(Sáng kiến kinh nghiệm) kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi 9 phần xác định giá trị công xuất cực đại trong mạch điện

PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giai đoạn đổi đất nước, Đảng ta chủ trương đẩy mạnh công tác giáo dục coi yếu tố đầu tiên, yếu tố quan trọng góp phần phát triển kinh tế - xã hội Mục tiêu giáo dục là: “Nâng cao dân trí,đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài” Bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nhiệm vụ ngành giáo dục, xem trọng “hiền tài ngun khí quốc gia” Cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THCS tổ chức thực thường xuyên tất khối lớp học,từ khối đến khối Bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ then chốt nhà trường, thành để tạo lòng tin với phụ huynh sở tốt để xã hội hóa giáo dục Giảng dạy mơn Vật lí trường THCS việc hướng dẫn học sinh tìm tịi lời giải tập vấn đề quan trọng Mục đích việc giải tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc khái niệm, định luật vật lí, vận dụng chúng vào vấn đề thực tế sống, lao động Qua nhiều năm giảng dạy mơn Vật lí trường THCS Phú Nhuận, với nhiệm vụ ôn luyện học sinh giỏi môn Vật lí lớp tơi nhận thấy rằng: Để bồi dưỡng học sinh giỏi người giáo viên phải học hỏi, tự bồi dưỡng kiến thức để nâng cao trình độ chun mơn lực sư phạm phải bồi dưỡng lòng yêu nghề, tinh thần tận tâm với công việc Việc thực nhiệm vụ phát triển bồi dưỡng học sinh giỏi, tổ chức thi học sinh giỏi cịn có tác dụng tích cực trở lại giáo viên, thúc đẩy phong trào thi đua dạy tốt – học tốt Khi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí nói chung phần điện học nói riêng tơi nhận thấy dạng tập xác định giá trị cực đại công suất mạch điện dạng tập khó, học sinh thường lúng túng gặp nhiều khó khăn giải tập tính tốn phức tạp, phải áp dụng nhiều kiến thức tốn học Vì lí tơi đưa vào áp dụng hoàn thành đề tài “Kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi lớp – phần xác định giá trị công suất cực đại mạch điện” để trao đổi với đồng nghiệp nhằm tìm biện pháp hữu hiệu nâng cao chất lượng dạy học mơn, góp phần vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi dự thi cấp II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên học sinh có nhìn tổng qt, sâu sắc dạng tập từ lựa chọn phương pháp giải hay nhanh III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu tìm hiểu cách giải tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phù hợp với đối tượng học sinh lớp IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp quan sát: Khi thực đề tài tơi tìm hiểu khó khăn học sinh giải dạng tập từ tiến hành tìm tịi, nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy Phương pháp trao đổi: Từ kết nghiên cứu tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp tổ chuyên môn để hoàn thiện đề tài Phương pháp thực nghiệm: Để thực đề tài vào áp dụng dạy thử nghiệm theo phương pháp nghiên cứu nhóm gồm 10 em học sinh lớp 9A- trường THCS Phú Nhuận, em học sinh có học lực khá, giỏi Phương pháp điều tra: Ngay từ bắt đầu áp dụng thực đề tài, tiến hành đề tập khảo sát sau áp dụng đề tài lại tiến hành khảo sát với mức độ cao hơn, từ đánh giá kết thực phương pháp PHẦN II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I CƠ SỞ LÍ LUẬN Trong thực mục tiêu giáo dục nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi coi nhiệm vụ trọng tâm, địi hỏi q trình cơng phu gian khó, nhiên vinh dự Thành cơng mặt trận góp phần quan trọng vào thực mục tiêu GD, đồng thời tạo môi trường, khơng khí phong trào học tập sơi nổi, sâu rộng từ thúc đẩy cơng tác khác nhà trường phát triển Học sinh giỏi khẳng định chất lượng mũi nhọn đơn vị GD thước đo trí tuệ danh dự giáo dục Ngồi học sinh giỏi cịn góp phần nâng lên uy tín, thương hiệu giáo viên, nhà trường đồng thời thực tốt nhiệm vụ bồi dưỡng nhân tài, tạo nguồn cho cấp học cao đóng góp cho Đất nước hiền tài tương lai Dạng tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phần tập mà học sinh thường gặp khó khăn, cần tư vận dụng kiến thức toán học nhiều Với học sinh có hạn chế tư kỹ tính tốn em khơng làm dạng tốn tổng hợp Vậy u cầu đặt với người thầy dạy vật lý phải "hóa giải" dạng tốn này, giúp em có phương pháp giải chung , hiệu Bằng vốn kiến thức kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm, mạnh dạn trao đổi với đồng nghiệp chuyên đề II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Thực trạng: - Trường THCS Phú Nhuận trường nằm vùng nông thôn huyện Như Thanh Do kinh tế cịn nhiều khó khăn, nhiều phụ huynh học sinh phải làm ăn xa, nhiều học sinh cịn phải phụ giúp cơng việc gia đình nên quan tâm phụ huynh thời gian học tập học sinh nhiều hạn chế - Phần lớn học sinh không tiếp cận công nghệ thông tin học tập qua mạng Internet, tài liệu tham khảo thiếu thốn nên việc tự học tập nâng cao kiến thức cịn nhiều khó khăn - Việc giải tập xác định giá trị cực đại công suất không đơn thần áp dụng công thức vật lí, mà cịn phải biết cách vận dụng kết hợp kiến thức toán học nên học sinh gặp nhiều khó khăn việc tìm cách giải Kết thực trạng trên: Trước áp dụng đề tài, tiến hành khảo sát nhóm gồm 10 học sinh có học lực – giỏi lớp 9A – Trường THCS Phú Nhuận, năm học 2015-2016 Thời gian khảo sát: Tháng 10 năm 2015 Sau học sinh học xong: “Tiết 16 – Bài tập công suất điện điện sử dụng” - Nội dung khảo sát: Yêu cầu học sinh giải tập sau: Đề bài: Cho mạch điện hình vẽ: R Rx Biết R =  , Rx biến trở, hiệu điện A UAB = 12V Hãy tìm Rx để cơng suất tiêu + thụ Rx đạt giá trị lớn - Thời gian làm bài: 20 phút - Kết khảo sát: STT Họ tên Điểm Nguyễn Song Anh Nguyễn Thị Hồng Nguyễn Trung Kiên 4 Đỗ Nguyên Phương Lê Như Quỳnh Nguyễn Như Quỳnh Nguyễn Thị Thảo Nguyễn Thị Thúy Lê Huyền Trang 10 Nguyễn Văn Tú B  - Như tất em chưa tìm cách giải tốn Sau chấm tìm hiểu khó khăn em biết: Các em biết xác định dạng sơ đồ mạch điện áp dụng công thức tính cơng suất mà chưa biết kết hợp kiến thức toán học vào để giải tập nên vào bế tắc III CÁC GIẢI PHÁP TỔ CHỨC THỰC HIỆN: Giải pháp: - Bối dưỡng kiến thức vững chắc, vận dụng kiến thức vào làm tập từ đơn giản đến phức tạp Không dội từ xuống làm cho em nản trí, thiếu tự tin Phải tạo cho em có hứng thú học tập - Phân loại bào tập theo sơ đồ mạch điện yêu cầu tập + Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch + Xác định công xuất cực đại đoạn mạch - Hướng dẫn học sinh giải tập theo nhiều cách - Cho học sinh làm tập vận dụng Biện pháp tổ chức thực hiện: a Học sinh cần nắm vững kiến thức liên quan cần sử dụng để giải dạng tập này: - Cơng thức tính cơng suất dòng điện: p  UI  U2  I 2R R - Cơng thức chia dịng đoạn mạch gồm điện trở mắc song song R2 R1 I1 = R  R I ; I2 = R  R I 2 - Hệ định lý Côsi: Với hai số a, b khơng âm Nếu a.b = const a + b nhỏ  a = b b  - Với A(x) = ax2 + bx + c (a  0) ta có: A(x) = a(x + 2a )  4a + Nếu a > A(x) nhỏ  x = + Nếu a < A(x) lớn  x = b 2a b  2a  A(x) = max A(x) =  4a   4a  b Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch Phương pháp: Bước 1: Thiết lập cơng thức tính cơng suất biến trở với biến số trị số điện trở Bước 2: Dựa vào hệ định lý Côsi dựa vào cực trị tam thức bậc hai để tìm cơng suất cực đại Các ví dụ minh họa: R A VD1: Cho mạch điện hình vẽ: + Biết R =  , Rx biến trở, hiệu điện UAB = 12V Hãy tìm Rx để cơng suất tiêu thụ Rx đạt giá trị lớn Tìm cơng suất lớn Rx Bài giải: Cách 1: Cơng suất tiêu thụ biến trở là: Px  I R x  U2 U2 U2 R  R  x x 16 ( R0  R x ) 16  8R x  R x  Rx  Rx 16 16 R x = Const nên theo hệ định lý Cơsi  R x  nhỏ Rx Rx 16  R  R x  R x  Vậy công suất tiêu thụ Rx lớn x Vì Rx =  Khi cơng suất lớn là: P = 9W Cách 2: Công suất tiêu thụ biến trở là: U R x U2 U RR x U   R  R x   Px  I R x  Rx    1 ( R  Rx )  R  Rx  4R  R  Rx  4R   R  Rx     R  Rx    nhỏ Px lớn   R  Rx     R  Rx     R  Rx    Rx  R  4 Ta thấy   nhỏ   R  Rx   Công suất lớn là: P = 9W Cách 3: Gọi I cường độ dòng điện chạy mạch Công suất biến trở là: Px = P – PR = U.I – I2.R = 12.I – I2 = – (4I2 – 12.I + 9) = – (2I – 3)2  Vậy Pxmax = 9W 2I – =  I = 1,5 A Điện trở tương đương mạch là: Rtd  U 12   8 I 1,5 B  - Giá trị biến trở là: Rx = Rtd – R = – =  Cách 4: Cường độ dòng điện chạy mạch là: I U R  Rx  U2 U2 U2  I 2R    Công suất biến trở là: Px  P  PR  Rtd R  Rx  R  Rx 2  Px(R + Rx) = U (R + Rx) – U R   R  2  Px R x2 + (2RPx – U )Rx + PxR = (*) Phương trình (*) ln có nghiệm nên: 2  = (2RPx – U2)2 - Px R   U4 - 4RP4U2  2 4R 4R  U2 - 4RP4   Px  U  Px max  U  W Lúc phương trình (*) có nghiệm kép nên ta có: Rx    RPx  U  U  RPx 12       4 Px Px 29 VD2: Cho mạch điện hình vẽ: R A C Biết R0 =  , R1 = 12  , Rx biến  + trở, hiệu điện UAB = 12V Tìm Rx để công suất tiêu thụ Rx lớn Tìm cơng suất lớn Bài giải: Cách R R R B  - Rx 12 R x x Ta có điện trở tương đương: RCB = R  R  12  R ; x x 12 R 20 R  96 x x RAB = R0+RCB = 8+ 12  R  12  R x x 12(12  R ) U x  I = R  20 R  96 AB x 12(12  R ) 36 R1 12 144 I  = 12  R x 20 R  96 20 R x  96 R x  24  Rx => Ix = R  Công suất tiêu thu Rx: x Px= I Rx =( 25 R x  576 Rx 25 R x  1296 1296 Rx  576 = 25R  240 R x  576 25R x   240 Rx 576 25 R x   240 nhỏ Rx 36 R x  24 ) Rx =const nên 576 Rx x Vì Rx=4,8 Vậy công suất tiêu thụ Rx lớn  Rx = 4,8  Khi MaxPx = 2,7W Cách Tương tự cách ta có: Px= Ix2Rx =( 36 R x  24 ) Rx = 2 480 R x 36 36  R x  24   R x  24 36   5R x  24       1 480  R x  24  480 480   5R x  24   5Rx  24 2   5R x  24   Px lớn   nhỏ   5R x  24    5R x  24    5Rx  24   R x  24  4,8 Ta thấy   nhỏ   5R x  24  Công suất lớn là: P = 2,7W c Xác định công xuất cực đại đoạn mạch Phương pháp: Bước 1: Thiết lập cơng thức tính cơng suất đoạn mạch với biến số trị số điện trở đoạn mạch Bước 2: Dựa vào hệ định lý Côsi dựa vào cực trị tam thức bậc hai để tìm cơng suất cực đại Các ví dụ minh họa: VD3: Cho mạch điện sơ đồ hình vẽ, biết U = 16V, R1 =  , R2 = 12  , Rx biến trở Điện trở dây nối không đáng kể Xác định giá trị Rx để công suất tiêu thụ đoạn mạch AB cực đại Tìm cơng suất lớn R1 R2 A B Bài giải Rx Cách Công suất đoạn mạch AB PAB  I R AB  U    R1  R AB  U R AB U2  R AB   2 R1  R1 R AB  R AB R1   R1  R AB R AB * Áp dụng tính chất với hai số dương a , b Nếu tích a.b khơng đổi (a + b) a = b Ta có: R12  R AB  R12 không đổi R AB R12 R12  R  R AB  R AB  R1  4  AB nhỏ R AB R AB R2 R AB 12   R x  R  R  12   6 AB  Công suất lớn đoạn mạch ABlà: PAB = 16W Cách 2: Công suất tiêu thụ đoạn mạch AB là: Px  I R AB 2 U R AB U2 U R1 R AB U   R1  R AB    R AB    1 ( R1  R AB )  R1  R AB  4R1  R1  R AB  4R1   R1  R AB     R1  R AB    nhỏ Px lớn   R1  R AB     R1  R AB    nhỏ  R1  R AB    R AB  R1  4 Ta thấy   R1  R AB   R R 12  AB  R x  R  R  12   6 AB Công suất lớn đoạn mạch AB là: PAB = 16W Cách Gọi I cường độ dòng điện mạch Công suất đoạn mạch AB là: PAB = P – P1 = U.I – R1I2 = 16.I – 4I2 = -4(I2 – 4I) = -4( I2 – 4I + – ) = 16 - ( I – 2)2  16 PABmax = 16W Khi I = 2A Điện trở tương đương mạch điện lúc là: R U 16   8 I R R 12  AB RAB = R – R1 = – =  suy R x  R  R  12   6 AB Cách Cường độ dòng điện mạch là: I U U  R R1  RAB Công suất đoạn mạch AB là:  U  U2 U2 PAB  P  P1   R1.I   R1   R R1  RAB  R1  RAB   PAB( R1 + RAB)2 = U2( R1 + RAB) – R1U2  PABR2AB + RAB(2R1PAB – U2 ) + PABR21 = (1) Phương trình (1) ln có nghiệm nên:    R1 PAB  U   PAB R12  U  PAB R1U  U2  U  PAB R1  PAB  R1 PABma  U 162   16W R1 4.4 Điện trở mạch điện lúc là: R  U 16   8 I R R 12  AB RAB = R – R1 = – =  suy R x  R  R  12   6 AB d Một số tập vận dụng: Bài tập 1: R1 M R A Cho mạch điện hình Biết hiệu điện   x hai đầu mạch A B 18V không đổi, R3 R R1 = R2 = R3 = Ω, Rx biến trở Điều chỉnh Rx  N cho công suất tiêu thụ Rx đạt cực đại Tìm Rx Hình1 cơng suất cực đại Bỏ qua điện trở dây nối Bài tập 2: Cho mạch điện hình vẽ, cho biết hiệu điện U = 24V điện trở R0 =  , R1 = 18  , Rx gía trị tức thời biến trở A B đủ lớn, dây nối có điện trở khơng đáng kể R0 1/Tính Rx cho cơng suất tiêu hao 13.5W tính R1 hiệu suất mạch điện Biết tiêu hao lượng R1, RX có ích, R0 vơ ích C 2/Với gía trị RX cơng suất tiêu thụ cực đại? Rx Tính công suất cực đại Bài tập 3: Cho mạch điện hình vẽ.Nguồn điện có hiệu điện khơng đổi UMN = 36V.Các điện trở có giá trị : B  r R2 A B C r = 1,5W ;R1 = 6W, R2 = 1,5W, điện trở toàn phần R1 biến trở AB RAB = 10W a) Xác định vị trí chạy C biến trở để công suất tiêu thụ R1 6W b) Xác định vị trí chạy C biến trở để công suất tiêu thụ R nhỏ nhất.Tính cơng suất R2 lúc này? Bài tập 4: Cho mạch điện hình vẽ U = 16 V, R0 =  , R1 = 12  , Rx giá trị tức thời biến trở đủ lớn, am pe kế A + U dây nối có điện trở khơng đáng kể a Tính Rx cho cơng suất tiêu thụ W tính hiệu suất mạch điện Biết A tiêu hao lượng R1, Rx có ích, R R0 vô ích b Với giá trị Rx cơng suất tiêu thụ nú l cc 0i Bi 5: Cho mạch điện nh h×nh vÏ: BiÕt R =  , bãng đèn Đ: 6V 3W, R2 biến trở Hiệu điện UMN = 10 V (không đổi) a Xác định R2 để đèn sáng N bình thờng M b Xác định R2 để công suất tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị c Xác định R2 để công suất tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R § R R Bài tập 6: A B r Cho mạch điện hình vẽ, U = 36V; U r = 1,5W; Biến trở MN có giá trị lớn 10W, Đèn Đ1 (3V- 6W); đèn Đ2 (24V- 96W) Xem điện trở M R N Đ1 X bóng đèn khơng phụ thuộc nhiệt độ Hãy xác định C vị trí chạy C biến trở để: X a Đèn Đ1 sáng bình thường Lúc đèn Đ2 có Đ2 sáng bình thường không? b Công suất tiêu thụ đèn Đ1 nhỏ nhất, tính cơng suất 10 IV HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG : - Thông qua việc áp dụng đề tài này, tơi thu số kết tích cực là: + Khắc sâu kiến thức kiến thức tốn học có liên quan cho học sinh + Học sinh giải tập theo nhiều cách biết tự lựa chọn cách giải tập nhanh, xác - Kết khảo sát sau áp dụng đề tài nhóm gồm 10 em học sinh lớp 9A – Trường THCS Phú Nhuận STT 10 Họ tên Nguyễn Song Anh Nguyễn Thị Hồng Nguyễn Trung Kiên Đỗ Nguyên Phương Lê Như Quỳnh Nguyễn Như Quỳnh Nguyễn Thị Thảo Nguyễn Thị Thúy Lê Huyền Trang Nguyễn Văn Tú Điểm 10 10 10 10 9 10 10 Từ kết khảo sát cho thấy, tất em biết cách giải thông thạo dạng tập Đặc biệt số có em Nguyễn Trung Kiên tham gia kì thi học sinh giỏi mơn Vật lí năm học 2015 – 2016 đạt giải Nhì cấp Huyện giải Khuyến khích cấp Tỉnh, nguồn động viên lớn giúp tơi hồn thành đề tài PHẦN III: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Việc áp dụng đề tài vào giảng dạy đem lại nhiều thuận lợi giáo viên, giúp cho việc ôn luyện học sinh phần xác định giá trị cực đại công suất dễ dàng hướng dẫn học sinh giải tập đạt kết quả, 11 nhằm nâng cao chất lượng dạy – học mơn Vật lí Giúp học sinh khắc sâu kiến thức đặc biệt giúp em có nhìn sâu – rộng, có cách giải nhanh, xác, khoa học dạng ny II KIN NGH Việc dạy học môn Vật lý trêng THCS lµ rÊt quan träng đặc biệt việc ơn thi học sinh giỏi, gióp c¸c em biết cách t logic, biết phân tích tổng hợp, biết vận dụng kiến thức liên mơn, có cách giải hay xác dạng tập Vì giáo viên giảng dạy môn Vật lý cần không ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phơng pháp giảng dạy phù hợp với đối tợng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cha nhiều nên đề tài có khiếm khuyết mong đồng chí đồng nghiệp tiếp tục nghiên cứu, bổ sung để đề tài đạt đợc kết cao Tôi xin chân thành cảm ơn ! XC NHN CA TH TRNG ĐƠN VỊ Như Thanh, ngày 24 tháng năm 2016 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Nguyễn Bách Khải 12 ... tập theo sơ đồ mạch điện yêu cầu tập + Xác định công xuất cực đại biến trở đoạn mạch + Xác định công xuất cực đại đoạn mạch - Hướng dẫn học sinh giải tập theo nhiều cách - Cho học sinh làm tập... (không đổi) a Xác định R2 để đèn sáng N bình thờng M b Xác định R2 để công suất tiêu thụ R2 cực đại Tìm giá trị c Xác định R2 để công suất tiêu thụ đoạn mạch mắc song song cực đại Tìm giá trị Rx R... cấp học cao đóng góp cho Đất nước hiền tài tương lai Dạng tập xác định giá trị công suất cực đại mạch điện phần tập mà học sinh thường gặp khó khăn, cần tư vận dụng kiến thức tốn học nhiều Với học