Khi sử dụng định luật ôm vào giải bài tập học sinh gặp rất nhiều khó khăn về việc định dạng công thức cho từng đoạn mạch đặc biệt trong đoạn mạch có nhiều điện trở mắc hỗn hợp nên tôi mở[r]
(1)A/ PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Lý khách quan: Theo chương trình SGK môn Vật lý THCS các em HS học các kiến thức Cơ, Nhiệt, Quang, Điện theo hình thức xoắn ốc: Khối lớp 6, các em đã học vòng với nội dung kiến thức vật lý đơn giản, gắn với đời sống thực tế, lên lớp 8, các em học lại nội dung kiến thức đó mức độ cao hơn, đòi hỏi khả tư trừu tượng nhiều hơn, có nhiều nội dung yêu cầu học sinh phải sử dụng toán học nhiều hơn, khối lượng kiến thức lớn và khó nên giáo viên cần phải nắm vững kiến thức môn, kết hợp phương pháp giảng dạy cho phù hợp giúp các em tiếp thu bài tốt và có khả vận dụng vào giải các bài tập sách giải thích các tượng thực tế liên quan Việc giải bài tập góp phần quan trọng việc phát triển tư học sinh, giáo viên có giải pháp giúp các em làm bài tốt giúp các em yêu thích môn học, ngược lại các em không làm bài dễ dẫn đến chán nản, không muốn học Lý chủ quan: Trong thực tế thời lượng cho môn học có phần hạn chế, đặc biệt các hướng dẫn học sinh giải bài tập trên lớp ít nên giáo viên thường yêu cầu học sinh nhà làm các bài tập có sẵn SGK, SBT với hướng dẫn và phương pháp theo định hướng đã có SGK nên dẫn đến học sinh giải bài tập nào biết bài tập đó, không có khả vận dụng các kiến thức đã học vào vấn đề mới, khó khăn các em học tập thụ động, khả tư sáng tạo hạn chế Như vậy, muốn học sinh yêu thích môn học và sẵn sàng làm các bài tập giáo viên cần phải suy nghĩ tìm phương pháp giúp các em giải tốt các dạng bài tập khác Khi dạy Vật lý cho học sinh THCS đặc biệt là phần Điện khối lớp với kiến thức khó, yêu cầu tư nhiều tôi đã tìm hiểu kỹ nội dung kiến thức, nguyên nhân dẫn đến việc học sinh không làm bài tập tôi mạnh dạn trình bày với các bạn đồng nghiệp kinh nghiệm mình việc vận dụng công thức định luật Ôm để giải bài tập mạch điện II Phạm vi nghiên cứu và đối tượng áp dụng - Phạm vi nghiên cứu: Học sinh khối lớp trường năm học 2013-2014 - Đối tượng áp dụng : Kinh nghiệm sử dụng cho giáo viên dạy lớp phần chương I : Điện học Kinh nghiệm sử dụng để dạy cho học sinh đại trà và luyện thi HSG (2) III Mục tiêu nghiên cứu: - Xác định cách vận dụng định luật Ôm và các kiến thức liên quan để giải các bài tập mạch điện theo chuẩn kiến thức kỹ Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bài tập mạch điện có tối đa điện trở) IV Phương pháp nghiên cứu: Chia học sinh nhóm theo kết môn vật lý cuối năm học 20122013, nhóm có các đối tượng học sinh giỏi, khá, trung bình - Nhóm 1: dạy theo chương trình SGK, song các bài tập bổ sung thêm kiến thức nghiên cứu SKKN, các bài tập vận dụng ngoài SGK và SBT còn có bài tập riêng theo trình tự kiến thức mô tả sáng kiến kinh nghiệm - Nhóm (nhóm đối chứng) dạy theo chương trình SGK, các bài tập vận dụng có SGK và SBT Sau áp dụng kinh nghiệm hai nhóm làm bài kiểm tra giống theo chuẩn kiến thức - kỹ môn học V Điểm vấn đề nghiên cứu : Mở rộng định luật Ôm cho đoạn mạch để học sinh vận dụng giải bài tập mạch điện cách dễ dàng (3) B NỘI DUNG I/ Các kiến thức chương trình và các kiến thức mở rộng theo đề tài nghiên cứu Đinh luật Ôm - Phát biểu định luật : Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỷ lệ thuận với hiệu điện đặt vào hai đầu dây, tỷ lệ nghịch với điện trở dây - Hệ thức định luật : I= U R Trong đó : I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (A) U là hiệu điện đặt vào hai đầu dây (V) R là điện trở dây dẫn ( Ω ) A I R B Các công thức cho đoạn mạch mắc nối tiếp: I = I1=I2=… U = U1+U2+… Rtđ = R1+R2+… U R1 = U R2 Các công thức cho đoạn mạch mắc song song I = I1+ I2+… U = U1=U2=… 1 = + + R td R1 R I1 R2 = I2 R1 Am pe kế và vôn kế : Am pe kế mắc nối tiếp với đoạn mạch cần đo cường độ dòng điện, nên để không ảnh hưởng tới cường độ dòng điện mạch điện am pe kế phải có điện trở nhỏ, không đáng kể (am pe kế lý tưởng) Vôn kế mắc vào đầu đoạn mạch cần đo hiệu điện thế, nên để không ảnh hưởng tới mạch điện vôn kế phải có điện trở lớn (vôn kế lý tưởng) Khi am pe kế và vôn kế không phải các dụng cụ đo lý tưởng thi tính toán ta coi am pe kế và vôn kế điện trở bình thường mạch điện Khi điện trở (hay đoạn mạch điện) mắc song song với am pe kế lý tưởng song song với dây dẫn có điện trở không đáng kể thì điện trở đó (hay đoạn mạch đó) không có dòng điện qua (ta nói điện trở bị nối tắt), đó ta coi không có điện trở đó mạch điện Khi vôn kế lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở thì không có dòng điện qua điện trở đó, ta coi không có điện trở đó mạch điện, điện trở đó coi vôn kế Một số kiến thức mở rộng (4) Khi sử dụng định luật ôm vào giải bài tập học sinh gặp nhiều khó khăn việc định dạng công thức cho đoạn mạch đặc biệt đoạn mạch có nhiều điện trở mắc hỗn hợp nên tôi mở rộng phát biểu định luật Ôm sau: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện đặt vào hai đầu đoạn mạch, tỷ lệ nghịch với điện trở tương đương đoạn mạch - Hệ thức định luật : I= U R Trong đó : I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch (A) U là hiệu điện đặt vào hai đoạn mạch (V) R là điện trở tương đương đoạn mạch ( Ω ) Đoạn mạch là phần mạch điện nằm điểm chọn mạch điện Mạch điện là toàn sơ đồ Như ta có thể coi mạch điện là đoạn mạch điện Trong thực tế, học sinh hiểu định luật Ôm theo định nghĩa mở rộng thì áp dụng vào bài tập các em vận dụng linh hoạt II/ Bài tập vận dụng (5) Bài tập 1: Đặt vào hai đầu điện trở R1 = 10 hiệu điện U = 12V a) Tính cường độ dòng điện I1 chạy qua R1 b) Giữ nguyên U = 12V và thay R1 điện trở R2 đó cường độ dòng điện qua R2 là I = I1 Tìm giá trị R2 Giải Hướng dẫn Bài giải Tóm tắt R1 = 10 Yêu cầu HS đọc kỹ U = 12V đầu bài, tóm tắt a) I1 = ? b) I = I1 R2 =? Giải a) Cường độ dòng điện qua R1 là: Mạch điện có điện trở nên vận dụngđịnh luật Ôm để tính các đại lượng U 12 I R => I1 = 10 = 1,2A Áp dụng định luật Ôm, ta có: I 1,2 b) Theo bài ta có : I = = =0,4 ( A) 3 U 12 =30( Ω) Ta có R2 = I = 0,4 (6) Bài tập 2: cho mạch điện hình vẽ, biết R1 = R2 = R3 = R Tìm điện trở tương đương đoạn mạch AB biết hiệu điện đặt vào hai đầu đoạn mạch là U AB = 12 V; Tính hiệu điện đầu điện trở A R1 R2 R3 B I Hướng dẫn Bài giải Tóm tắt R1 = R2 = R3 = R Yêu cầu HS đọc kỹ đầu bài, tóm UAB = 12 V tắt a) RAB= b) U1; U2; U3=? Giải Vận dụng công thức tính điện trở a)RAB = R1 + R2 + R3 => RAB = 3R ( ) cho đoạn mạch nối tiếp để tính RAB Có cách khác để tìm hiệu điện hai đầu điện b) Cách U trở: 12 I RAB = 3R = R - Vận dụng định luật Ôm - Vận dụng công thức đoạn mạch nối tiếp => U1 = I R1 = R R = 4V U2 = I R2 = R R = 4V U3 = I R3 = R R = 4V Cách 2: U1 R1 U R2 =1 => U = U ; U R3 U R2 =1 => U = U ; => U1 = U2= U3 (1) Mặt khác đoạn mạch mắc nối tiếp, ta có U =U1 + U2+ U3 (2) U 12 Từ và 2, ta có : U1 = U2= U3 = = = 4V (7) R1 Bài tập : Cho đoạn mạch AB hình vẽ R1 = R2 = R3 = r A Cường độ dòng điện mạch chính I = 1,5A Tính điện trở tương đương đoạn mạch và cường độ dòng điện qua điện trở? Hướng dẫn R2 R3 Bài giải B (8) Tóm tắt R1 = R2 = R3 = r Yêu cầu HS đọc kỹ đầu bài, tóm I = 1,5A tắt a) RAB=? b) I1; I2; I3=? Giải 1 1 Rn Vận dụng công thức tính điện trở a) Áp dụng công thức Rtd R1 R2 cho đoạn mạch nối tiếp để tính 1 1 1 1 RAB R R R R R r r r r td td => => Có cách khác để tìm r hiệu điện hai đầu điện => Rtñ = trở: b) - Vận dụng định luật Ôm Cách : Gọi hiệu điện đoạn mạch là U Theo định luật Ôm, ta có : I1 = U1 ; R1 I2 = U2 ; R2 I3 = U3 R3 (1) Vì điện trở mắc song song nên ta có : U=U1=U2=U3 (2) I=I1+I2+I3 Theo bài ta có R1 = R2 = R3 = r (3) - Vận dụng công thức đoạn mạch nối tiếp I 1,5 Từ 1,2,3 ta có : I1=I2=I3= = =0,5 ( A ) Cách : I1 R2 I R1 =1 Ta có : I R5 I R6 Ta coù; I5 R4 = ; I R5 =1 neân: I4 = I5 = I6(*) Mặt khác: I = I4 + I5 + I6 (**) ( cường độ qua maïch song song) Từ (*)(**) => I4 = I5 = I6 = = A Bài : Cho mạch điện AB hình vẽ Hãy vận dụng định luật Ôm mở rộng, viết các công thức có thể tính I theo đoạn mạch khác (coi đã biết UAB; UAC; UCB và giá trị các điện trở) R2 A R1 I C B R3 (9) Hướng dẫn Bài giải Xem xét xem cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch nào? Với đoạn mạch chọn, xác định hiệu điện tương ứng và điện trở tương đương tương ứng với đoạn mạch, sau đó vận dụng định luật Ôm để viết công thức tính I Ta có thể tính I theo định luật Ôm mở rộng nhiều cách khác dưa vào các đoạn mạch khác - Nếu ta coi AB là đoạn mạch thì I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AB U AB nên ta có : I = R AB - Nếu ta coi AC là đoạn mạch thì I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AC U AC nên ta có : I = R AC - Nếu ta coi CB là đoạn mạch thì I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch CB U CB nên ta có : I = R CB - Theo công thức đoạn mạch nối tiếp: U U I CB CB R2 R3 I = I1+I2 ta có thể tính Bài : Cho mạch điện AB hình vẽ R1=5 ; R2= 10 ; R3= 15 ; UAB=22V a) Tính điện trở tương đương đoạn mạch? b) Tính cường độ dòng điện chạy qua điện trở? c) Nếu dùng am pe kế lý tưởng mắc vào hai điểm A và C thì am pe kế R2 bao nhiêu I2 A R1 I1 B C I3 R3 (10) Hướng dẫn Bài giải Tóm tắt R1=5 ; R2= 10 ; R3= 15 ; UAB=22V Yêu cầu HS đọc kỹ đầu bài, tóm a) RAB=? tắt b) I1; I2; I3=? c) Ia=? Giải Xác định cấu trúc mạch điện? Tính điện trở tương đương đoạn mạch song song: có R2//R3 Ta có R1nt(R2//R3) a) Điện trở tương đương đoạn mạch song R23 R2 R3 10.15 6() R2 R3 10 15 song: Điện trở tương đương đoạn mạch là: RAB= R1+R23=5+6=11( ) b) I1 là cường độ dòng điện mạch chính, ta có thể coi từ A đến B là đoạn mạch đó: Tính điện trở tương đương đoạn mạch: có R1ntR23 Cường độ dòng điện chạy qua R1 đồng thời là cường độ dòng điện mạch chính Vậy theo bài tập với kiện đầu bài đã cho ta có thể dựa vào đoạn mạch nào để tính I1? Để I2; I3 ta có cách nào? - Vận dụng định luật Ôm : U 22 I1 AB 2( A) RAB 11 - Tính I2; I3 Cách : Vận dụng định luật Ôm Ta có U CB I1.R23 2.6 12(V ) U 12 I CB 1, 2( A) R2 10 Có : I3= I1 - I2 = - 1,2 = 0,8 (A) Cách : Vận dụng công thức đoạn mạch song song: - Vận dụng công thức đoạn mạch song song: R3 I R3 I2 I 15 I R2 I I R2 R3 I1 10 15 3 I I1 1, 2( A) 5 I3= I1 - I2 = - 1,2 = 0,8 (A) Nối A và C am pe kế lý tưởng thì mạch điện có cấu trúc nào? Tại sao? Vẽ mạch điện còn lại I2 A A Ia R2 B C I3 R3 c) Nếu nối A và C am pe kế lý tưởng thì điện trở R1 bị nối tắt mạch điện còn R2//R3 Số am pe kế là: U 22 I a AB 3, 7( A) R23 (11) Bài : Cho mạch điện AB hình vẽ R1=15 ; R2= 20 ; R3= 30 ; vôn kế có điện trở vô cùng lớn Khi khoá K mở vôn kế 40 V Tính cường độ dòng điện chạy qua điện trở khoá K đóng? I2 A R1 R2 K B C I3 R3 V Hướng dẫn Bài giải Tóm tắt R1=15 ; R2= 20 ; R3= 30 ; Yêu cầu HS đọc kỹ đầu bài, tóm Khi K mở UV=40V tắt Khi K đóng, tính : I1; I2; I3=? Giải Khi K mở có phần nào Khi K mở, R2 và R3 bị nối tắt không tham gia tham gia vào mạch điện? Vôn kế vào mạch điện Điện trở R1 mắc nối tiếp với hiệu điện đâu? vôn kế có điện trở vô cùng lớn nên không có dòng điện qua R1 Do đó K Xác định cấu trúc mạch điện? mở, vôn kế hiệu điện hai điểm Tính điện trở tương đương A,B đoạn mạch song song: có R2//R3 Ta có UAB= 40V Khi K đóng mạch có cấu trúc R1nt(R2//R3) Tính I1; I2; I3 giống bài (HS tự giải) III Khảo sát: Bài kiểm tra khảo sát: Hai điện trở R1 =15 ; R2=30 mắc song song vào hai điểm A, B có hiệu điện không đổi UAB=20V a) Tính điện trở tương đương mạch và cường độ dòng điện chạy qua điện trở (3 điểm) b) Mắc thêm điện trở R3=10 nối tiếp với hai điện trở trên và mắc vào hai điểm A, B Tính hiệu điện hai đầu điện trở? (4 điểm) (12) c) Mắc thêm am pe kế lý tưởng song song với hai điện trở R và R2 Tính số am pe kế? (3 điểm) Số học sinh Nhóm Nhóm Kết môn Vật lý cuối năm học 2012-2013 Giỏi Khá TB Yếu SL % SL % SL % SL % Kết sau áp dụng kinh nghiệm Giỏi SL % Khá SL % TB SL % Yếu SL % 25 8.0 28.0 16 64.0 0.0 12.0 13 52.0 36.0 0.0 24 4.2 33.3 15 62.5 0.0 0.0 25.0 18 75.0 0.0 Trong đó : Nhóm áp dụng SKKN; Nhóm là nhóm đối chứng C/ KẾT LUẬN Kết : Qua kết khảo sát sau áp dụng kinh nghiệm ta có thể thấy nhóm dạy theo kinh nghiệm trên tiếp thu bài tốt và đạt kết qua kiểm tra tốt hơn, nhiều học sinh học tiến Gợi mở vấn đề cần nghiên cứu: Phần điện học chương trình Vật lý còn nhiều nội dung có thể mở rộng, đó các bài tập mạch điện có thể tăng số điện trở lên nhiều (13) hơn, mắc phức tạp đòi hỏi học sinh cần có kiến thức nâng cao để có thể phân tích mạch điện sau đó áp dụng định luật Ôm và các công thức liên quan để tính toán Trong phạm vi nghiên cứu đề tài còn hạn chế thời gian nên tôi đưa các dạng bài tập mạch điện có điện trở đúng theo chuẩn kiến thức, kỹ Bộ Giáo dục và Đào tạo, các bạn đồng nghiệp ôn tập bồi dưỡng học sinh giỏi có thể phát triển kinh nghiệm này thành chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi mức áp dụng kiến thức nhiều hơn, đa dạng hơn./ Khuyến nghị và đề xuất: - Chương trình Vật lý THCS các khối lớp và có nhiều kiến thức trừu tượng, yêu cầu khả vận dụng công thức, giải toán nhiều và có nhiều nội dung có thể phát triển mức vận dụng cao nên yêu cầu giáo viên phải có kiến thức chuyên môn vững vàng, có kinh nghiệm dạy học, bồi dưỡng học sinh giỏi, song nhà trường có giáo viên dạy chuyên lý nên tôi mong các cấp lãnh đạo tổ chức các buổi chuyên đề môn để giáo viên nâng cao lực chuyên môn nghiệp vụ phục vụ tốt cho mục tiêu giáo dục địa phương nói riêng, ngành giáo dục nói chung góp phần đào tạo người có kiến thức, kỹ đảm bảo đáp ứng yêu cầu thời đại mới./ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lý Sách bài tập Vật lý Sách tham khảo : 500 bài tập vật lý THCS Tạp chí : Sáng kiến kinh nghiệm Sở Giáo dục và Đào tạo phát hành Chuẩn kiến thức, kỹ (14) MỤC LỤC Nội dung A/ PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Phạm vi nghiên cứu và đối tượng áp dụng Trang 3 (15) III Mục tiêu nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu V Điểm vấn đề nghiên cứu 4 B NỘI DUNG I Các kiến thức chương trình và các kiến thức mở rộng theo đề tài nghiên cứu II Bài tập vận dụng III Khảo sát C/ KẾT LUẬN Kết Gợi mở vấn đề cần nghiên cứu Khuyến nghị và đề xuất 12 13 13 13 (16)