Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Dòng điện khơng 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 tốn mạch điện hỗn hợp khơng 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 tơi áp dụng phương pháp giải toán mạch điện hỗn hợp khơng tường minh áp dụng có hiệu q 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 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh 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 mơn Vật lí trường phổ thơng, tập vật lí đóng vai trò quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm tập vật lí hoạt động dạy học đòi hỏi cơng 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 khơng ngừng Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu qui luật tượng vật lí Thơng qua tập dạng khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt nhiều kiến thức để tự lực giải thành cơng 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 qt hố 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 nơng thơn Thời gian tiếp thu lớp so với lượng kiến thức khả tư duy, nhận dạng, phân loại toán để xác định u cầu tốn 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 khố bồi dưỡng nâng cao Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 khơng tường minh học sinh thường lúng túng, có số thực được, lại thực chưa đạt yêu cầu, chí có học sinh khơng có 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 tơi 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 tốn, tốn mạch điện Từ lí trình bày để giúp học sinh có khả giải tốn vật lí phần định luật Ơm, 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 tốn mạch điện hỗn hợp khơng 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 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh 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  U = I.R R U I 3.1.2 Định luật Ôm loại đoạn mạch 3.1.2.1 Đoạn mạch nối tiếp: R1 A R2 C + B _ H.1 * Tính chất: Hai điện trở R1 R2 có điểm chung C *Chú ý: I = I1 = I2 (1a) U = U1 + U2 (2a) R = R1 + R2 (3a) U R1  U R2 U1 = I1.R1 = I.R1 = U2 = I2.R2 = I.R2 = (4a) R1 U R1 = U R  R R UR (5a) R2 = U R  R R U R  Chia U thành U1 U2 tỉ lệ thuận với R1 R2 U R2 - Nếu R2 = theo (5a) ta thấy : U2 = U1 = U 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 (3b) 1   Rtd R1 R2 (4b) I1 A + I I2 R1 R2 B _ H.2 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh *Chú ý: 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 R1 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 tốn 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 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh + Quy tắc 4: Mạch tuần hồn Nếu mạch điện có mắt xích giống hệt lặp lặp lại cách tuần hồn điện trở tương đương khơng thay đổi ta thêm vào (hoặc bớt đi) mắt xích + Quy tắc : Mạch cầu Nếu mạch điện mạch cầu khơng cân phải chuyển mạch tam giác thành mạch hình theo cơng thức sau: Áp dụng biến đổi mạch sang mạch R1 A + R2 M R5 R3 D R4 N _ A RA + H.3 R2 B _ O H.4 RA  RM M RN R4 N R1 R3 R1  R3  R5 RR tam giác cho mạng AMN ta có: RM  R  R  R RN  R3 R5 R1  R3  R5 Đây số cách để tính điện trở tương đương, muốn tính cường độ dòng điện hay số vơn 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 khơng đáng kể coi trùng Khi ta chập điểm lại vẽ lại mạch để tính tốn - Trong tốn, khơng có ghi đặc biệt ta coi: RA  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 tốn 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 khn khổ đề tài đưa hai Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp khơng tường minh dạng tốn là: Bài tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh có tham gia Vơn kế Ampe kế hai dụng cụ đo dạng tốn mạch điện hỗn hợp khơng 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 khơng tường minh có tham gia Vơn 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 khơng có 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 A UAB = 9V R3 biến trở Điều chỉnh R3 có giá trị R3 = 3Ω Tìm số ampe kế tương ứng với - K đóng - K mở R3 R4 _ R1 K _ + A B H.5 a Điều chỉnh R3 cho số ampe kế trường hợp K đóng K mở Tính giá trị R3 (Bỏ qua điện trở ampe kế, khóa K dây nối) Hướng dẫn học sinh giải Vì mạch điện vừa có biến trở vừa có khố K, vừa có Ampe kế nên trở nên khó quan sát, giáo viên cần hướng dẫn học sinh biết đặc điểm đoạn mạch K đóng K mở Bước 1: Nhận xét Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp khơng tường minh Do khố K Ampe kế có điện trở khơng đáng kể nên K đóng K mở mạch điện xảy trường hơp khác Bước 2: Thực giải: Ampe kế mắc nối tiếp với R4 nên số ampe kế cường độ dòng điện qua R4 * Khi K đóng mạch điện mắc: ((R3//R4) nt R2) // R1 R R U 18  Ta có: U34 = R  R3 R4 R3  R4 17 (V) R3  R4 U 34 9 => I4 = R  17 (A) Vậy số Ampe kế K đóng A 17 * Khi K mở mạch điện mắc: ((R4 nt R1)//R2) nt R3 Ta có: U14  U R ( R  R4 ) 54 U14   R2 ( R1  R4 ) R2  R1  R4 11 (V)=> I4 = I1 = (A) R3  R1  R4 11 R2  R1  R4 Dựa vào mạch điện hai trường hợp câu a số ampe kế: R R U R R R2  R3  R4 * Khi K đóng là: R3  R4 R3 I A1   R4 18  11R3 * K mở là: I A2 U R ( R  R4 ) R ( R  R4 ) R2  R1  R4 R3  R2  R1  R4 27   R1  R4 5R3  18 9R 27 Với điều kiện IA1 = IA2 => 18  11R  5R  18 => R3 = 5,1  3 Bài tập thí dụ 2: A B R1 _ R4 Cho sơ đồ mạch điện mắc + sơ đồ H.6 R2 Biết R1 = 6Ω; R2 = 3Ω; R3 = 8Ω; R4 = 4Ω Khi đoạn mạch mắc vào nguồn điện, ampe kế 3A a/ Tính hiệu điện nguồn điện D R3 H.6 A C Ơ b/ Tính dòng điện qua R1 R2 Hướng dẫn học sinh thực giải Với việc lần giải toán mạch điện hỗn hợp này, học sinh lúng túng việc phân tích mạch điện Vì vậy, sau giáo viên cung cấp Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh việc chập điểm nối với dây dẫn, ta yêu cầu học sinh quan sát kĩ sơ đồ nhận xét cách mắc Bước 1: Nhận xét Ta thấy điểm A D nói với dây dẫn có diện trở khơng đáng kể, nên chúng có điện ta chập lại thành điểm Như hai điểm A B có đoạn mạch mắc song song gồm mạch rẽ Mạch rẽ thứ chứa R1, mạch rẽ thứ hai chứa R2, mạch rẽ thứ ba chứa R3 R4 Bước 2: Thực giải A B R1 + _ R1 A R4 R3 H.7 Ơ -Mạch điện vẽ lại tương đương sau: - Mạch điện mắc: R1 // R2 // (R3 nt R4 ) Gọi I1, I2, I3,4 dòng điện qua điện trở R1, R2, R3 R4 a/ Hiệu điện hai cực nguồn điện hiệu điện hai mạch rẽ chứa R3 R4 Ta có: UAB = I34.R34 = I34(R3 + R4) = 3(8 + 4) = 36(V) b/ Cường độ dòng điện qua R1 R2 : U 36 AB I = R  6( A) U 36 AB I2 = R  12( A) ĐS: U = 36V; I1 = 6A; I2 = 12A Bài tập thí dụ 3: Cho mạch điện có sơ đồ cách mắc H.8 Biết: R1 = 6,5Ω; R2 = 6Ω; R3 = 12Ω; R4 = 10Ω; R5 = 30Ω Ampe kế 2A Tính: a/ Hiệu điện cực nguồn điện b/ Cường độ dòng điện qua điện trở A A R2 R3 R1 B C R4 D R5 + _ H Hướng dẫn học sinh thực giải 10 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh Đây mà phòng GD Đơ 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 tốn khó, vừa phải chập điểm vừa tính số ampe kế, tiền đề cho việc giải mạch điện tuần hồn 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 R4 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   15 R3  R4 10  10 R2 -Do R1//Rd nên: RR R3 R4 15.15 d RAB= R  R  15  15  7.5 d B _ H.16 U U AB AB - Cường độ dòng điện qua mạch chính: I  R  7.5 AB U U AB AB - Cường độ dòng điện qua R2: I  R  15 d - Cường độ dòng điện qua R3,R4: I  I  - Chỉ số Am pe kế : I a  I  I  I U AB  30 U AB U AB   2( A) � U AB  20V 7.5 30 - Cường độ dòng điện qua R3,R2 : I  I  20 20  A, I   A 30 15 14 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh U 20 AB - Cường độ dòng điện qua R1: I1  R  15  A R4 b ) -Sơ đồ vẽ lại H.17: R5 - Chỉ số am pe kếA1: U AB 12 IA = I4 = R   3( A) R1 A M + - Do R5//[R2nt(R6//R3)] nên điện trở tương mạch MB: RMB � R R � R5 �R2  � R6  R3 �  �  R6 R3 R5  R2  R6  R3 B _ R6 R2 R3 H.17 � 4.4 � 4� 2 � �  � 2 4.4 42 44 U 12 AB - Cường độ dòng điện qua R1:I1= R  R    3( A) MB - Hiệu điện hai điểm MB:UMB= UAB - UAM=12 - 6= 6(V) U MB - Cường độ dòng điện qua R5: I5= R   1,5( A) - 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 khơng lí tưởng; 2013 vơn kế giống khơng lí tưởng Mắc H.18, Ampe kế A1 2A; Ampe kế A2 1,5A; vôn kế V1 503,5V Hãy tìm tổng số 2013 vơn kế mạch điện? 2012 2013 + U 2011 2012 2013 _ H.18 Hướng dẫn học sinh thực giải 15 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 vơn kế mạch vơn kế có điện trở giới hạn xác định có điện trở vơ lớn Bước 1:Nhận xét Tại nút A ta có IA1= IV1+IA2 hay IV1= IA1+IA2, ta tính RV nhánh kết hợp U1 số vôn kế tương ứng ta tính IA1= IA2 + R IA2013 =IV2013 sau ta v tính tổng số vơn kế Bước 2: Thực giải Từ hình vẽ ta có dòng điện qua vơn kế V1 : I = – 1,5 = 0,5A Điện trở vôn kế là: Rv = U1/I = 503,5: 0,5 = 1007  (1) Từ mạch điện ta có: U1 U 2012 U2 IA1= IA2 + R , IA2= IA3 + R , , IA2012 = IA2013 + R , IA2013 =IV2013 v v v Cộng vế với vế phương trình ta có: U 2012 U 2011 U2 U1 IA1= IV2013 + R + R + .+ R + R v v v v (2) 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 khơng có 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 tồn mạch b/ Tính hiệu điện hai đầu mạch điện 16 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh Hướng dẫn học sinh thực giải R10 D' Đến đây, học sinh gặp phải sơ đồ mạch điện phức tạp hơn, R9 R11 không đơn giản chập R12 điểm nối dây dẫn mà ' học sinh cần phải xác định yếu A B' R tố định luật Ôm (I U, R) dòng điện đưa vào mạch R5 D R Từ đánh giá điện R7 R2 điểm, R4 điểm có điện ta chập R3 lại làm Đối với dạng tập B ta cung cấp thêm A A thường hợp khác để học sinh nắm cách chập điểm có điện cách linh hoạt C' R6 C ' ’ H.19 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 R1, 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 - Mạch điện vẽ lại tương đương sau: R4 R5 R6 R1 +A A H.20 R2 R3 B R7 R8 R10 C R11 - C’ R6 R9 17 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh -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  ()  Điện trở tương đương đoạn mạch BC là: 1 1 1 1 1 1              RBC R4 R5 R6 R7 R8 R9 r r r r r r r r R BC  ()  Điện trở tương đương đoạn mạch CC’ là: 1 1 1        RCC ' R10 R11 R12 r r r r r R CC'  ()  Vậy điện trở tương đương toàn mạch AC’ là: RAC’ = RAB + RBC + RCC’ = r r r 5r 5.12     10() 6 RAC’ = 10Ω; C' R11 R9 b/ Hiệu điện hai đầu mạch điện : UAC’ = I.RAC’ = 2,4.10 = 24 (V) ĐS: R10 D' A' R12 B' R8 UAC’ = 24V R6 R5 A D * Dạng tương tự ta cho dòng điện R7 C vào D C' H.21 R1 R2 ' R4 ' ' ’ điểm D ,C,B,A có điện H.21 (mặt đối xứng mặt) nên ta R3 chập điểm lại với nhau, B A có điện trở bị nối tắt R7 R12 đầu điện trở có điện Mạch điện lúc có dạng H.22 ta dễ dàng tính Rtđ= 3r 3.12 = 4 R9 R10 D =9  Kết hợp số + Ampe kế ta tính hiệu điện hai đầu mạch điện D.’C A’B R8 R11 R2 ' D R1 R3 R5 R4 R9H.22 ' * Cũng mạch hình lập phương ta A cho học sinh làm thêm cho dòng điện vào D C (hay vào D D,' hay vào D A hồn tồn tương tự) lúc điểm D', A có R1 điện thế( cạnh hình lập phương) nên ta chập điểm lại với C’ _ R10 R6 B' R8 R5 D R7 R2 R3 A C ' ’ R4 18 B H.23 C' R11 R12 A R6 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh nhau, tương tự ta chập điểm C',B lại với ta có mạch điện biến đổi H.24 Ta dễ dàng tính điện trở tương đương là: Rtđ = 7r 7.12 = =  12 12 Kết hợp số Ampe kế ta tính hiệu điện hai đầu mạch điện R8 R10 R3 D + + R9 A R1 D’ H.24 R2 R12 A’ R5 B’ R6 B R11 C’ R7 C _ R4 3.2.3 Một số tập áp dụng Bài tập 1: Cho mạch điện có sơ đồ H.25: R3 V R1 R2 + U K _ H.25 Biết R1 = 600Ω; R2 = 500Ω; R3 = 700Ω; U = 100V Dây nối khố K có điện trở khơng đáng kể a/ Giả sử vơn kế có điện trở RV = 2000Ω Tìm số vơn kế khố K đóng, khóa K mở b/ Giả sử vơn kế có điện trở lớn R V =  Tính cường độ dòng điện chạy mạch khố K đóng c/ Nếu tháo bỏ điện trở R3 thay vôn kế ampe kế có điện trở khơng đáng kể ampe kế ? 19 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 khơng đổi, điện trở R1 = 2; R2 = 3; R3 = 4; R4 = 4; R0 = 2 R0 Cho ampe kế khóa K có điện trở M N _ khơng đáng kể, vơn kế có điện trở lớn R+ a) Khi K mở, tính cường độ dòng điện qua R2 B R3 K mạch số vôn kế D A A b) Khi K đóng tính số ampe kế vơn kế R4 V E H.26 c) Hốn vị vơn kế ampe kế, tính lại số vơn kế ampe kế K đóng 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 tơi phải dạy kinh nghiệm giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng 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 khơng thực Từ gây cho học sinh niềm đam mê, u thích mơn 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 Đơ Lương mơn vật lí lớp năm học 2012 - 2013 với hình thức kiểm tra tự luận 60 phút nội dung phần HSdung thựcđề HS không tập đốiKết vớiquả mạch điệnHS hỗnthực hợphiện nângđạt cao (Nội thi có phần thực phụ lục): yêu cầu chưa đạt yêu cầu cho kết sau: Số HS khảo sát 15 SL % SL % SL % 20,0 46,7 33,7 20 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh Những em thực đạt yêu cầu em có tư tố tơi hướng dẫn thực giải toán mạch điện em nắm kiến thức tốt Trong kỳ thi học sinh giỏi huyện Đơ Lương mơn 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 khơng tìm hướng để phân tích mạch điện Do đưa đề tài vào áp dụng cho em trình bồi dưỡng tơi 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 Đơ Lương mơn 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 nhưKết sau:quả HS thực đạt HS thực HS không yêu cầu Số HS khảo sát 13 chưa đạt yêu cầu thực SL % SL % SL % 61,5 23,1 15,4 Cũng năm học này, đội tuyển tham gia dự thi học sinh giỏi Huyện Đơ Lương mơn 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 mơn vật lí tơi 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 tơi 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 21 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 tơi trình bày đề tài Việc tơi đưa vào tập thí dụ phần nội dung muốn sau học sinh làm quen với việc chập điểm có điện (2 đầu dây dẫn, khố K, ampe kế có điện trở không đáng kể), giáo viên tiếp tục giới thiệu cho học sinh dạng tốn mạch điện có xét đến vai trò, chức vơn kế mạch mà vơn 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 lơgíc 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 ngun 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 tơi đề cập Việc phân tích mạch điện cần thiết để thực kế hoạch giải tốn Song, q trình làm bài, học sinh nháp mà khơng cần trình bày phần Trong q trình hướng dẫn học sinh thực giải, tơi 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 tốn thực tế không Mong rằng, đề tài giúp học sinh giải tốn vật lí phần mạch điện hỗn hợp khơng 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 22 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp khơng tường minh Trong q trình tìm hiểu đúc rút kinh nghiệm, chắn tránh khỏi thiếu sót mà thân tơi chưa phát Để nội dung hình thức đề tài thêm phong phú, tơi 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 Xn Khối, (năm 2005), 500 tập Vật lí - Biên soạn theo chương trình SGK mới, NXB Hà Nội, in cơng 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 cơng 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 hố phẩm Tập đề tích luỹ hàng năm qua thi HSG GVDG huyện Nghi Lộc, Thanh Chương, Đô Lương 23 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp khơng tường minh PHỤ LỤC PHỊNG GIÁO DỤC&ĐT ĐƠ LƯƠNG TRƯỜNG THCS THÁI SƠN ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG LỚP 9, MƠN 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? r A B b Để đèn sáng bình thường người ta + _ lấy điện trở Rx mắc thêm vào mạch Hỏi Rx phải mắc Đ có giá trị ? R X 24 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh Câu 2: Cho mạch điện hình vẽ Mắc hai đầu A, B mạch vào nguồn điện có hiệu điện U = 6V khơng đổi Ampe kế có điện trở nhỏ - Khi khóa K1 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 A R2 b Hỏi khóa K1 K2 đóng, số Ampe kế bao nhiêu? K2 A ĐÁP ÁN + Câu 1: a Điện trở đèn dòng điện định mức đèn đ Rđ = U / Pđ = / = 3Ω Đ Iđ = Pđ/ Uđ = 3/3 = 1A I = U/ R1 + r + Rđ = 6/ 3+1+1 = 1.2(A) B _ r I I1 R3 I2 X C R RX 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 Suy ra: 3Rx = + Rx Rx /3 + 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: 25 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 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 MỤC LỤC Nội dung Phần Mở đầu: - Lí chon đề tài 2- Mục đích nghiên cứu - Nhiệm vụ nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Phần Nội dung: - Cơ sở lí luận - Thực trạng - Nội dung 3.1 - Nhắc lại số kiến thức 3.1.1 - Định luật Ôm 3.1.2 - Định luật Ôm loại đoạn mạch 3.2 - Mạch điện hỗn hợp không tường minh 3.2.1 - Nhận xét chung Trang 1 1 3 4 5-6 6 26 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 3.2.2 - Các tập thí dụ cụ thể 3.2.2.1 - Dạng tốn đoạn mạch hỗn hợp khơng tường minh có tham gia Vơn kế Ampe kế + Bài tập thí dụ + Bài tập thí dụ + Bài tập thí dụ + Bài tập thí dụ + Bài tập thí dụ 3.2.2.2 - Dạng đoạn mạch hỗn hợp nhiều điện trở + Bài tập thí dụ 3.2.3 - Các tập áp dụng Phần Kết luận - Kết đạt – Bài học kinh nghiệm Tài liệu tham khảo Phụ lục 8 8-9 9-10 10-13 13-15 15-16 16 17-19 20 21-23 21-22 22-23 24 25-26 27 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh 28 ... toán mạch điện hỗn hợp tường minh với 2, điện trở Sau đó, giáo viên đưa loại mạch hỗn hợp không 21 Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải tốn mạch điện hỗn hợp khơng tường minh tường minh dạng đơn giản,... đoạn mạch nối tiếp song song Đối với dạng mạch điện hỗn hợp khơng tường minh có nhiều tập khuôn khổ đề tài đưa hai Đề tài: Hướng dẫn học sinh giải toán mạch điện hỗn hợp không tường minh dạng toán. .. 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