SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: “HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN HỖN HỢP KHÔNG TƯỜNG MINH” MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Dòng điện không đổi có số ứng dụng quan trọng đời sống kỹ thuật Chương “Điện học” chương quan trọng chương trình vật lý THCS Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải tập định tính, tập định lượng chương học sinh thật không dễ dàng Chính vậy, đề tài "Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh" giúp học sinh có hệ thống tập mạch điện, có phương pháp giải cụ thể dạng với hướng dẫn giải chi tiết Đồng thời thông qua việc giải tập, học sinh rèn luyện kĩ năng, phát triển tư sáng tạo lực tự làm việc thân Qua trình dạy học tích luỹ, thân áp dụng phương pháp giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh áp dụng có hiệu trình giảng dạy Mục đích nghiên cứu Hướng dẫn phương pháp giải dạng tập chương “Điện học”, từ vạch tiến trình hướng dẫn hoạt động dạy học nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức chương này, sở học sinh tự lực vận dụng kiến thức để giải tập dạng theo phương pháp đưa Nghiên cứu xây dựng tập mạch điện phân theo dạng chủ yếu nhằm tạo hứng thú cho học sinh làm tập mạch điện Nhiệm vụ nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu lý luận dạy học tập vật lý để vận dụng vào hoạt động dạy học 3.2 Nghiên cứu nội dung chương “Điện học” chương trình sách giáo khoa vật lý nhằm xác định nội dung kiến thức học sinh cần nắm vững kĩ giải tập mạch điện soạn thảo hệ thống tập chương này, đưa phương pháp giải theo dạng mạch điên hỗn hợp không tường minh, đề xuất tiến trình hướng dẫn học sinh giải tập hệ thống tập 3.3 Thực nghiệm sư phạm nhóm học sinh để kiểm tra hiệu Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý luận dạy học vật lý trường THCS 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: nghiên cứu sử dụng phương pháp dạy học ứng dụng tập tiết học vật lý 9, chương "Điện học" 4.3 Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành giảng dạy có đối chứng trường THCS để đánh giá hiệu quả, kiểm chứng tính khả thi đề tài Đối tượng nghiên cứu - Các toán mạch điện sách 500 tập vật lí lớp THCS, tập sưu tầm từ đề thi - Phương pháp dạy học theo bài-lớp - Học sinh giỏi lớp NỘI DUNG Cơ sở lí luận Phương pháp dạy học phận hợp thành trình sư phạm nhằm đào tạo hệ trẻ có tri thức khoa học, giới quan nhân sinh quan, thói quen kĩ thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tế Phương pháp dạy học có mối liên hệ biện chứng với nhân tố khác trình dạy học Những phương pháp dạy học phải thống biện chứng việc giảng dạy giáo viên với việc học tập học sinh Đồng thời góp phần có hiệu vào việc thực tốt khâu trình dạy học Xác định kế hoạch giáo dục, giáo dưỡng, phát triển môn cách nhịp nhàng, cụ thể hoá nhiệm vụ dạy học sở đặc điểm học sinh, điều chỉnh kế hoạch dạy học cho sát với diễn biến thực tế, tổ chức hướng dẫn học sinh học tập lớp nhà phù hợp với dự định sư phạm Đối với môn Vật lí trường phổ thông, tập vật lí đóng vai trò quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm tập vật lí hoạt động dạy học đòi hỏi công phu, tỉ mỉ người giáo viên Ở bộc lộ rõ trình độ người giáo viên vật lí việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ học sinh Vì đòi hỏi người giáo viên học sinh phải học tập lao động không ngừng Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu qui luật tượng vật lí Thông qua tập dạng khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt nhiều kiến thức để tự lực giải thành công tình cụ thể khác từ kiến thức em học trở nên sâu sắc hoàn thiện trở thành vốn riêng Trong trình giải vấn đề, tình cụ thể tập đề học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá để giải vấn đề, từ giúp phát triển tư sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập suy nghĩ, suy luận Bởi việc hướng dẫn giải tập vật lí cách bản, xác, hiệu cao người giáo viên góp phần gây hứng thú học tập cho học sinh nhằm đạt mục tiêu phát triển giáo dục toàn diện nhà trường Thực trạng Chúng ta thấy thực tế trình độ nhận thức học sinh THCS chưa cao, đặc biệt vùng nông thôn Thời gian tiếp thu lớp so với lượng kiến thức khả tư duy, nhận dạng, phân loại toán để xác định yêu cầu toán khó khăn phần lớn học sinh Bên cạnh đó, mặt nhu cầu ham học, ham hiểu biết số học sinh có triển vọng, mặt khác mức độ quan trọng vật lý việc thi vào lớp 10 tiếp tục học ban KHTN lớp nên yêu cầu đặt phải chọn lựa, sàng lọc phân loại tập để hướng dẫn cách giải cho học sinh công việc vô quan trọng giáo viên dạy khoá bồi dưỡng nâng cao Thực tế cho thấy: kiến thức vô hạn, loại, dạng tập nói chung, tập mạch điện nói riêng phong phú đa dạng Trong kể tới dạng tập sau: - Bài tập mạch điện mắc nối tiếp, mắc song song - Bài tập mạch điện hỗn hợp tường minh - Bài tập mạch điện hỗn hợp không tường minh - Bài tập mạch cầu, mạch đối xứng, mạch tuần hoàn, mạch bậc thang Trong trình bồi dưỡng vật lý THCS cho học sinh, ta phân phần cơ, nhiệt, điện, quang; phần làm vài để học sinh quan sát, ghi chép ghi nhớ máy móc theo kiểu tái khó để ghi nhớ bền vững áp dụng cần thiết Việc bồi dưỡng học sinh có triển vọng đòi hỏi giáo viên phải định hướng phân loại dạng tập cho học sinh Với dạng tập trước hết cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức bản, điểm cần lưu ý, cung cấp cách giải cụ thể, chọn lựa tập cho học sinh luyện giải để nắm vững phương pháp với mức độ từ đơn giản đến phức tạp Trong dạng tập việc học sinh biết phân tích cách mắc phận mạch điện phức tạp bắt tay vào việc giải tập khác Trong trình dạy học sinh lớp bồi dưỡng, trước hướng dẫn cho học sinh kinh nghiệm này, gặp tập mạch điện không tường minh học sinh thường lúng túng, có số thực được, lại thực chưa đạt yêu cầu, chí có học sinh định hướng giải Điều làm cho học sinh có tâm lí chán nản, ngại học vật lý Song điều kiện có hạn thời gian, điều kiện phương tiện, đồ dùng, vật chất nên nghiên cứu kĩ để trình bày đủ cho dạng tập loại mạch điện.Trong đề tài đưa vài kinh nghiệm nhỏ để giúp học sinh biến đổi từ mạch điện hỗn hợp không tường minh trở mạch điện hỗn hợp tường minh để thực giải cách đơn giản.Và vậy, học sinh biết cách vẽ lại mạch điện học sinh có hứng thú để bắt tay vào việc khai thác nhiều dạng toán, toán mạch điện Từ lí trình bày để giúp học sinh có khả giải toán vật lí phần định luật Ôm, bồi dưỡng học sinh có triển vọng để chọn đội tuyển học sinh giỏi đạt kết cao, lựa chọn chuyên đề "Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh" nhằm cung cấp cho học sinh có thêm giải pháp để giải toán loại mạch điện Nội dung 3.1 Nhắc lại số kiến thức Một mạch điện gồm nhiều đoạn mạch điện Mỗi đoạn mạch điện hai điểm đoạn mạch điện gồm hay nhiều phận, phận mắc nối tiếp mắc song song với 3.1.1 Định luật Ôm I= U R ⇒ R= U = I.R U I 3.1.2 Định luật Ôm loại đoạn mạch 3.1.2.1 Đoạn mạch nối tiếp: R1 A + * Tính chất: R2 C B _ H.1 Hai điện trở R1 R2 có điểm chung C I = I1 = I2 (1a) U = U1 + U2 (2a) R = R1 + R2 U R1 = U R2 *Chú ý: (3a) (4a) R1 + R2 U1 = I1.R1 = I.R1 = U R R1 = U R U2 = I2.R2 = I.R2 = U R R2 = U Chia U thành U1 U2 tỉ lệ thuận với R1 R2 - Nếu R2 = theo (5a) ta thấy : R2 R1 + R2 U R1 = U R2 U2 = U1 = U (5a) Do sơ đồ (H.1) Hai điểm C B: U CB = I.R2 = Khi điểm C coi trùng với điểm B (hay điểm C B có điện thế) - Nếu R2 = ⇒ ∞ (rất lớn) U1 = U2 = U 3.1.2.2 Đoạn mạch mắc song song: * Tính chất: Hai điện trở R1 R2 có hai điểm chung A B U = U1 = U2 (1b) I = I1 + I2 (2b) I R2 = I R1 1 = + Rtd R1 R2 I1 A + I I2 R1 R2 B _ H.2 (3b) *Chú ý: (4b) I1 = U1 U I R1 R2 R2 = = = I R1 R R1 ( R1 + R2 ) R1 + R2 I2 = U2 I R1 R2 R1 U = = = I R2 R R2 ( R1 + R2 ) R1 + R2 Chia I thành I1 I2 tỉ lệ nghịch với R1 R2 : - Nếu R2 = theo (5b) ta có: (5b) I R2 = I R1 I1 = I2 = I Do sơ đồ (H.2) Hai điểm A B có: U AB = Khi hai điểm A B coi trùng (hay hai điểm A B có điện thế) - Nếu R2 = ∞ (rất lớn) ta có : I2 = I1 = I (Khi R2 có điện trở lớn so với R khả cản trở dòng điện vật dẫn lớn Do ta coi dòng điện không qua R2.) 3.2 Mạch điện hỗn hợp không tường minh 3.2.1 Nhận xét chung - Mạch điện hỗn hợp không tường minh loại mạch điện mắc hỗn hợp, song cách mắc phức tạp, không đơn giản mà phân tích cách mắc phận mạch điện Vì vậy, để thực kế hoạch giải, bắt buộc phải tìm cách mắc lại để đưa mạch điện tương đương đơn giản Có toán mạch điện phức tạp khiến học sinh khó giải Một cách giải tình tìm cách chuyển mạch điện dạng đơn giản tương đương với mạch ban đầu Sau số Quy tắc để chuyển mạch điện phức tạp dạng đơn giản Từ tìm lời giải ngắn gọn cho toán + Quy tắc 1: Chập điểm có hiệu điện Các điểm có hiệu điện điểm sau đây: - Nối với dây dẫn ampe kế có điện trở nhỏ bỏ qua - Các điểm đối xứng với qua trục đối xứng mạch đối xứng Trục đối xứng đường thẳng mặt phẳng qua điểm vào mạch điện, chia mạch điện thành hai nửa đối xứng + Quy tắc 2: Tách nút Tách nút thành hai nút cho hai nút vừa tách có điện thế, chập lại ta mạch điện ban đầu + Quy tắc 3: Bỏ điện trở Ta bỏ điện trở (khác 0) hai đầu điện trở có điện + Quy tắc 4: Mạch tuần hoàn Nếu mạch điện có mắt xích giống hệt lặp lặp lại cách tuần hoàn điện trở tương đương không thay đổi ta thêm vào (hoặc bớt đi) mắt xích + Quy tắc : Mạch cầu Nếu mạch điện mạch cầu không cân phải chuyển mạch tam giác thành mạch hình theo công thức sau: Áp dụng biến đổi mạch sang mạch tam giác cho R1 A + R2 M R5 R3 D _ R4 A RA + N H.3 R1 R3 R1 + R3 + R5 = R1 R5 R1 + R3 + R5 RN = R3 R5 R1 + R3 + R5 mạng AMN ta có: RM R2 B _ O H.4 RA = RM M RN R4 N Đây số cách để tính điện trở tương đương, muốn tính cường độ dòng điện hay số vôn kế phải trở lại mạch ban đầu để tính * Một số điểm lưu ý: - Trong mạch điện, điểm nối với dây nối (hoặc ampe kế) có điện trở không đáng kể coi trùng Khi ta chập điểm lại vẽ lại mạch để tính toán RA ≈ - Trong toán, ghi đặc biệt ta coi: RV ≈ ∞ - Khi giải toán với sơ đồ mạch điện mắc hỗn hợp tương đối phức tạp, nên tìm cách đưa sơ đồ tương đương đơn giản Trên sơ đồ tương đương, điểm có điện (bằng nhau) gộp lại (chập lại) để làm rõ phận phức tạp đoạn mạch ghép lại để tạo thành đoạn mạch đơn giản - Phân tích cách mắc phận mạch điện bước quan trọng, giúp ta thực yêu cầu toán tránh sai sót Cuối cùng, ta áp dụng tính chất hệ định luật Ôm loại đoạn mạch nối tiếp song song Đối với dạng mạch điện hỗn hợp không tường minh có nhiều tập khuôn khổ đề tài đưa hai dạng toán là: Bài toán mạch điện hỗn hợp không tường minh có tham gia Vôn kế Ampe kế hai dụng cụ đo dạng toán mạch điện hỗn hợp không tường minh có nhiều điện trở 3.2.1 Các tập thí dụ cụ thể: 3.2.1.1 Dạngbài toán mạch điện hỗn hợp không tường minh có tham gia Vôn kế Ampe kế *Phương pháp chung: *Bước 1: - Bỏ ampe kế nối dây dẫn lại - Bỏ vôn kế không nối dây dẫn -Trên đường nối dây dẫn điện trở giáo viên hướng dẫn học sinh biết điểm dây ký hiệu chữ giống Nếu có điện trở hai đầu điện trở hai điểm khác ký hiệu hai chữ khác * Bước 2: - Tiến hành vẽ lại mạch điện theo ký hiệu chữ qui định viết mạch điện - Sau xác định chiều dòng điện để vẽ lại sơ đồ mạch điện * Bước 3: Dựa vào mạch điện ban đầu theo đề mạch điện vẽ lại để tìm số ampe kế vôn kế Để thực vẽ phương pháp đưa tập ví dụ sau Bài tập thí dụ 1: (Trích đề thi GVDG Huyện Thanh Chương chu kỳ 2013 - 2015) Cho mạch điện H.5: R2 R1 = 4Ω; R2 = 9Ω; R4 = 2Ω UAB = 9V R3 biến trở A Điều chỉnh R3 có giá trị R3 = 3Ω Tìm số ampe kế tương ứng với - K đóng - K mở a Điều chỉnh R3 cho số ampe kế trường hợp K đóng K mở R3 R4 K _ + A B H.5 Tính giá trị R3 (Bỏ qua điện trở ampe kế, khóa K dây nối) _ R1 Vì nên mạch điện có dạng: R1nt(( R3 nt R5) // (R2 nt R4)), từ ta tính Rtđ tính số Ampe kế tương ứng Trường hợp R6 có giá trị xác định cầu không cân áp dụng quy tắc chuyển từ mạch sang tam giác áp dụng công thức tính R A, RM, RN có quy tắc chuyển mạch tương ứng để tính R tđ mạch Với toán đưa cho học sinh ta thay đổi vài liệu để có dạng tương tự theo cấp độ tăng dần độ khó giúp học sinh nắm cách giải cách Bài tập thí dụ (Trích đề thi GVDG Huyện Đô Lương chu kỳ 2011 - 2013 đề thi chọn đội tuyển HSG tỉnh năm học R1 C 2007-2008) A A Cho mạch điện hình vẽ: + a/ Ở hình vẽ(H.14).Biết R1=15 Ω R2 R3 B _ R4 H.14 R2=R3=R4=10 Ω , RA=0; Ampe kế 2A.Tính cường độ dòng điện điện trở R4 b/ Ở hình vẽ (H.15) A A A A R5 R6 Biết:R1=R2=2 Ω , + R2 R3 R1 R3=R4=R5=R6=4 Ω , H.15 UAB=12V,RA=0.Tính cường độ dòng điện qua điện trở, độ giảm điện trở số ampe kế (nếu có) B _ Hướng dẫn học sinh thực giảii Đây mà phòng GD Đô Lương để tổ chức thi cho học sinh chọn vào đội tuyển HSG Tỉnh năm học 2007 - 2008, hội thi GVDG Huyện chu kỳ 2011 2013 Có thể thấyđây dạng toán khó, vừa phải chập điểm vừa tính số ampe kế, tiền đề cho việc giải mạch điện tuần hoàn Trong sơ đồ H.14 vai trò Ampe kế đo cường độ dòng điện mà điện trở nên tính Rtđ ta bỏ Ampe kế để chập điểm có điện C B với vẽ lại mạch điện, tính cường độ dòng điện qua R cường độ dòng điện mạch để tính số Ampe kế Ở sơ đồ mạch điện H.15 Ampe kế có điện trở nên ta chập điểm có điện vẽ lại sơ đồ mạch điện tính điện trở tương đương tính cường độ dòng điện tương ứng sau dựa vào sơ đồ gốc để xác định số Ampe kế Bước Nhận xét: Ở sơ đồ mạch điện H.14 ampe kế có triện trở nên ta nối tắt (Chập hai điểm có điện C B) Ở sơ đồ mạch điện H.15 Ampe kế có điện trở nên ta chập điểm có điện vẽ lại sơ đồ mạch điện Bước Thực giải: a) -Vẽ lại sơ đồ mạch điện H.16 -Do [R2nt(R3//R4)] nên điện trở tương đương mạch dưới: Rd = R2 + R1 A + R3 R4 10.10 = 10 + = 15Ω R3 + R4 10 + 10 R2 -Do R1//Rd nên: RAB= R1 Rd 15.15 = = 7.5Ω R1 + Rd 15 + 15 I= R4 H.16 - Cường độ dòng điện qua mạch chính: R3 U AB U AB = RAB 7.5 - Cường độ dòng điện qua R2: I2 = U AB U AB = Rd 15 - Cường độ dòng điện qua R3,R4: - Chỉ số Am pe kế : I3 = I = Ia = I − I4 = U AB U AB − = 2( A) ⇒ U AB = 20V 7.5 30 - Cường độ dòng điện qua R3,R2 : I = I = - Cường độ dòng điện qua R1: I1 = I U AB = 30 20 20 = A, I = = A 30 15 U AB 20 = = A R1 15 B _ R4 b ) -Sơ đồ vẽ lại H.17: R5 - Chỉ số am pe kếA1: I A = I4 = R1 A U AB 12 = = 3( A) R4 M + RMB  R R  R5  R2 + ÷ R6 + R3  =  = R6 R3 R5 + R2 + R6 + R3 R2 R3 H.17 - Do R5//[R2nt(R6//R3)] nên điện trở tương mạch MB: B _ R6 4.4   4 + ÷ 4+4  = 2Ω 4.4 4+2+ 4+4 - Cường độ dòng điện qua R1:I1= U AB 12 = = 3( A) R1 + RMB + - Hiệu điện hai điểm MB:UMB= UAB - UAM=12 - 6= 6(V) - Cường độ dòng điện qua R5: I5= U MB = = 1,5( A) R5 - Cường độ dòng điện qua R2: I2=I1-I5= 3-1,5=1,5(A) - Cường độ dòng điện qua R3 R6 :I3=I6= I 1,5 = = 0, 75( A) 2 - Chỉ số am pe kế A2: IA 2= IA 1+I5= 3+1,5=4,5(A) - Chỉ số am pe kế A3: IA 3= IA 2+I6= 4,5+0,75=5,25(A) Bài tập thí dụ 5: Cho 2013 ampe kế không lí tưởng; 2013 vôn kế giống không lí tưởng Mắc H.18, Ampe kế A1 2A; Ampe kế A2 1,5A; vôn kế V1 503,5V Hãy tìm tổng số 2013 vôn kế mạch điện? 2012 2013 + U 2011 _ H.18 2012 2013 Hướng dẫn học sinh thực giải Sau học sinh thực tốt việc xét điện điểm để chập lại vẽ lại mạch giáo viên tiếp tục cho học sinh làm quen với dạng mạch điện có xét thêm vai trò, chức vôn kế mạch vôn kế có điện trở giới hạn xác định có điện trở vô lớn Bước 1:Nhận xét Tại nút A ta có IA1= IV1+IA2 hay IV1= IA1+IA2, ta tính RV nhánh kết hợp số vôn kế tương ứng ta tính IA1= IA2 + U1 Rv IA2013 =IV2013 sau ta tính tổng số vôn kế Bước 2: Thực giải Từ hình vẽ ta có dòng điện qua vôn kế V1 : I = – 1,5 = 0,5A Điện trở vôn kế là: Rv = U1/I = 503,5: 0,5 = 1007 Ω (1) Từ mạch điện ta có: IA1= IA2 + U1 Rv , IA2= IA3 + U2 Rv , , IA2012 = IA2013 + U 2012 Rv , IA2013 =IV2013 Cộng vế với vế phương trình ta có: IA1= IV2013 + U 2012 Rv + U 2011 Rv + .+ U2 Rv U1 +R (2) v Từ (1) (2) ta suy :U1 + U2 +U3 + + U2013= IA1.Rv= 2.1007= 2014 (V) 3.2.2.2 Dạng mạch điện hỗn hợp nhiều điện trở * Phương pháp chung: Khi gặp dạng mạch điện nhiều điện trở(mạch điện hình lập phương mà cạnh có điện trở nhau) Điều mà ta cần quan tâm biết dòng điện vào đỉnh đỉnh để xác định cách chập điểm để vẽ lại sơ đồ mạch điện tương ứng, xảy trường hợp có mặt đối xứng trường hợp dòng điện vào hai đỉnh qua mặt phẳng chia khối hộp thành nửa ta xác định đỉnh đối xứng để chập chúng lại với nhau, hay trường hợp đỉnh cách điểm vào dòng điện ta chập chúng với nhau(có điện thế), có trường hợp chập đỉnh có số điện trở bị nối tắt (quy tắc bỏ điện trở) mạch vẽ lại điện trở Bài tập thí dụ 6: Cho sơ đồ mạch điện H.19 Các điện trở có giá trị r = 12Ω Điện trở dây nối không đáng kể Ampe kế 2,4A a/ Tính điện trở tương đương toàn mạch b/ Tính hiệu điện hai đầu mạch điện Hướng dẫn học sinh thực giải D' R10 C' Đến đây, học sinh gặp phải R9 R11 sơ đồ mạch điện phức tạp R12 hơn, không đơn giản chập R6 ' A điểm nối dây dẫn B' R8 mà học sinh cần phải xác định R5 yếu tố định luật Ôm (I D C R1 U, R) dòng điện đưa vào R7 ' ’ R2 R4 mạch Từ đánh giá điện R3 H.19 điểm, điểm có B điện ta chập lại làm A A Đối với dạng tập ta cung cấp thêm thường hợp khác để học sinh nắm cách chập điểm có điện cách linh hoạt Bước 1: Nhận xét Ta nhận thấy: - Các điện trở mắc vào cạnh hình lập phương - Theo đề điện trở có giá trị - Dòng điện đưa vào nút A, nút C’(hai đầu đường chéo hình lập phương) Như vậy, điểm B, D A’ có điện ta chập lại làm Tương tự vậy, điểm C, B’, D’ có điện ta chập lại làm Do mạch điện thực chất gồm đoạn mạch mắc nối tiếp Trong đoạn mạch AB có điện trở R 1, R2, R3 mắc song song, đoạn mạch BC có điện trở mắc song song, đoạn mạch CC’ có điện trở mắc song song Bước 2: Thực kế hoạch giải R4 R5 R6 R1 +A A H.20 R2 B R10 C R7 R3 R6 R8 Mạch điện vẽ lại tương đương sau: - R11 R9 -Mạch điện mắc: (R1//R2//R3)nt(R4//R5//R6//R7//R8//R9)nt(R10//R11//R12) a/ Điện trở tương đương đoạn mạch AB là: 1 1 1 = + + = + + = R AB R1 R2 R3 r r r r r R AB = (Ω) ⇒ Điện trở tương đương đoạn mạch BC là: 1 1 1 1 1 1 = + + + + + = + + + + + = R BC R4 R5 R6 R7 R8 R9 r r r r r r r ⇒ R BC = r (Ω ) Điện trở tương đương đoạn mạch CC’ là: 1 1 1 = + + = + + = RCC ' R10 R11 R12 r r r r ⇒ r R CC' = (Ω) Vậy điện trở tương đương toàn mạch AC’ là: RAC’ = RAB + RBC + RCC’ = r r r 5r 5.12 + + = = = 10(Ω) 6 A' R12 * Dạng tương tự ta cho dòng điện vào D C' H.21 R điểm D',C,B,A' có điện (mặt đối xứng mặt) nên ta chập điểm lại với nhau, R6 B' R8 UAC’ = 24V A R5 D R7 R2 R4 R3 A C' R11 R9 b/ Hiệu điện hai đầu mạch điện : UAC’ = I.RAC’ = 2,4.10 = 24 (V) ĐS: RAC’ = 10Ω; R10 D' B C ' H.21 ’ C’ có điện trở bị nối tắt R R12 đầu điện trở có điện Mạch điện lúc có dạng H.22 ta dễ dàng tính Rtđ= 3.12 =9 Ω R9 3r = D Kết + hợp số Ampe kế ta tính hiệu điện hai đầu mạch điện R10 D.’C A’B R8 R2 R5 R1 R6 R3 R4 H.22 C' R11 R9 A' R12 R6 B' R8 A R1 R5 D R7 R2 R4 R3 Ta dễ dàng tính điện trở tương đương là: Rtđ = R10 D' * Cũng mạch hình lập phương ta cho học sinh làm thêm cho dòng điện vào D C (hay vào D D,' hay vào D A hoàn toàn tương tự) lúc điểm D ', A có điện thế( cạnh hình lập phương) nên ta chập điểm lại với nhau, tương tự ta chập điểm C',B lại với ta có mạch điện biến đổi H.24 7r 7.12 = = 12 12 C’ _ R11 A Ω B H.23 Kết hợp số Ampe kế ta tính hiệu điện hai đầu mạch điện R8 R10 R3 D + + R9 R1 H.24 A D ’ R2 R12 A’ R5 B’ R6 R4 B R11 C’ R7 C _ C ' ’ 3.2.3 Một số tập áp dụng R3 V Bài tập 1: Cho mạch điện có sơ đồ H.25: R1 R2 + U K _ H.25 Biết R1 = 600Ω; R2 = 500Ω; R3 = 700Ω; U = 100V Dây nối khoá K có điện trở không đáng kể a/ Giả sử vôn kế có điện trở RV = 2000Ω Tìm số vôn kế khoá K đóng, khóa K mở b/ Giả sử vôn kế có điện trở lớn R V = ∞ Tính cường độ dòng điện chạy mạch khoá K đóng c/ Nếu tháo bỏ điện trở R3 thay vôn kế ampe kế có điện trở không đáng kể ampe kế ? Đáp số: a/ K đóng: UV = 38,8V; K mở: UV = 60V b/ I = 0,09A c/ IA = 0,166A Bài tập 2: (Trích đề thi học sinh giỏi vật lí huyện Nghi Lộc Năm học 2013 -2014) Cho mạch điện hình vẽ H.22 Biết: UMN = 24V không đổi, điện trở R1 = 2Ω; R2 = 3Ω; R3 = 4Ω; R4 = 4Ω; R0 = 2Ω Cho R0 ampe kế khóa K có điện trở không đáng M N _ kể, vôn kế có điện trở lớn R+ a) Khi K mở, tính cường độ dòng điện qua mạch số vôn kế b) Khi K đóng tính số ampe kế vôn kế c) Hoán vị vôn kế ampe kế, tính lại số vôn kế ampe kế K đóng A R2 B R3 V A R4 E H.26 K D KẾT LUẬN Kết đạt Với trình hướng dẫn, thực hiện, kiểm tra chặt chẽ, nhận thấy hướng dẫn học sinh làm tập mạch điện phức tạp trước hết phải dạy kinh nghiệm giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh, có học sinh có sở để khai thác tiếp dạng tập khác mạch điện Sau hướng dẫn cho học sinh kinh nghiệm này, phần lớn học sinh thực toán đạt yêu cầu, số thực chưa đạt yêu cầu, lại vài học sinh không thực Từ gây cho học sinh niềm đam mê, yêu thích môn Vật lý Kết cụ thể: Khảo sát 15 em học sinh đội tuyển bồi dưỡng chọn học sinh giỏi tham gia kì thi học sinh giỏi Huyện Đô Lương môn vật lí lớp năm học 2012 2013 với hình thức kiểm tra tự luận 60 phút nội dung phần tập mạch điện hỗn hợp nâng cao (Nội dung đề thi có phần phụ lục): cho kết sau: Kết Số HS khảo 15 HS thực đạt yêu cầu HS thực chưa đạt yêu cầu HS không thực SL % SL % SL % 20,0 46,7 33,7 Những em thực đạt yêu cầu em có tư tố hướng dẫn thực giải toán mạch điện em nắm kiến thức tốt Trong kỳ thi học sinh giỏi huyện Đô Lương môn vật lí năm học 2012 - 2013 trực tiếp bồi dưỡng: Có em tham gia em giải ba, em đạt giả Khuyến khích Trong trình bồi dưỡng cho học sinh mũi nhọn, học sinh thuộc đội tuyển dự thi học sinh giỏi, điều mà nhận thấy hầu hết học sinh mạch điện phức tạp, em bị lúng túng, bế tắc không tìm hướng để phân tích mạch điện Do đưa đề tài vào áp dụng cho em trình bồi dưỡng thấy em thích thú việc giải toán mạch điện hiệu việc giải nâng lên rõ rệt Cụ thể khảo sát 13 em học sinh đội tuyển bồi dưỡng chọn học sinh giỏi tham gia kì thi học sinh giỏi Huyện Đô Lương môn vật lí lớp năm học 2013 - 2014 với hình thức kiểm tra tự luận 60 phút nội dung phần tập mạch điện hỗn hợp nâng cao (Nội dung đề thi có phần phụ lục) cho kết sau: Kết Số HS khảo 13 HS thực đạt yêu cầu SL % 61,5 HS thực chưa đạt yêu cầu SL % 23,1 HS không thực SL % 15,4 Cũng năm học này, đội tuyển tham gia dự thi học sinh giỏi Huyện Đô Lương môn vật lí bồi dưỡng đạt kết cao năm gần đây, cụ thể là: Có em tham gia em giải nhất, em giải nhì, năm học môn vật lí giảng day bồi dưỡng có học sinh chọn vào dự tuyển học sinh giỏi cấp Tỉnh với kết khả quan Bài học kinh nghiệm Như trình bày phần đầu, đề tài nghiên cứu số toán phạm vi mạch hỗn hợp không tường minh nhằm cung cấp cho học sinh phương pháp giải mạch điện loại Để giúp học sinh có hứng thú nảy sinh tình có vấn đề học tập giáo viên cho học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp tường minh với 2, điện trở Sau đó, giáo viên đưa loại mạch hỗn hợp không tường minh dạng đơn giản, học sinh bắt đầu gặp khó khăn thực giải, lúc giáo viên hướng dẫn cho học sinh phần kiến thức mục 3.2.1 Nhận xét chung “ số điểm lưu ý ” học học sinh tiến hành giải nâng dần lên mạch hỗn hợp không tường minh mức độ từ đơn giản đến phức tạp trình giáo viên nên khai thác sâu cách phát triển toán từ toán ban đầu nhằm khắc sâu phương pháp giải cho dạng cách kỹ lưỡng trình bày đề tài Việc đưa vào tập thí dụ phần nội dung muốn sau học sinh làm quen với việc chập điểm có điện (2 đầu dây dẫn, khoá K, ampe kế có điện trở không đáng kể), giáo viên tiếp tục giới thiệu cho học sinh dạng toán mạch điện có xét đến vai trò, chức vôn kế mạch mà vôn kế có giá trị điện trở khác nhau, nhánh chứa vôn kế có mắc thêm phận tiêu thụ điện khác để việc tiếp thu học sinh liền mạch có lôgíc chuyển từ dạng sang dạng khác, sau hướng dẫn cho học sinh dạng tập lớp, cần giao thêm tập thuộc dạng để học sinh áp dụng làm nhà Ở thấy: Với cách xét điện điểm để tìm điểm có điện để vẽ lại mạch điện tương đương đơn giản hơn, mà học sinh nắm vững kiến thức Với phương pháp giúp học sinh tránh tâm lí lo sợ gặp mạch điện loại này, đồng thời học sinh giải xác đơn giản nhiều để nguyên mạch điện ban đầu (thậm chí có nhiều mạch điện để nguyên mạch ban đầu giải được) Để thực tốt việc xét điện để vẽ lại mạch phân tích mạch điện thiết học sinh phải giáo viên cung cấp từ nắm vững quy tắc chuyển mạch mà đề cập Việc phân tích mạch điện cần thiết để thực kế hoạch giải toán Song, trình làm bài, học sinh nháp mà không cần trình bày phần Trong trình hướng dẫn học sinh thực giải, trình bày thành bước: Bước 1: Nhận xét Bước 2: Thực kế hoạch giải Trong làm, học sinh cần trình bày từ bước 2, phần thực kế hoạch giải Để kết xác độ sai số thấp phép tính nên biến đổi biểu thức chữ, thay giá trị số vào đại lượng biểu thức cuối cùng, sau kiểm tra lại kết xem có phù hợp với điều kiện toán thực tế không Mong rằng, đề tài giúp học sinh giải toán vật lí phần mạch điện hỗn hợp không tường minh tốt nhằm góp phần nâng cao hiệu quả, chất lượng dạy học vật lý cấp THCS nói chung trường THCS Thái Sơn nơi công tác Trong trình tìm hiểu đúc rút kinh nghiệm, chắn tránh khỏi thiếu sót mà thân chưa phát Để nội dung hình thức đề tài thêm phong phú, mong đóng góp ý kiến Hội đồng khoa học, bạn đọc đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO Đoàn Duy Hinh,(tháng 04 năm 2009), Sách Bài Tập Vật Lý 9, NXB Giáo Dục, in Công ty Thống kê & Sản xuất Bao bì Huế Mai Lễ - Nguyễn Xuân Khoái, (năm 2005), 500 tập Vật lí - Biên soạn theo chương trình SGK mới, NXB Hà Nội, in công ty in Tân Bình, TP Hồ Chí Minh Phan Hoàng Phong, (tháng 6/2007), 500 tập Vật lí THCS, NXB ĐHQG Thành Phố Hồ Chí Minh, in công ty in Hưng Phú, TP Hồ Chí Minh Phạm Thị Ngọc Thắng - Nguyễn Thị Hồng Việt, (tháng năm 2005), Sách Giáo Viên Vật Lý 9, NXB Giáo Dục, in công ty cổ phần Sách giáo khoa TP - Hà Nội Phạm Thị Ngọc Thắng - Nguyễn Văn Thuận, (tháng năm 2012), Sách Giáo Khoa Vật Lý 9, NXB Giáo Dục Việt Nam, in công ty TNHH MTV In & Văn hoá phẩm Tập đề tích luỹ hàng năm qua thi HSG GVDG huyện Nghi Lộc, Thanh Chương, Đô Lương PHỤ LỤC PHÒNG GIÁO DỤC&ĐT ĐÔ LƯƠNG TRƯỜNG THCS THÁI SƠN ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG LỚP 9, MÔN VẬT LÍ NĂM HỌC 2012-2013 (Thời gian làm 60 phút) Câu 1: Cho mạch điện hình sau: U = 6V; r = R1 = Ω; Đèn ghi 3V – 3W a Tính điện trở Rđvà cường độ dòng điện định mức Iđ đèn Hỏi đèn sáng nào? A + b Để đèn sáng bình thường người ta lấy điện trở Rx mắc thêm vào mạch Hỏi Rx phải mắc có giá trị ? r B _ Đ R X Câu 2: Cho mạch điện hình vẽ Mắc hai đầu A, B mạch vào nguồn điện có hiệu điện U = 6V không đổi Ampe kế có điện trở nhỏ - Khi khóa K mở, khóa K2 đóng, số Ampe kế 0,4A - Khi khóa K1 đóng, khóa K2 mở, số Ampe kế 0,2A K1 - Khi khóa K1 K2 mở, số Ampe kế 0,1A A B _ + R1 a Tìm R1, R2, R3 R2 b Hỏi khóa K1 K2 đóng, số Ampe kế bao nhiêu? ĐÁP ÁN đ Rđ = U / Pđ = / = 3Ω R3 K2 A Câu 1: a Điện trở đèn dòng điện định mức đèn A + B _ r I Đ I1 I2 X RX C R Iđ = Pđ/ Uđ = 3/3 = 1A I = U/ R1 + r + Rđ = 6/ 3+1+1 = 1.2(A) Vì I > Iđ nên đèn sáng mức b + Cách 1: mắc Rx nối tiếp vào mạch để có IC = Iđ = 1A IC = U/ Rtđ = U/ (Rđ + r + R1 + Rx) = 6/ (5 + Rx) Suy ra: 6/ (5 + Rx) = Suy ra: Rx + = Suy ra: Rx = – = Ω + Cách 2: Rx mắc song song với đèn (Rx//Đ) nt R1 nt r Vì đèn sáng bình thường nên: UAC = Uđ = 3V; I1 = Iđ = 1A Suy ra: UCB = U – Uđ = – = 3V Ta có: RAC = RCB Rx /3 + Rx = Suy ra: 3Rx = + Rx Suy ra: Rx = 6Ω Câu 2: a Điện trở R1, R2, R3 * Khi K1 mở, K2 đóng: R2, R3 bị đoản mạch, dòng điện qua R1 với cường độ dòng điện I1 = 0,2A: ADCT: I1 = U/R1 Suy R1 = U/ I1 = 6/0,4 = 15(Ω) * Khi K1 đóng, K2 mở: R1, R2 bị đoản mạch, dòng điện qua R3 với cường độ dòng điện I3 = 0,2A: ADCT: I3 = U/ R3 Suy R3 = U/ I3 = 6/0,2 = 30(Ω) * Khi K1 K2 mở Ba điện trở mắc nối tiếp nên: Rtđ = R1 + R2 + R3 Suy ra: Rtđ = 15 + R2 + 30 Số ampe kế dòng điện qua ba điện trở nối tiếp ADCT: I = U/Rtđ = 6/45 + R2 Suy ra: R2 = 15(Ω) Vậy: R1 = 15(Ω); R2 = 15(Ω); R2 = 30(Ω) b Khi K1, K2 đóng, Ta có mạch gồm điện trở mắc song song với nên số ampe kế là: ADCT: I’ = U/Rtđ = U (1/R1 + 1/R2 + 1/R3) I’ = U (1/15 + 1/15 + 1/30) Suy ra: I’ = 1(A) Thái Sơn, ngày tháng 11 năm 2012 HIỆU TRƯỞNG Người soạn đề Đã ký Đặng Quang Sáu Vương Thị Bình [...]... được Với quá trình hướng dẫn, thực hiện, kiểm tra chặt chẽ, tôi nhận thấy khi hướng dẫn học sinh làm bài tập về mạch điện phức tạp thì trước hết tôi phải dạy kinh nghiệm giải toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh, có như vậy thì học sinh mới có cơ sở để khai thác tiếp các dạng bài tập khác về mạch điện Sau khi hướng dẫn cho học sinh kinh nghiệm này, phần lớn học sinh thực hiện bài toán đã đạt yêu... số bài toán trong phạm vi mạch hỗn hợp không tường minh nhằm cung cấp cho học sinh phương pháp giải đối với mạch điện loại này Để giúp học sinh có hứng thú và nảy sinh tình huống có vấn đề khi học tập thì giáo viên cứ cho học sinh giải các bài toán về mạch điện hỗn hợp tường minh với 2, 3 rồi 4 điện trở Sau đó, giáo viên mới đưa ra loại mạch hỗn hợp không tường minh ở dạng đơn giản, khi đó học sinh. .. 4Ω Khi đoạn mạch được mắc vào một nguồn điện, ampe kế chỉ 3A a/ Tính hiệu điện thế của nguồn điện H.6 b/ Tính dòng điện đi qua R1 và R2 Hướng dẫn học sinh thực hiện giải Với việc lần đầu tiên giải bài toán mạch điện hỗn hợp như thế này, học sinh lúng túng trong việc phân tích mạch điện Vì vậy, sau khi đã được giáo viên cung cấp việc chập các điểm nối với nhau bằng dây dẫn, ta yêu cầu học sinh quan sát... dưỡng cho học sinh mũi nhọn, học sinh thuộc đội tuyển dự thi học sinh giỏi, điều mà tôi nhận thấy hầu hết ở học sinh là đối với những mạch điện phức tạp, các em đều bị lúng túng, bế tắc không tìm ra hướng để phân tích mạch điện Do đó khi đưa đề tài này vào áp dụng cho các em trong quá trình bồi dưỡng tôi thấy các em thích thú hơn trong việc giải các bài toán về mạch điện và hiệu quả của việc giải đó... gặp khó khăn khi thực hiện giải, lúc này giáo viên hướng dẫn cho học sinh phần kiến thức mục 3.2.1 Nhận xét chung “ một số điểm lưu ý ” và cùng học học sinh tiến hành giải rồi mới nâng dần lên mạch hỗn hợp không tường minh ở mức độ từ đơn giản đến phức tạp trong quá trình đó giáo viên nên khai thác sâu cách phát triển các bài toán từ bài toán ban đầu nhằm khắc sâu phương pháp giải cho dạng đó một cách... sinh đã nắm vững kiến thức cơ bản Với phương pháp này sẽ giúp học sinh tránh được tâm lí lo sợ khi gặp mạch điện loại này, đồng thời học sinh sẽ giải chính xác và đơn giản hơn nhiều nếu để nguyên mạch điện ban đầu (thậm chí có nhiều mạch điện nếu để nguyên mạch ban đầu sẽ không thể giải được) Để thực hiện tốt việc xét điện thế để vẽ lại mạch và phân tích mạch điện thì nhất thiết học sinh phải được giáo... 2,4A a/ Tính điện trở tương đương của toàn mạch b/ Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện Hướng dẫn học sinh thực hiện giải D' R10 C' Đến đây, học sinh gặp phải R9 R11 một sơ đồ mạch điện phức tạp R12 hơn, không chỉ đơn giản là chập R6 ' A các điểm được nối bằng dây dẫn B' R8 mà học sinh cần phải xác định R5 các yếu tố của định luật Ôm (I D C R1 U, R) và dòng điện đưa vào R7 ' ’ R2 R4 mạch như thế... R3 A a/ Hiệu điện thế ở 2 cực của nguồn điện R1 b/ Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở B R4 D R5 C + _ H 8 Hướng dẫn học sinh thực hiện giải Khi học sinh quan sát sơ đồ mạch điện, rất khó để có thể phân tích được cách mắc các bộ phận trong mạch điện, ta yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét sơ đồ cách mắc Bước 1; Nhận xét: Ta thấy hai điểm B và C được nối với nhau bằng dây dẫn có điện trở không đáng... tắc chuyển mạch mà tôi đã đề cập Việc phân tích mạch điện là rất cần thiết để thực hiện kế hoạch giải toán Song, trong quá trình làm bài, học sinh chỉ nháp mà không cần trình bày phần này Trong quá trình hướng dẫn học sinh thực hiện giải, tôi đã trình bày thành 2 bước: Bước 1: Nhận xét Bước 2: Thực hiện kế hoạch giải Trong bài làm, học sinh chỉ cần trình bày từ bước 2, phần thực hiện kế hoạch giải Để... kiểm tra lại kết quả xem có phù hợp với điều kiện bài toán và thực tế không Mong rằng, đề tài này sẽ giúp học sinh giải toán vật lí phần mạch điện hỗn hợp không tường minh được tốt hơn nhằm góp phần nâng cao hiệu quả, chất lượng dạy và học vật lý cấp THCS nói chung và trường THCS Thái Sơn nơi tôi đang công tác Trong quá trình tìm hiểu và đúc rút kinh nghiệm, chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót