Chƣơng dịng điện khơng đổi cĩ vai trị rất quan trọng phần điện học. Trong chƣơng này cĩ nhiều kiến thức nhƣ khái niệm dịng điện, cƣờng độ dịng điện, suất điện động, cơng và cơng suất nguồn điện, định luật Ơm cho tồn mạch là cơ sở để học sinh học tiếp các kiến thức của điện học và điện từ học. Định luật Ơm là kiến thức khĩ và quan trọng nhất của điện học. Việc vận dụng định luật Ơm để giải các bài tập vật lí thƣờng gây nhiều khĩ khăn cho học sinh. Trong chƣơng này cũng cĩ nhiều kiến thức đƣợc ứng dụng nhiều trong đời sống và trong kĩ thuật.
2.3. Vận dụng quan điểm DH GQVĐ khi dạy học chương “Dịng điện khơng đổi”- Vật lí 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự lực của HS ở trường THPT Hải Đảo.
2.3.1 Tiến trình DH bài “Định luật Ơm đối với tồn mạch”
2.3.1.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật Ơm đối với tồn mạch”“Định luật Ơm đối với tồn mạch và định luật bảo tồn và chuyển hố năng lượng”
Nguồn điện đƣợc đặc trƣng bởi suất điện động và điện trở trong của nĩ. Nếu mắc nguồn điện vào mạch kín thì cƣờng độ dịng điện cĩ quan hệ nhƣ thế nào với suất điện động và điện trở trong của nguồn điện?
+ Xây dựng biểu thức định luật Ơm cho tồn mạch
+ Tìm hiểu định luật Ơm đối với tồn mạch và định luật bảo tồn và chuyển hố năng lƣợng
+ Tìm hiểu hiện tƣợng đoản mạch và hiệu suất của nguồn điện.
Để tìm mối quan hệ giữa cƣờng độ dịng điện với suất điện động và điện trở trong của nguồn điện ta tiến hành thí nghiệm nhƣ sơ đồ mạch điện.
A1 V E,r R0 R I K + - .A B. A 1 V E,r R0 R I K + - .A B.
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Số chỉ của ampe kế khơng giảm theo quy luật định luật Ơm đối với đoạn mạch Kết quả thí nghiệm khơng đúng nhƣ dự đốn, nĩ trái ngƣợc với định luật Ơm trƣớc đây.
I(mA) 0 15,0 16,0 17 18,0 19
U(V) 1.623 1.608 1,607 1,606 1,605 1,604
Trong sơ đồ khơng phải chỉ cĩ một đoạn mạch điện mà là một mạch kín, ampe kế đo cƣờng độ dịng điện trong mạch điện kín, vơn kế đo hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch gồm R0 nối tiếp với biến trở R.
Tồn mạch là mạch kín, trong đĩ cĩ nguồn điện cĩ suất điện độngE và điện trở trong r, cịn RN là điện trở tƣơng đƣơng của mạch ngồi.
Định luật Ơm đối với tồn mạch biểu thị mối liên hệ giữa cƣờng độ dịng điện I chạy trong mạch kín với suất điện động E của nguồn với điện trở tồn phần RN + r của mạch kín này.
Mắc mạch điện theo sơ đồ trên.
Điều chỉnh biến trở con chạy để cho số chỉ của vơn kế giảm. Hãy đọc số chỉ của ampe kế và nhận xét kết quả của bảng số liệu? Hãy nêu cách giải thích của em về kết quả trên?
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cƣờng độ dịng điện vào hiệu điện thế với số liệu thu đƣợc ở thí nghiệm trên.
Sự phụ thuộc đĩ biểu diễn trên đồ thị là một đƣờng thẳng hay đƣờng cong?
Viết phƣơng trình đƣờng thẳng biểu diễn sự phụ thuộc đĩ?
Nhìn trên đồ thị và so sánh với số vơn ghi trên nguồn điện hãy cho biết b cĩgiá trị bằng đại lƣợng nào?
Áp dụng định luật Ơm cho đoạn mạch ngồi ta tính đƣợc giá trị của U nhƣ thế nào?
Ý nghĩa của tích số I.RN là gì?
HS tiến hành vẽ đồ thị U = b- a.I
b = E
U = I.RN
Suy ra: E = I(RN +a)
I.RN là độ giảm điện thế mạch ngồi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đại lƣợng a phải cĩ đơn vị là gì? của đại lƣợng nào?
a phải cĩ đơn vị là Ơm, là đơn vị của điện trở.
RN là điện trở tƣơng đƣơng của mạch ngồi, a cĩ đơn vị là Ơm nên a là điện trở trong của nguồn điện.
Vậy E = I(RN + r), suất điện động của nguồn điện cĩ giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngồi và mạch trong
Hiệu điện thế mạch ngồi đƣợc xác định bởi cơng thức:
UN = IRN =E - Ir
Cƣờng độ dịng điện trong đoạn mạch kín đƣợc xác định: N I R r E
RN +r : điện trở tồn phần của đoạn mạch kín
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cƣờng độ dịng điện cĩ giá trị cực đại khi nào và bằng bao nhiêu?
Cĩ thể sử dụng định luật bảo tồn
và chuyển hố năng lƣợng để xây dựng định luật Ơm đối với tồn mạch đƣợc khơng?
Khi đĩ trong mạch kín cĩ sự chuyển hố năng lƣợng nhƣ thế nào?
Cơng của nguồn điện thực hiện đƣợc trong thời gian t là: A= qE = E It
Trong thời gian t đĩ nhiệt lƣợng toả ra trên điện trở ngồi và điện trở trong là: Q = RNI2t +rI2t
Cƣờng độ dịng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở tồn phần của mạch đĩ. Cƣờng độ dịng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở tồn phần của mạch đĩ.
Năng lƣợng tiêu thụ trên tồn mạch bằng năng lƣợng do nguồn điện cung cấp: E It = RNI2t + rI2t E = I(RN + r) N I R r E
Áp dụng định luật bảo tồn năng lƣợng ta cĩ thể rút ra biểu thức tốn học nào?
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.4: Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “ Định luật Ơm đối với tồn mạch”“ Định luật Ơm đối với tồn mạch và định luật bảo tồn và chuyển hố năng lượng”
2.3.1.2 Xác định mục tiêu dạy học bài “ Định luật Ơm đối với tồn mạch”
a) Về kiến thức: Thành lập định luật Ơm cho tồn mạch từ TN:
N I R r E UN E IRN
Phát biểu định luật Ơm đối với tồn mạch.
Biết độ giảm điện thế là gì và nêu đƣợc mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và độ giảm thế ở mạch ngồi và mạch trong.
Khi R = 0 cƣờng độ dịng điện sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào suất điện động và điện trở trong của nguồn điện: I
r
E (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi R = 0, nguồn điện bị đoản mạch.
Vì điện trở trong của pin khá lớn, khi đoản mạch dịng qua pin khơng lớn lắm nhƣng gây nhanh hết điện. Nhƣng với acquy chì thì điện trở trong khá nhỏ (khoảng vài phần trăm Ơm) nên khi bị đoản mạch dịng qua acquy khá lớn, dễ làm hỏng acquy.
Dùng dụng cụ gì để tránh hiện tƣợng đoản mạch xảy ra với dụng cụ gia đình? Dùng cầu chì, cầu dao hoặc Atơmat
Cơng của dịng điện sản ra ở mạch ngồi là cơng cĩ ích. Hiệu suất của nguồn điện
đƣợc tính nhƣ thế nào?
Hiệu suất của nguồn điện:
coich N N A U It U H A It E E
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hiểu đƣợc hiện tƣợng đoản mạch là gì và giải thích đƣợc ảnh hƣởng của điện trở trong của nguồn điện đối với cƣờng độ dịng điện khi đoản mạch.
Chỉ rõ đƣợc sự phù hợp giữa định luật Ơm đối với tồn mạch và định luật bảo tồn và chuyển hố năng lƣợng.
b) Về kĩ năng:
- Vận dụng định luật Ơm đối với tồn mạch và tính đƣợc hiệu suất của nguồn điện.
- Rèn luyện kỹ năng logic tốn học để xây dựng các cơng thức định luật Ơm. - Rèn luyện cho HS cách làm việc khoa học:
+ Quan sát GV tiến hành thí nghiệm định luật Ơm, thu thập số liệu và xử lí số liệu. + Biết đƣợc dụng cụ dùng để tránh hiện tƣợng đoản mạch xảy ra trong mạng điện gia đình.
- Phát triển tƣ duy logic cho HS:
+ Sử dụng định luật bảo tồn năng lƣợng để giải thích sự biến thiên năng lƣợng trong mạch điện.
+ Giải tốn vật lí về định luật Ơm cho đoạn mạch chỉ cĩ điện trở thuần và định luật Ơm cho tồn mạch.
c) Về thái độ :Cĩ hứng thú học tập vật lí,yêu thích tìm tịi khoa học.
Cĩ thái độ khách quan, trung thực, cĩ tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và cĩ tinh thần hợp tác trong việc học tập cũng nhƣ trong sinh hoạt , trong làm việc.
2.3.1.3 Xác định các việc cần chuẩn bị nhằm hỗ trợ cho việc dạy bài “Định luật Ơm đối với tồn mạch ”.
* Cơng việc của GV:
+ Một nguồn điện 3,0V ( bộ nguồn điện gồm 2 pin 1,5V mắc nối tiếp, nếu các pin này đã dùng một thời gian thì khơng cần điện trở bảo vệ R0 đƣợc vẽ trong sơ đồ đƣợc nêu trong bài, nếu các pin cịn mới thì cần cĩ điện trở bảo vệ R0 để tránh dịng đoản mạch khi điều chỉnh biến trở R về trị số bằng khơng).
+ Một điện trở bảo vệ R0 6Ω.
+ Một biến trở cĩ giá trị điện trở lớn nhất là 20Ω và chịu đƣợc dịng điện cĩ cƣờng độ lớn nhất là 1,5A.
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Một Ampe kế cĩ giới hạn đo là 0,5A và cĩ độ chia nhỏ nhất là 0,01A. + Một vơn kế cĩ giới hạn đo là 5V và cĩ độ chia nhỏ nhất là 0,1V. + Một cơng tắc.
+ Chín đoạn dây dẫn bằng đồng cĩ vỏ bọc cách điện, mỗi đoạn dài 40cm. * Cơng việc của HS:
+ Ơn lại các kiến thức về định luật Ơm cho đoạn mạch chỉ cĩ điện trở thuần, cách đo suất điện động của nguồn điện, cơng của nguồn điện, cơng của dịng điện thực hiện ở máy thu điện.
+ Ơn tập định luật bảo tồn năng lƣợng trong SGK vật lí lớp 9 và vật lí lớp 10. + Ơn lại đồ thị của phƣơng trình y = b + ax (trong trƣờng hợp a< 0)
2.3.1.4 Xây dựng các tình huống cĩ vấn đề và định hướng GQVĐ khi dạy bài “Định luật Ơm đối với tồn mạch ” theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Tình huống lắp ráp, thực hiện , ghi và xử lí số liệu thí nghiệm như hình vẽ 9.2 trong bài.
+ Quan sát sơ đồ mạch điện hình 9.2 Trang 50 SGK vật lí 11. Cƣờng độ dịng điện I trênđoạn mạch chỉ cĩ RN đƣợc xác định ntn? . Ta cĩ thể kiểm tra kết quả trên bằng TN nhƣ thế nào?
Nếu xét tồn mạch thì I đƣợc xác định nhƣ thế nào? Hay I phụ thuộc vào điện trở ngồi, điện trở trong và suất điện động của nguồn điện ntn? Cĩ thể xác định I tƣơng tự nhƣ TN trên đƣợc khơng? Ampe kế và von kế dùng đo cái gì? Cần phải mắc thế nào?
Khi RN khơng đổi thí I = UN / RN . Khi RN thay đổi thi mối quan hệ I, RN , UN ntn? Hãy thiết kế một TN để tìm mối quan hệ này.
b) Tình huống nảy sinh vấn đề 1:
Làm thế nào thay đổi đƣợc độ lớn điện trở? Khi muốn tăng R và khi muốn giảm ta làm nhƣ thế nào?
Trong các tình huống này yêu cầu HS ghi đầy đủ các số liệu cĩ đƣợc sau mỗi lần thay đổi số chỉ của Vơn kế, ampe kế và điện trở. Từ bảng kết quả thí nghiệm em cĩ nhận xét gì? ( HS sẽ cĩ sự lúng túng vì sao kết quả thu đƣợc khơng quen thuộc với HS).
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
c) Tình huống suy luận logic tốn học (Vấn đề1) .
+ Từ bảng giá trị cĩ đƣợc, em hãy vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu điện thế mạch ngồi U và cƣờng độ dịng điện trong mạch điện kín.
+ Sự phụ thuộc đĩ biểu diễn trên đồ thị là một đƣờng thẳng hay đƣờng cong? + Từ đồ thị em hãy tự lực rút ra hệ thức 9.1( trang 51 SGK):
UN = U0 –aI =E – aI. Trên cơ sở các kiến thức tốn học và vật lí đã cĩ.
d) Tình huống cơ bản 1( Các cơng thức định luật Ơm cho tồn mạch)
+ Em hãy viết phƣơng trình đƣờng thẳng biểu diễn sự phụ thuộc đĩ?
+ Nhìn trên đồ thị và so sánh với số vơn ghi trên nguồn điện, áp dụng định luật Ơm cho đoạn mạch ngồi ta tính đƣợc giá trị của U nhƣ thế nào?
+ Tích số của IRN là gì?
+ Đại lƣợng a phải cĩ đơn vị là gì?
Trong tình huống này HS cĩ thể tự lực đọc SGK để tìm hiểu ý nghĩa của hệ số a trong hệ thức 9.1.
- GV đĩng vai trị định hƣớng là lƣu ý cho HS về khái niệm độ giảm điện thế và độ giảm điện thế mạch ngồi IR để cĩ cơ sở hiểu khái niệm độ giảm điện thế mạch trong Ir và hệ thức 9.3( trang 51 SGK) từ đĩ tìm thấy ý nghĩa của hệ số a.
- Từ đĩ, yêu cầu HS suy ra cơng thức tính cƣờng độ dịng điện trong mạch kín và phát biểu định luật Ơm cho tồn mạch.
e) Tình huống cơ bản 2 ( Các cơng thức quan hệ giữa định luật Ơm đối với tồn mạch và định luật bảo tồn và chuyển hố năng lượng)
+ Cĩ thể sử dụng định luật bảo tồn và chuyển hố năng lƣợng để xây dựng định luật Ơm đối với tồn mạch đƣợc khơng?
Trong tình huống này HS sẽ thảo luận chung tồn lớp.
g) Tình huống nảy sinh vấn đề 2:
+ Cƣờng độ dịng điện đạt giá trị cực đại khi nào và đƣợc tính bằng cơng thức nhƣ thế nào?
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Khi cƣờng độ dịng điện đạt cực đại sẽ xảy ra hiện tƣợng gì? Cĩ nguy hiểm khơng? Ta phải làm thế nào khi cĩ hiện tƣợng điện nguy hiểm xảy ra (Trong kỹ thuật? Trong đời sống?).
HS sẽ dễ trả lời đƣợc đĩ là hiện tƣợng đoản mạch.
+ Tại sao khi hiện tƣợng đoản mạch xảy ra lại rất cĩ hại cho acquy? Trong tình huống này HS tự đọc SGK, tự tìm hiểu thực tế để giải quyết vấn đề.
2.3.1.5 Nội dung ghi bảng bài học “Định luật Ơm đối với tồn mạch” I - Thí nghiệm. Hình 1 1) Mắc mạch điện như hình: Lập bảng kết quả: Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm I(mA) 0 15,0 16,0 17 18,0 19 U(V) 1.623 1.608 1,607 1,606 1,605 1,604 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Diễn giải sơ đồ mạch điện: Mạch kín gồm nguồn điện (E,r), mạch ngồi gồm R0 mắc nối tiếp với một biến trở R và một khố K.
2) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa U và I trong mạch kín: A1 V E , r R0 R I K + - . . A1 V E , r R0 R I K + - . A B .
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1,6 1,605 1,61 1,615 1,62 1,625 0 5 10 15 20 mA V U(V)
Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa U và I trong tồn mạch
* Nhận xét:R giảm thì I tăng và U giảm. II- Định luật Ơm đối với tồn mạch. * Thí nghiệm cho thấy:
Hàm số U theo I cĩ dạng: U = U0 –a.I
= E – a.I (9.1) Đồ thị cĩ dạng đƣờng thẳng.
Trong đĩ: UN = UAB =I.RN
Tích I.RN gọi là độ giảm thế mạch ngồi:
E = UN +a.I =I( RN +r) (9.2)
+Hệ số a cĩ đơn vị của điện trở, a là điện trở trong ( r ) của nguồn điện. Vậy: E = I(RN +r) = I.RN +I.r (9.3)
* Suất điện động cĩ giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngồi và mạch trong.
Từ ( 9.3) UN = I.RN = E – Ir (9.4) Trong đĩ: UN: Hiệu điện thế mạch ngồi( V)
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
RN: Điện trở mạch ngồi (Ω)
r : Điện trở trong của nguồn điện (Ω) I : Cƣờng độ dịng điện trong mạch kín (A) Và: N I R r E (9.5) Ta cĩ:
* Định luật Ơm đối với tồn mạch: (SGK –Trang 52)
III - Nhận xét.
1- Hiện tượng đoản mạch.
Cƣờng độ dịng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi RN = 0. Khi đĩ