Sáng kiến kinh nghiệm Giải các bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Giải các bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh

1. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc Phần I - ĐẶT VẤN ĐỀ Do thực tế trình độ nhận thức của học sinh THCS chưa cao, đặc biệt là đối với vùng nông thôn, thời gian tiếp thu trên lớp còn ít so với lượng kiến thức và khả năng tư duy, nhận dạng, phân loại bài toán để xác định được yêu cầu của bài toán là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh. Bên cạnh đó, do nhu cầu ham học, ham hiểu biết của số học sinh có triển vọng, do mức độ quan trọng của vật lý 9 đối với việc thi vào lớp 10 và tiếp tục học ban KHTN ở các lớp trên nên yêu cầu đặt ra là phải chọn lựa, sàng lọc và phân loại bài tập để hướng dẫn cho học sinh là công việc vô cùng quan trọng đối với mỗi giáo viên dạy bồi dưỡng . Thực tế cho thấy: kiến thức là vô hạn, các loại, các dạng bài tập nói chung, bài tập về mạch điện nói riêng là rất phong phú và đa dạng: - Mạch điện mắc nối tiếp, mắc song song. - Mạch điện hỗn hợp tường minh. - Mạch điện hỗn hợp không tường minh. - Mạch cầu, mạch đối xứng, mạch tuần hoàn, mạch bậc thang Trong quá trình bồi dưỡng vật lý THCS cho học sinh, nếu ta chỉ phân ra các phần cơ, nhiệt, điện, quang; mỗi phần làm một vài bài để học sinh quan sát, ghi chép và ghi nhớ máy móc theo kiểu tái hiện thì rất khó để có thể để ghi nhớ bền vững và áp dụng khi cần thiết. Việc bồi dưỡng học sinh có triển vọng đòi hỏi giáo viên phải định hướng được và phân loại từng dạng bài tập cho học sinh, với mỗi dạng trước hết cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, những điểm cần lưu ý, cung cấp cách giải cụ thể, chọn lựa bài tập cho học sinh luyện giải để nắm vững phương pháp với mức độ từ đơn giản đến phức tạp. Trong các dạng bài tập đó thì việc học sinh biết phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện phức tạp thì mới có thể bắt tay vào việc giải các bài tập khác. Trong quá trình bồi 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 H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 1
2. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc mạch điện phức tạp, các em đều bị lúng túng, bế tắc không tìm ra hướng để phân tích mạch điện. Song do điều kiện có hạn về thời gian, điều kiện về phương tiện, đồ dùng, vật chất nên không thể nghiên cứu kĩ để trình bày đủ các cho các dạng bài tập về các loại mạch điện mà ở đây tôi chỉ đưa ra một vài kinh nghiệm nhỏ để giúp học sinh biến đổi từ mạch điện hỗn hợp không tường minh trở về mạch điện hỗn hợp tường minh để có thể thực hiện giải một cách đơn giản và như vậy, khi học sinh đã biết cách vẽ lại mạch điện thì khi đó học sinh sẽ có sự hứng thú để bắt tay vào việc khai thác nhiều dạng toán, bài toán về mạch điện. Vậy để giúp học sinh có khả năng giải toán vật lí phần định luật Ôm, bồi dưỡng học sinh có triển vọng để chọn đội tuyển học sinh giỏi đạt kết quả cao, tôi đã lựa chọn chuyên đề giải các bài toán về mạch điện hỗn hợp không tường minh để cung cấp cho học sinh có thêm giải pháp để giải bài toán loại mạch điện này. H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 2
3. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc Phần II – CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN Chương I . Nhắc lại một số kiến thức cơ bản Một mạch điện có thể gồm nhiều đoạn mạch điện. Mỗi đoạn mạch điện ở giữa hai điểm của đoạn mạch điện có thể gồm một hay nhiều bộ phận, các bộ phận có thể mắc nối tiếp hoặc mắc song song với nhau. 1. Định luật Ôm: U I U R U = I.R và R I 2. Định luật ôm đối với các loại đoạn mạch a/ Đoạn mạch nối tiếp: A C B • • • R R * Tính chất: 1 H.1 2 Hai điện trở R1 và R2 có một điểm chung là C. I = I1 = I2. (1a) U = U1 + U2. (2a) R = R1 + R2. (3a) U R 1 1 . (4a) U 2 R2 U R1 *Chú ý: U 1 = I1.R1 = I.R1 = .R1 = U. . (5a) R R1 R2 U R2 U2 = I2.R2 = I.R2 = .R2 = U. . R R1 R2 U1 R1 Chia U thành U1 và U2 tỉ lệ thuận với R1 và R2. . U 2 R2 - Nếu R2 = 0 thì theo (5a) ta thấy : U2 = 0 và U1 = U. Do đó trên sơ đồ (H.1). Hai điểm C và B: U CB = I.R2 = 0. Khi đó điểm C coi như trùng với điểm B (hay điểm C và B có cùng điện thế). R1 I1 - Nếu R2 = (rất lớn) A I B U1 = 0 và U2 = U. • R 2 • I2 b/ Đoạn mạch mắc song song: H.2 * Tính chất: H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 3
4. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc Hai điện trở R1 và R2 có hai điểm chung là A và B. U = U1 = U2 . (1b) I = I1 + I2. (2b) I R 1 2 . (3b) I 2 R1 1 1 1 . (4b) Rtd R1 R2 U1 U I.R1.R2 R2 *Chú ý: I1 I. R1 R1 R1 (R1 R2 ) R1 R2 U 2 U I.R1.R2 R1 I 2 I. (5b) R2 R 2 R2 (R1 R2 ) R1 R2 I1 R2 Chia I thành I1 và I2 tỉ lệ nghịch với R1 và R2 : I 2 R1 - Nếu R2 = 0 thì theo (5b) ta có: I1 = 0 và I2 = I. Do đó trên sơ đồ (H.2). Hai điểm A và B có : UAB = 0. Khi đó hai điểm A và B có thể coi là trùng nhau (hay hai điểm A và B có cùng điện thế). - Nếu R2 = (rất lớn) thì ta có : I2 = 0 và I1 = I. (Khi R2 có điện trở rất lớn so với R 1 thì khả năng cản trở dòng điện của vật dẫn là rất lớn. Do đó ta có thể coi dòng điện không qua R2.) 3. Một số điểm lưu ý: - Trong một mạch điện, các điểm nối với nhau bằng dây nối (hoặc ampe kế) có điện trở không đáng kể được coi là trùng nhau. Khi đó ta chập các điểm đó lại và vẽ lại mạch để tính toán. - Trong các bài toán, nếu không có ghi chú gì đặc biệt thì ta có thể coi: RA 0 và RV . - Khi giải bài toán với những sơ đồ mạch điện mắc hỗn hợp tương đối phức tạp, nên tìm cách đưa về một sơ đồ tương đương đơn giản hơn. Trên sơ đồ tương đương, những điểm có điện thế như nhau (bằng nhau) được gộp lại (chập lại) để làm rõ những bộ phận phức tạp của đoạn mạch được ghép lại để tạo thành đoạn mạch đơn giản hơn. H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 4
5. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc Chương II. Mạch điện hỗn hợp không tường minh. 1/ Nhận xét chung: - Mạch điện hỗn hợp không tường minh cũng là một loại mạch điện mắc hỗn hợp, song cách mắc khá phức tạp, không đơn giản mà phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện được ngay. Vì vậy, để thực hiện được kế hoạch giải, bắt buộc phải tìm cách mắc lại để đưa về mạch điện tương đương đơn giản hơn. Nhớ rằng, giữa các điểm nối với nhau bằng dây dẫn, ampe kế có điện trở không đáng kể là những điểm có cùng điện thế, ta gộp lại (chập lại). Khi đó vẽ lại mạch điện, ta sẽ được mạch điện tương đương ở dạng đơn giản hơn. - Phân tích cách mắc các bộ phận trong mạch điện là bước khá quan trọng, nó giúp ta thực hiện yêu cầu của bài toán tránh được những sai sót. Cuối cùng, ta áp dụng các tính chất và hệ quả của định luật Ôm đối với từng loại đoạn mạch nối tiếp và song song. 2/ Các bài tập thí dụ cụ thể 2.1 – Bài tập thí dụ 1: Cho sơ đồ mạch điện được mắc như sơ đồ hình vẽ 3. Biết R = 6Ω; R = 3Ω; R = 8Ω; R = 4Ω. 1 2 3 4 A B R Khi đoạn mạch được mắc vào một nguồn điện, 1 R ampe kế chỉ 3A. R2 4 a/ Tính hiệu điện thế của nguồn điện. D R3 A b/ Tính dòng điện đi qua R1 và R2. C H.3. Hướng dẫn học sinh thực hiện giải Ơ 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 kĩ sơ đồ và nhận xét cách mắc. Bước 1: Nhận xét: Ta thấy các điểm A và D được nói với nhau bằng dây dẫn có diện trở không đáng kể, nên chúng có cùng điện thế và ta chập lạ thành một điểm. Như vậy thì H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 5
6. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc giữa hai điểm A và B có một đoạn mạch mắc song song gồm 3 mạch rẽ. Mạch rẽ thứ nhất chứa R1, mạch rẽ thứ hai chứa R2, mạch rẽ thứ ba chứa R3 và R4. Bước 2: Thực hiện bài giải: - Mạch điện được vẽ lại tương đương như sau: A B R1 R1 R3 A R4 - Mạch điện được mắc:R 1 // R2 // (R3 nt R4 ) Ơ Gọi I1, I2, I3,4 là các dòng điện đi qua các điện trở R1, R2, R3 và R4. a/ Hiệu điện thế giữa hai cự của nguồn điện cũng chính là hiệu điện thế giữa hai mạch rẽ chứa R3 và R4. Ta có: UAB = I34.R34 = I34(R3 + R4) = 3(8 + 4) = 36(V) b/ Cường độ dòng điện qua R1 và R2 lần lượt là : U AB 36 U AB 36 I 1 = 6(A) I2 = 12(A) R1 6 R2 3 ĐS: U = 36V; I1 = 6A; I2 = 12A. 2.2 – Bài tập thí dụ 2: Cho mạch điện có sơ đồ cách mắc như hình vẽ 4. B R2 R4 A D Biết: R1 = 6,5Ω; R2 = 6Ω; R3 = 12Ω; R4 = 10Ω; R R = 30Ω. Ampe kế chỉ 2A. Tính: R3 5 5 A C a/ Hiệu điện thế ở 2 cực của nguồn điện. b/ Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở. + - R1 H. 4 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 H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 6
7. TrÞnh ThÕ Th¾ng - THCS VÜnh Hïng, VÜnh Léc Ta thấy hai điểm B và C được nối với nhau bằng dây dẫn có điện trở không đáng kể. Do đó, ta chập hai điểm này lại với nhau. Khi đó đoạn mạch AC và đoạn mạch CD là hai đoạn mạch mắc nối tiếp, mỗi đoạn mạch đó lại có 2 điện trở được mắc song song. Như vậy, mạch điện gồm: Hai đoạn mạch mắc song song AC và CD măvs nối tiếp với nhau và nối tiếp với điện trở R1 mắc vào nguồn điện. Bước 2: Thực hiện bài giải: - Mạch điện được vẽ lại tương đương như sau: R2 R4 A D C R3 R5 A + - R1 - Mạch điện được mắc như sau: R1 nt {(R2 // R3) nt (R4 // R5)} a/ Điện trở tương đương của mạch AC là : 1 1 1 R2 R 3 R2 R3 6.12 72 R AC 4() RAC R2 R3 R2 .R3 R2 R3 6 12 18 Điện trở tương đương của đoạn mạch CD là: 1 1 1 R4 R 5 R4 R5 10.30 300 R CD 7,5() RCD R4 R5 R4 .R5 R4 R5 10 30 40 Điện trở toàn mạch là: R = R1 + RAC + RCD = 6,5 + 4 + 7,5 = 18(Ω) Vậy hiệu điện thế ở hai cực của nguồn điện là: U = I.R = 2.18 = 36(V) b/ Cường độ dòng điện qua R1 là I1: I1 = I = 2(A) Cường độ dòng điện qua R2 và R3 là I2 và I3 : I 2 R3 12 Ta có : 2 I 2 2.I 3 (1) I 3 R2 6 Mà : I2 + I3 = I = 2A (2) H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi to¸n vÒ m¹ch ®iÖn hçn hîp kh«ng t­êng minh 7