1nt(R2//R3) nên IAB = IBC = IAC =2A Ta có: UAB = R1.I1 = 7.2 = 14V Đoạn BC gồm: R2 //R3 nên RBC  R2 R3 3.6  2 R2  R3  UBC = IBC RBC = 2.2 = V Đoạn AC gồm AB nt BC nên: UAC = UAB +UBC = 14 + = 18V * Tìm cách giải khác * Nhận xét : Bài tốn u cầu học sinh phải phân tích mạch điện phải sử dụng công thức phù hợp Bài toán 3: ( toán mạch điện gồm điện trở ) Cho mạch điện có sơ đồ R1 = 1; R2 = 10; R3 = 50; R4 = N 40, điện trở ampe kế dây R1 nối khơng đáng kể Ampe 1A P Tính cường độ dòng diện qua R2 điện trở hiệu điện MN ? M + A Q R3 R4 * Tìm hiểu đề bài: R1 = 1 R2 = 10 R3 = 50 R4 = 40 IA=1A I1 = ?; I2 =?; I3 = ? ;I4 = ? UMN = ? * Hướng dẫn HS: - Phân tích xem mạch điện mắc nào? - Số ampe kế cho biết điều ? - Sử dụng cơng thức để tính I, U ? * Giải: Ta có đoạn mạch MN gồm: R1 nt PQ nt ampe kế.=> I1 = IPQ = IA = 1A Đoạn PQ gồm: (R2 nt R3) //R4 R23 = R2 + R3 = 10 + 50 = 60 I 23 R4 40 2    I 23  I I R23 60 3 Mặt khác: I23 + I4 = IPQ = 1A Vậy I  I 1 => I4 = 0,6A I23 = 0,4A Ta có: Ta có R2 nt R3 nên: I2 = I3 = I23 = 0,4A Tính UMN = I.RMN RPQ  R23 R4 60.40  24 R23  R4 60  40 RMN = RPQ + R1 = 24 + = 25 Vậy UMN = 25.1 = 25V Tìm thêm cách giải khác * Nhận xét: - Bài tập đòi hỏi học sinh phải phân tích mạch điện có nhiều điện trở - Khả vận dụng công thức học sinh phải thục Bài toán 4: ( toán đại lượng định mức dụng cụ điện) Các đèn Đ1 Đ2 giống nhau, loại 6V, mắc sơ đồ hình vẽ Hai đèn sáng bình thường a So sánh R1 với R2 Hiệu điện hai đầu đoạn mạch AB bao nhiêu? b Tính R1 R2 ? * Tìm hiểu đề bài: A Uđm1 = Uđm2 = 6V + Đ1 R1 Đèn sáng bình thường a So sánh R1và R2 Đ2 R2 b Tính R1 R2 * Hướng dẫn học sinh: B - Phân tích mạch điện Chú ý xem dụng cụ có điểm chung - Đèn sáng bình thường * Giải: Dễ thấy Đ1 R1 có hai điểm chung nên Đ1 // R1 Tương tự: Đ2 // R2 Đoạn mạch AB gồm: ( R1 // Đ1 )nt(R2 // Đ2 ) Hai đèn sáng bình thường nên: Uđ1 = Uđ2 = 6V; Iđ1 = Iđ2 Vì R1//Đ1 nên II = Iđ1 + I1; U1 = Uđ1 Vì R2//Đ2 nên III = Iđ2 + I2; U2 = Uđ2 Do mạch I nối tiếp mạch II nên: II = III Vậy Iđ1 + I1 = Iđ2 + I2 hay I1 = I2 U1 U2 R2  nên R1 = R2 I1 I2 Ta có : R1  Ta có: UAB = U1 + U2 = + = 12V * Nhận xét : Học sinh phải biết dụng cụ hoạt động bình thường U = Uđm; I = Iđm Bài tốn 5: ( toán điện trở dây dẫn ) Một dây đồng tiết diện uốn thành khung hình vng ABCD hình vẽ So sánh điện trở khung hai trường hợp sau: a Dòng điện di vào từ điểm A khỏi điểm D b Dòng điện vào từ điểm A khỏi điểm C C B C B A D A D *Tìm hiểu đề bài: AB = BC = CD = DA AB, BC, CD, DA làm từ vật liệu tiết diện So sánh RABCD hai trường hợp *Hướng dẫn học sinh: - Khi dòng điện từ A đến D mạch điện phân tích ? - Khi dòng điện từ A đến C mạch điện phân tích ? - Dây đồng tiết diện điện trở đoạn AB, BC, CD DA có quan hệ với ? - Tính điện trở trường hợp rối so sánh *Giải: Dễ thấy rằng: RAB= RBC = RCD = RDA = R( chúng S, l, vật liệu ) a Khi dòng điện vào A D: Mạch điện phân tích (AB nt BC nt CD)//DA Điện trở đoạn AB nt BC nt CD : 3R Vậy: Ra  3R.R  R 3R  R b Khi dòng điện vào A C: Mạch điện phân tích: (AB nt BC )//( AD nt DC ) Điện trở đoạn R( AB nt BC) = R( AD nt DC) = 2R Vậy Rb = R So sánh ta thấy: Ra > Rb * Nhận xét: Đa số học sinh khơng phân tích mạch điện em chưa nhìn thấy điện trở Ở em phải thấy đoạn dây dẫn đóng vai trị điện trở Bài tốn 6: ( toán biến trở ) Cho mạch điện sơ đồ Hai đèn Đ Đ2 giống hệt hiệu điện định mức 6V Khi chạy vị trí xác định người ta thấy đèn Đ1 sáng bình thường a Lúc đèn Đ2 làm việc tình trạng ? Đ1 b Có thể dịch chuyển chạy để đèn Đ1 Đ2 sáng A C không ? c Đẩy chạy lên phía độ sáng đèn Đ tăng hay R giảm * Tìm hiểu đề bài: Đ1 Đ2 giống hệt Đ2 Uđm1 = Uđm2 = 6V Đ1 sáng bình thường a Đ2 làm việc ? D B b Có thể để Đ1 Đ2 sáng không ? c Đẩy chạy lên độ sáng Đ2 tăng hay giảm ? * Hướng dẫn: Mạch điện phân tích Dụng cụ điện hoạt động bình thường Đ1 Đ2 giống hệt ta có điều * Giải: Mạch điện phân tích: Đ1 nt CO nt ( Đ2 // OD) a Ta có: I1 = ICO = I2 + IOD Vậy I1 > I2 Vậy Đ1 sáng bình thường Đ2 làm việc hiệu điện nhở giá trị định mức.( 6V) b Không thể để đèn sáng khơng thể làm cho dịng điện I1 = I2 c Gọi điện trở phần biến trở phía x điện trở phần biến trở (R – x) Ta có : UAO = UAC + UCO = I R1= I.( Ro + R – x ) ( Ro điện trở bóng đèn ) UBO = U2 = I.RBO = I.R2 =I RO x R x R2  RO  x R0  x U AO R1  Mà UAO + UBO = U U BO R2 U AO  U BO R1  R2 R2  U BO U U U BO R2 R1  R2 => Dịch chuyển chạy lên ta thấy: R2  RO x R  O tăng x tăng RO  x RO 1 x Vậy U2 tăng nên Đ2 sáng mạnh lên Bài toán 7: (Bài toán sử dụng điện ) Một xã có 450 hộ, tính trung bình cơng suất tiêu thụ hộ 120W Điện truyền tải từ trạm điện đến Cho biết hiệu suất truyền tải điện 68% hiệu điện nơi sử dụng 150V Tìm hiệu điện phát từ trạm điện điện trở đường dây tải ? * Tìm hiểu đề bài: P1 = 120W N = 450 hộ H = 68% UAB = 150V U0 = ? Rd =? * Hướng dẫn HS: - Dây dẫn coi mắc so với xã ( điện trở xã coi điện trở ) - Hiệu suất truyền tải điện tính cơng thức ? - Dựa vào cơng thức để tính U R - Tìm cách khác để giải toán * Bài giải: Mạng điện sử dụng kí hiệu điện trở hai điểm A B B Rd U0 R Rd A Công suất điện tới xã là: P = 120W 450 = 54 000W Dễ thấy dòng điện chạy qua dây tải dòng điện chạy qua công tơ xã ( Rdây nt R ) P 54000 I  360 A U 150 Gọi Ud hiệu điện dây dẫn Theo ta có: H = 68% Vậy Pd = 32% => U d I 32 32.150  U d  70V U I 68 68 Vậy hiệu điện trạm điện bằng: U0 = Ud + UAB = 70 + 150 = 220V Ud 70  0,194 I d 360 Điện trở đường dây tải điện : Rd  * Nhận xét: Đây dạng tập thực tế học sinh thường quên điện trở dây dẫn nên khơng phân tích mạch điện D KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÓ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG Qua số buổi ngoại khoá với số toán nêu trên, cho học sinh làm số kiểm tra khảo sát chất lượng: Đề bài: Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ Các điện trở R1 = R2 =2,5 Ba đèn Đ1, Đ2, Đ3 loại có điện trở 5 Hiệu điện C A Đ1 CD 12V Đèn Đ1 sáng bình thường Bỏ qua điện trở dây nối a Các đèn thuộc loại vôn ? b Hiệu điện hai đầu đèn Đ2 Đ3 ? R2 D Đ2 Đ3 R1 + B Bài 2: Cho mạch điện (hình vẽ ) K Biết UAB= 12V, R1 = 8 Ampe kế dây nối có R1 điện trở khơng đáng kể A a Khố K mở: ampe kế 0,6A Tính R2 B U R2 b Khố K đóng: ampe kế 0,75A Tính R3 c Đổi chỗ ampe kế cho R đóng khố K lại, C R3 D A tìm số ampe kế ? Đáp án biểu điểm: Bài 1: Tóm tắt: R1 = R2 = 2,5 Uđm1 = Uđm2 = Uđm=Uđm Rđ1 = Rđ2 = Rđ3 = 5 Đ1 sáng bình thường UCD = 12V a Uđm =? b Uđ2 = ? Uđ3 = ? a Mạch điện gồm:((( Đ2//Đ3)ntR2)// Đ1)nt R1 (0.5đ) Điện trở đoạn gồm: Đ2//Đ3 là: 2,5 (0.25đ) Điện trở đoạn (Đ2//Đ3)ntR2 là:2,5 +2,5 = 5 (0.25đ) Điện trở đoạn AB gồm: ((Đ2 //Đ3)nt R2) //Đ1 (0.25đ) R AB  5.5 2,5 55 Điện trở mạch điện: RCD = RAB + R1 = 5 (0.25đ) Vậy : I1 = IAB= ICD = 12 : = 2,4A (0.25đ) => UAB = IAB RAB = 2,4.2,5 = 6V (0.25đ) Mà UAB = Uđ1 = U2đ23 = 6V Do đèn sáng bình thường nên Uđm = 6V (0.5đ) b Dễ thấy: Uđ2 = Uđ3 Uđ2 + U2 = UAB= 6V.(1) (0.5đ) Mặt khác: U2 R 2,5   1( 2) Ud2 Rd 23 2,5 (0.5đ) Từ (1) (2), ta có: Uđ2 = U2 = 3V = Uđ3 (0.5đ) Bài 2: Tóm tắt UAB = 12V R1 = 8 a K mở IA = 0,6A R2 = ? b K đóng, IA = 0,75A R3 = ? c Đổi chỗ ampe kế R3 IA = ? a K mở mạch điện vẽ lại: A R1 R2 B (0.5đ) A Đoạn mạch AB gồm: R1 nt R2 (0.5đ) U 12 R AB  AB  20 I 0,6 (0.5đ) Mà RAB = R1 + R2=>R2=RAB –R1 =20 – = 12 (0.5đ) b K đóng mạch điện vẽ lại: (0.5đ) I = IA = 0,6A => R2 R1 AB A R3 Đoạn mạch AB gồm: R1nt(R2//R3 ) U AB 12 R   16 AB Ta có: I 0,75 (0.5đ) Mà RAB= R1 + R23 => R23 = 16 – = 8 (0.5đ) R R 1 12.8   R3  23  24 R23 R2 R3 R2  R23 12  Mặt khác: c Đổi chỗ ampe kế R3 K đóng : A R1 (0.5đ) (1đ) R3 B A Khi RAB = R1 + R3 = + 24 = 32 (0.5đ) 10 U 12 I A  AB  0,375 A R AB 32 (0.5đ) Nhận xét làm học sinh: - Ưu điểm: + Phần lớn học sinh hoàn thành phần + Học sinh nắm cách phân tích vận dụng cơng thức tính tốn + Học sinh thấy lợi ích việc tìm hiểu tập Vật Lý - Nhược điểm: + Một số học sinh chưa hồn thành phần 2c chưa nắm cách biến đổi mạch điện + Việc trình bày số học sinh cịn chưa chặt chẽ, lơgic Kết cụ thể: Tổng số HS Phân loại (điểm) Giỏi ( 9- 10 ) Khá ( – ) TB ( – ) Yếu, ( 5) 45 Số lượng 12 20 13 Phần trăm 26,7 44,4 28,9 So sánh với chưa thực Tăng em Tăng em Giảm em Giảm tuyệt đối KẾT LUẬN Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho toán Đến tiết tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày giải chi tiết, nhiều em tham gia giải tập, kích thích khả độc lập, sáng tạo học sinh Giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập liên quan đến mạch điện nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập mơn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp tốn mang tính tổng qt Đó mục đích mà tơi đặt III – NHỮNG KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ NGHỊ Hệ thống tập chương trình Vật lý lớn, thời gian cho tiết tập nên khả tích luỹ kiến thức học sinh khó khăn Nhà trường cấp nên tạo điều kiện thời gian sở vật chất cho giáo viên có số để giáo viên học sinh trao đổi, giải tập khó Tác giả xin chân thành cảm ơn! Đông Yên, ngày 10 tháng năm 2008 Tác giả Ngô Văn Yến 11 MỤC LỤC Nội dung Mở đầu I Nội dung đề tài Tên đề tài Lý chọn đề tài Pham vi thời gian thực đề tài II QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A KHẢO SÁT THỰC TẾ Tình trạng thực tế chưa thực đề tài Số liệu điều tra trước thực B NHỮNG BIỆN PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tìm hiểu đối tượng học sinh Tổ chức thực đề tài a Cơ sở b Biện pháp c Kiến thức C CÁC BÀI TỐN CƠ BẢN D KẾT QUẢ CĨ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG KẾT LUẬN III NHỮNG ĐỀ NGHỊ VÀ KIẾN NGHỊ Trang 2 2 2 2 5 5 6 12 15 16 12 ... KẾT LUẬN Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho toán Đến tiết tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày giải chi tiết, nhiều... 14 + = 18V * Tìm cách giải khác * Nhận xét : Bài tốn u cầu học sinh phải phân tích mạch điện phải sử dụng công thức phù hợp Bài toán 3: ( toán mạch điện gồm điện trở ) Cho mạch điện có sơ đồ... giải - Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh tham gia giải c Kiến thức bản: - Định luật ôm: U I I Đoạn mạch nối tiếp:( điện trở ) Đoạn mạch song song: ( điện