Sáng kiến kinh nghiệm Giải bài toán điện một chiều bằng phương pháp chập mạch điện

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Giải bài toán điện một chiều bằng phương pháp chập mạch điện

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG NINH TRƯỜNG THPT HOÀNH BỒ * ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VẬT LÍ 11 GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHẬP MẠCH ĐIỆN GIÁO VIÊN: Phạm Văn Lẫy TỔ : Lí-Thể dục Năm học : 2012-2013
2. I. ĐỀ TÀI GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHẬP MẠCH ĐIỆN II. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, bộ môn vật lí là một trong số các môn học được Bộ Giáo dục và Đào tạo chọn hình thức kiểm tra và thi theo phương pháp trắc nghiệm khách quan. Với hình thức thi này, thời gian dành cho mỗi câu hỏi và bài tập là rất ngắn, khoảng 1,5 phút. Nếu học sinh không được cung cấp các công thức tổng quát và các công thức hệ quả của mỗi dạng bài tập để tìm ra kết quả nhanh nhất thì không thể đủ thời gian để hoàn thành tốt bài làm trong các kỳ thi và kiểm tra. 1. Thực trạng: “ Dòng điện không đổi” là một phần trong chương trình SGK vật lý 11 hiện nay, tuy trong chương trình vật lý lớp 9 học sinh đã được biết các công thức về ghép các điện trở song song và nối tiếp nhưng các em mới chỉ tiếp cận các mạch điện đơn giản, hơn nữa trong một khoảng thời gian dài các em không sử dụng đến các công thức này mà trong chương trình SGK vật lý 11 không nhắc lại các công thức đó và trong SGK không có các dạng bài tập về các mạch điện phức tạp nhưng trong sách bài tập lại có các bài tập về các mạch điện hỗn hợp mà nếu không vẽ lại mạch điện thì học sinh sẽ gặp khó khăn khi xác định sơ đồ mắc các điện trở nên khi làm bài tập đạt kết quả không cao. 2.Lí do chọn đề tài: Với lí do trên tôi đã chọ đề tài nghiên cứu :“ GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHẬP MẠCH ĐIỆN ” tôi đưa ra phương pháp tổng quát để chập các mạch điện phức tạp thành đơn giản để từ đó học sinh có thể dễ dàng xác định sơ đồ mắc các mạch điện ngoài. 3.Giới hạn đề tài nghiên cứu:
3. Đề tài tập trung nghiên cứu môn vật lý lớp 11, phần dòng điện không đổi, dạng toán về mạch điện không đổi có nhiều điện trở mắc hỗn hợp mà muốn xác định sơ đồ mắc thì cần phải vẽ lại sơ đồ mạch điện . • Đối tượng nghiên cứu : Dành cho học sinh khối 11 THPT Hoành Bồ. III. CƠ SỞ LÍ LUẬN Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực, có tính tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành như: Kỹ năng kỹ xảo giải bài tập, kỹ năng đo lường, quan sát . + Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông. Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thúc có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên hấp dẫn, lôi cuốn các em hơn. + Các dạng toán về mạch điện một chiều đều được dựa trên cơ sở lí thuyết về dòng điện không đổi. + Các đinh luật Kiếp sốp về dòng điện không đổi .
4. + Các điểm trong mạch có cùng hiệu điện thế ta có thể chập lại với nhau. + Dựa vào tính đối xứng của mạch điện ta có thể chập mạch mà thay mạch khác có tính chất và tác dụng tương đương để đơn giản bài toán. IV. CƠ SỞ THỰC TIỄN Trong quá trình giảng dạy, khi tìm hiểu tâm tư nguyện vọng của một số học sinh lớp 11 tôi được biết có rất nhiều học sinh thích học môn vật lí, nhiều học sinh có nguyện vọng thi vào đại học khối A và đăng kí học các ngành vật lí. Theo cấu trúc của chương trình và sách giáo khoa vật lí lớp 11 thì trước khi học về mạch điện một chiều không đổi thì học sinh đã được học một số kiến thức cơ bản như về mạch điện ở lớp 9 THCS.Vì vậy giáo viên có thể giúp học sinh phát triển những kiến thức này lên các mức cao hơn đối với Các mạch điện phức tạp trên cơ sở hoàn toàn thực tế hoàn toàn phù hợp với lí thuyết. Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm sẽ giúp giáo viên và học sinh có một phương pháp tổng quát giúp vẽ lại sơ đồ mạch ngoài của những mạch điện không đổi có nhiều điện trở mắc hỗn hợp, từ đó xác định sơ đồ mắc các điện trở là công việc đầu tiên khi học sinh gặp các bài tập yêu cầu tính điện trở mạch ngoài hay xác định hiệu điện thế và cường độ dòng điện trên từng điện trở. V. NỘI DUNG NGUYÊN CỨU A. Nội dung bài tập và cách giải: 1. Nội dung: *Ví dụ : ( Bài 2.22 – trang 23 – sách bài tập vật lý 11 nâng cao ) Cho mạch điện như hình vẽ 1.
5. Cho biết:R1 = R2 = 2  ; R3 = R4 = R5 = R6 = 4  . Điện trở của các ampe kế nhỏ không đáng kể. a. Tính RAB b. Cho UAB = 12 V. Tìm cường độ dòng điện qua các điện trở và số chỉ các ampe kế . C D E A1 A2 A3 R4 R5 R6 .A .B R1 F R2 H R3 Hình 1 2. Phương pháp giải tổng quát: Đối với dạng bài tập điện một chiều, trong đó sơ đồ mạch ngoài gồm có nhiều điện trở ghép hỗn hợp trong đó có những điểm có cùng điện thế như sơ đồ trên thì nhìn vào hình vẽ ta chưa thể viết được sơ đồ mắc điện trở ngay mà đòi hỏi phải vẽ lại mạch điện bằng cách chập các điểm có cùng điện thế thì giáo viên có thể thực hiện các hoạt động sau: *HOẠT ĐỘNG 1: Nhắc lại các đặc điểm của đoạn mạch điện trở ghép song song và ghép nối tiếp: a. Ghép nối tiếp b. Ghép song song Ib = I1 = I2 = = In Ib = I1 + I2 + + In Ub = U1 + U2 + + Un Ub = U1 = U2 = = Un R = R + R + + R 1 1 1 1 b 1 2 n Rb R1 R2 Rn
6. *HOẠT ĐỘNG 2: Vẽ lại sơ đồ mạch điện. Tiến hành lần lượt theo các bước sau: +Bước 1: Đặt tên cho các điểm nút trong mạch điện. +Bước 2: Xác định các điểm có cùng điện thế: do dây dẫn và ampe kế có điện trở nhỏ không đáng kể nên hiệu điện thế giữa hai đầu ampe kế coi như bằng không, suy ra điện thế hai đầu ampe kế là bằng nhau. +Bước 3: Xác định điểm đầu và điểm cuối của mạch điện. +Bước 4: Liệt kê các điểm nút của mạch điện theo hàng ngang theo thứ tự các nút trong mạch điện ban đầu, điểm đầu và điểm cuối của mạch điện để ở hai đầu của dãy hàng ngang, mỗi điểm nút được thay thế bằng một dấu chấm, những điểm nút có cùng điện thế thì chỉ dùng một chấm điểm chung và dưới chấm điểm đó có ghi tên các nút trùng nhau. +Bước 5: Lần lượt từng điện trở nằm giữa hai điểm nào thì đặt các điện trở vào giữa hai điểm đó. *HOẠT ĐỘNG 3: Áp dụng các công thức đặc điểm của đoạn mạch nối tiếp và song song để giải bài toán theo các yêu cầu của đề bài. 3. Áp dụng giải ví dụ: +Bước 1: Đặt tên cho các điểm nút A, B, C, D, E, F, H như hình vẽ 1. +Bước 2: Xác định các điểm có cùng điện thế : VC = VD = VE = VB +Bước 3: Xác định điểm đầu mạch điện:A; và điểm cuối của mạch điện (B,C,D,E) +Bước 4: Liệt kê các điểm nút của mạch điện theo hàng ngang như hình 2 . . . . A F H B C,D,E Hình 2
7. +Bước 5: Lần lượt từng điện trở nằm giữa hai điểm nào thì đặt các điện trở vào giữa hai điểm đó ( Hình 3 ). Cụ thể: Điện trở R1 nằm giữa hai điểm A và F Điện trở R2 nằm giữa hai điểm F và H Điện trở R3 nằm giữa hai điểm H và B Điện trở R4 nằm giữa hai điểm A và C ( cũng là nằm giữa A và B ) Điện trở R5 nằm giữa hai điểm F và D ( cũng là nằm giữa F và B ) Điện trở R6 nằm giữa hai điểm H và E ( cũng là nằm giữa H và B ) R5 R6 . . . . A R1 F R2 H R3 B C,D,E R4 Hình 3 Từ sơ đồ mạch điện vẽ lại như hình 3, ta dễ dàng xác định được sơ đồ mắc :  R3 // R6 ntR2 // R5 ntR1 // R4 +Bước 6: Áp dụng các công thức đặc điểm của đoạn mạch song song và nối tiếp, ta dễ dàng tính toán được các đại lượng theo yêu cầu của đề bài. (Trong nội dung giới hạn của đề tài, tôi chỉ tập trung về việc vẽ lại mạch điện, còn việc giải bài toán khi đã có sơ đồ mắc tôi không đề cập đến ở đây vì vẫn tuân theo cách giải thông thường)
8. B. Bài tập vận dụng: *Bài tập : ( Bài 2.27 – trang 24 – sách bài tập vật lý 11 nâng cao ) Cho mạch điện như hình vẽ 1. Cho biết:UAB = 6 V; R1 = R2 = R3 = R4 = 2  ; R5 = R6 = 1  ; R7 = 4  . Điện trở của vôn kế rất lớn, điện trở của các ampe kế nhỏ không đáng kể. Tính R AB, cường độ dòng điện qua các điện trở, số chỉ các ampe kế và vôn kế. A1 M N R3 P R4 A R1 R2 F A2 Q R7 R5 V R6 B K H Hình 4 *Hướng dẫn giải: Đây là một bài tập về mạch cầu, nhưng mới nhìn vào sơ đồ này, học sinh sẽ không xác định được sơ đồ mắc các điện trở, do vậy, công việc đầu tiên để giải bài toán là vẽ lại sơ đồ mắc các điện trở bằng cách chập các điểm có cùng điện thế với nhau. +Bước 1: Đặt tên cho các điểm nút A, M, N, P, Q, F, H, K, B như hình vẽ 4. +Bước 2: Xác định các điểm có cùng điện thế : VA = VP; VN = VF = VQ; VH = VK = VB; Do vôn kế có điện trở rất lớn nên có thể tạm bỏ đoạn mạch FH khi vẽ lại sơ đồ +Bước 3: Xác định điểm đầu mạch điện:A; và điểm cuối của mạch điện (B,K,H) +Bước 4: Liệt kê các điểm nút của mạch điện theo hàng ngang như hình 5
9. . . . . A M N B /// /// /// P F K /// /// Q H Hình 5 +Bước 5: Lần lượt từng điện trở nằm giữa hai điểm nào thì đặt các điện trở vào giữa hai điểm đó ( Hình 6 ). Cụ thể: Điện trở R1 nằm giữa hai điểm A và M Điện trở R2 nằm giữa hai điểm M và N Điện trở R3 nằm giữa hai điểm N và P Điện trở R4 nằm giữa hai điểm P và Q Điện trở (R5 nối tiếp R6) nằm giữa hai điểm Q và H ( cũng là nằm giữa Q và B ) Điện trở R7 nằm giữa hai điểm M và K ( cũng là nằm giữa M và B ) R7 R . R1 . R2 . R5 6 . A M N B /// /// R3 /// P F K R4 /// /// Q H Hình 6
10. Từ hình 6, ta thấy đoạn mạch MN ( chứa điện trở R 2 ) chung cho cả đoạn mạch AMN và đoạn mạch MNB, do đó đoạn mạch MN là cầu. Từ đó ta vẽ lại theo sơ đồ mạch cầu được hình 7. R R 1 M 5 . R . R 2 A 3 B(K,H) R R /// . 6 7 R P 4 N(F,Q) Hình 7 Đến đây ta có sơ đồ mạch cầu quen thuộc, dựa vào số liệu đầu bài ta có tỉ số: R1 R5 . Vậy đây là một mạch cầu cân bằng, suy ra VM = VN, chập hai điểm M R34 R67 và N ta có sơ đồ mắc: R1 // R3 // R4 ntR5 // R6 ntR7  VI. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: Trong năm học 2012-2013 tôi đã áp dụng đề tài trên đây ở hai lớp 11A6 và 11A7. Các em đã vận dụng phương pháp giải bài tập cho kết quả rất khả quan qua bài kiểm tra 15 phút . Kết quả thu được như sau: Từ 8-10 Từ 6-7 Từ 3-4 Từ 1-2 Lớp Sĩ số 5 điểm điểm điểm điểm điểm