Sáng kiến kinh nghiệm Một số giải pháp giúp học sinh Lớp 9 giải bài tập Vật lý nâng cao phần điện học

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Một số giải pháp giúp học sinh Lớp 9 giải bài tập Vật lý nâng cao phần điện học

1. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Hội đồng thẩm định sáng kiến phòng GD&ĐT huyện Hoa Lư; Tôi ghi tên dưới đây: Tỷ lệ % Ngày Trình độ Nơi công tác Chức đóng góp Họ và tên tháng chuyên (hoặc nơi cư trú) danh vào việc năm sinh môn tạo ra sáng kiến P.Nam Thành- Giáo Võ Thị Hồng 05/6/1980 Đại học 100% TP. Ninh Bình viên I. Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng: - Tên sáng kiến: “Một số giải pháp giúp học sinh lớp 9 giải bài tập Vật lý nâng cao phần điện học” - Lĩnh vực áp dụng: Lĩnh vực Giáo dục II. Nội dung 1. Giải pháp cũ thường làm Phần điện học các giáo viên dạy các em theo từng chủ đề theo các tiết học trong sách giáo khoa, từ kiến thức của bài tôi đưa ra bài tập từ dễ đến khó. Cụ thể: Dạng 1: Định luật Ôm. Dạng 2: Định luật Ôm đối với đoạn mạch nối tiếp. Dạng 3: Định luật Ôm đối với đoạn mạch song song. Dạng 4: Định luật Ôm đối với đoạn mạch hỗn hợp. Dạng 5: Điện trở dây dẫn. Dạng 6: Biến trở. Dạng 7: Công- Công suất. Dạng 8: Định luật Jun-Len xơ. Với mỗi dạng, giáo viên cung cấp cho các em kiến thức cơ bản (chủ yếu là công thức áp dụng) rồi đưa ra bài tập từ dễ đến khó, yêu cầu các em tìm cách giải. Có những bài học sinh không làm được thì giáo viên lại hướng dẫn cho các em nhưng chưa rút ra bài học hay phương pháp cho mỗi dạng bài. Có những bài phải
2. sử dụng đến các công thức toán học thì giáo viên lại cung cấp cho các em để áp dụng vào bài. Với cách làm này tôi nhận thấy có những ưu điểm và hạn chế sau: 1.1. Ưu điểm của giải pháp cũ Với những bài tập cơ bản, học sinh được cung cấp công thức nên vận dụng tương đối tốt. Các dạng bài tôi đưa ra cũng được phân theo các bài trọng tâm theo sách giáo khoa, vì thế học sinh nắm được công thức và cách giải từng dạng bài. 1.2. Tồn tại, hạn chế của giải pháp cũ - Học sinh không tự phân loại được bài tập, việc phân loại và phương pháp giải cho từng dạng cũng chưa linh hoạt và sáng tạo. - Từ mỗi dạng tôi chưa rút ra kinh nghiệm hay phương pháp cho các em tư duy nhanh hơn, giải quyết bài toán nhanh hơn hay thông minh hơn. - Phần kiến thức toán học bổ sung cho các em chưa kịp thời, đến bài nào cần sử dụng kiến thức toán thì tôi mới bổ sung cho các em dẫn đến các em chỉ nhớ máy mọc cách làm bài mà chưa vận dụng được trong các bài khác. - Cách phân loại bài tập của tôi chưa hợp lí, còn thiếu các dạng bài tập sáng tạo, nâng cao hơn. - Do đó các em lúng túng khi giải bài tập. Với những kiến thức sách giáo khoa đưa ra thì khi gặp bài tập phần điện học có dạng đặc biệt hoặc không tường minh, học sinh không thể tìm ra hướng giải kết quả của công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trong những năm trước đây chưa cao. Chính vì vậy tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến: “Một số giải pháp giúp học sinh lớp 9 giải bài tập Vật lý nâng cao phần điện học” 2. Giải pháp mới, cải tiến Trước tiên, giáo viên cần giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản của phần Điện học. Các công thức vật lý, đơn vị các đại lượng và cách biến đổi, vận dụng công thức sao cho phù hợp với từng bài. Cung cấp thêm cho các em các kiến thức bổ trợ nâng cao trong các tài liệu tham khảo, tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi. Chú trọng hình thành các năng lực ( Tự học; Giải quyết vấn đề; Sáng tạo; Hợp tác; Tính toán ) Bên cạnh đó giáo viên phải giúp học sinh nhớ lại và nắm vững được các kiến thức về môn Toán bổ trợ trước khi đưa ra bài tập. Cung cấp cho học sinh những kiến thức toán học và những thủ thuật rất cần thiết trong quá trình giải bài tập vật lý (phương trình nghiệm nguyên, tìm cực đại, cực tiểu, tam thức bậc hai, ). 2.1. Giải pháp 1: Bổ trợ các kiến thức toán học cần thiết cho học sinh Với bài toán khó thì kĩ năng toán học là yếu tố quyết định thành công và học
3. sinh cần phải có những kĩ năng sau: + Kĩ năng đọc hiểu đề. + Kĩ năng biểu diễn hình minh họa đề bài (nếu có). + Kĩ năng phân tích hiện tượng vật lý xảy ra. + Kĩ năng sử dụng công thức (định luật, định nghĩa, khái niệm, tính chất, ) + Kĩ năng suy luận (toán học, lý học, ) lôgic. + Kĩ năng tính toán để đi đến đáp số cuối cùng. + Kĩ năng biện luận. Sau đây là một số kiến thức Toán học các em cần nắm được và vận dụng trong giải bài tập Vật lí: 2.1.1. Hệ phương trình bậc nhất nhiều ẩn số. Hệ phương trình dạng đối xứng. Dạng 1 x + y = a (1) y + z =b (2) x + z = c (3) ( Cách giải hệ phương trình dạng này ở phần phụ lục trang1 ) Dạng 2: z (y + x ) / ( x + y +z ) = a (1) y ( x+ z) / ( x + y +z ) = b (2) x (y + z ) / ( x + y +z ) = c (3) ( Cách giải hệ phương trình dạng này ở phần phụ lục trang1) Sau đây là hai ví dụ thực tế khi học sinh giải bài tập vật lý thường gặp cho cách giải này. Ví dụ 1: Cho hộp đen như vẽ 1. Với các dụng cụ vôn kế, ampe kế, nguồn điện, dây nối và một khoá K. Bằng thực nghiệm hãy xác định các điện trở trong hộp. 1 2 R1 R2 R3 Hình 1 3 Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 2
4. Ví dụ 2: Cho một mạch điện R3 R2 như hình vẽ. Biết điện trở của đoạn mạch là 8. Nếu thay đổi vị trí R1 và R1 R2 ta được điện trở đoạn mạch là 16, nếu thay đổi vị trí R 1 và R3 ta được điện trở đoạn mạch là 10. Hình 2 Tính các điện trở. Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang3 2.1.2. Bất đẳng thức Dạng này học sinh thường gặp khi giải bài toán về công suất của dòng điện, về biến trở thay đổi giá trị và tìm giá trị cực đại, cực tiểu. *Bất đẳng thức Cô si: Cho a1, a2, , an là những số không âm thì: a a a 1 2 n n a .a a n 1 2 n n Hay: a1 a2 an n a1.a2 an Dấu “=” xảy ra a1 = a2 = = an a b Áp dụng với 2 số a, b không âm, ta có: ab hay: a + b 2 ab 2 Dấu “=” xảy ra khi a = b. Trong các bài toán vật lý khi đưa ra\được lập luận a = b thì giải quyết rất nhiều vấn đề liên quan. 2.1.3. Sử dụng nghiệm của phương trình bậc hai: ax 2 bx c 0 Trong bài toán vật lý thường là những giá trị thật, nên bài toán luôn có nghiệm. Khi gặp bài toán tìm giá trị cực đại hoặc cực tiểu ta lợi dụng 0, với = b2 - 4ac Ví dụ 3: Cho mạch điện gồm 1 R R0 x biến trở Rx mắc nối tiếp với 1 điện trở R vào nguồn điện có hiệu điện thế 0 + U - không đổi U. Tìm giá trị R x để công suất tiêu thụ trên nó là lớn nhất? Hình 3 Cách 1: Dùng phép biến đổi Nguyên tắc chung khi khảo sát một đại lượng theo giá trị biến đổi, thì tốt nhất nên hình thành biểu thức của đại lượng khảo sát theo giá trị biến đổi để giải quyết. Cách 2: Dùng bất đẳng thức để giải Cách 3: Giải theo phương trình bậc hai với ẩn là Px
5. Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang 3 2.2. Giải pháp thứ hai: Phân loại và hướng dẫn giải các dạng bài tập theo từng dạng 2.2.1. Loại mạch điện tương đương - Các quy tắc chuyển mạch. Chủ yếu của phần này là hình thành mạch điện tương đương, tính điện trở theo các điện trở thành phần và một số mạch đặc biệt khác: *Phương pháp: - Dựa theo các tính chất của đoạn mạch nối tiếp, song song trong chương trình Vật lý THCS. - Các thủ thuật khác (thủ thuật biến đổi tương đương, chập mạch, bỏ điện trở, ghép điện trở, ). Đặc biệt phần này tôi đi sâu vào các kinh nghiệm dùng thủ thuật để giải các bài tập (các dạng bài tập mà không thể áp dụng các tính chất thông thường của đoạn mạch để giải quyết được). - Toán học hổ trợ phần bài tập này là phương trình nghiệm nguyên (2 ẩn, 3 ẩn) và phương trình bậc hai. - Từng bài toán sẽ rút cho học sinh biết điểm cơ bản và thủ thuật giải quyết. Tóm lại: Bài toán tính điện trở toàn mạch dựa trên các điện trở thành phần dựa theo các qui tắc sau: a. Qui tắc biến đổi tương đương dựa trên các tính chất cơ bản của đoạn mạch mắc nối tiếp, mắc song song (đoạn mạch thuần tuý song song, thuần tuý nối tiếp hay hỗn hợp của song song và nối tiếp) b. Qui tắc chập mạch các điểm có cùng điện thế : Trong trường hợp này các điểm có cùng điện thế thường gặp trong các bài toán là + Các điểm cùng nằm trên một đường dây nối. + Các điểm nằm về hai bên của phần tử có điện trở không đáng kể. (như khoá K, ampe kế A, phần tử không có dòng điện đi qua, mạch có tính đối xứng, mạch có các điện thế bằng nhau, ) c. Qui tắc tách nút: Ta có thể tách 1 nút thành nhiều nút khác nhau nếu các điểm vừa tách có điện thé như nhau (ngược lại với qui tắc 2) d. Qui tắc bỏ điện trở: Ta có thể bỏ đi các điện trở (khác không), nếu 2 đầu điện trở đó có điện thế bằng nhau. Ta vận dụng quy tắc này cho 3 loại mạch: mạch đối xứng, mạch cầu cân bằng, mạch bậc thang. e. Qui tắc chuyển mạch sao thành tam giác và ngược lại. a) Biến đổi mạch tam giác thành mạch hình sao
6. Hình 5 Hình 4 Biến đổi mạch tam giác (hình 4) thành mạch hình sao (hình 5) Khi hai mạch tương đương ta có (hình 6): Hình 6 Xuất phát từ RAB ; RAC ; RBC không đổi ta chứng minh được R3 R1 R2 RAB R13 R23 (1) R R2 R3 R1 R2 R3 RAC R13 R12 (2) R1 R2 R3 R2 R1 R3 RBC R12 R23 (3) R1 R2 R3 Cộng 3 phương trình theo từng vế rồi chia cho 2 ta được: R1R2 R2 R3 R1R3 R12 R13 R23 (4) R1 R2 R3 R1R2 Trừ (4) cho (1) ta được: R12 R1 R2 R3 R2 R3 Trừ (4) cho (2) ta được: R23 R1 R2 R3 R1R3 Trừ (4) cho (3) ta được: R13 R1 R2 R3 b) Biến đổi mạch sao thành mạch tam giác Tương tự, biến đổi mạch hình sao R 1, R2, R3 thành mạch tam giác R12, R23, R13. Khi hai mạch tương đương ta có:
7. R1.R2 R12 R1 R2 R3 R2 .R3 R23 R2 R3 R1 R1.R3 R13 R1 R3 R2 Hình 7 f. Mạch tuần hoàn: Mạch mà các điện trở được lặp lại một cách tuần hoàn và kéo dài vô hạn (chu kì lặp gọi là ô mắt xích). Với loại này thì ta giả sử rằng điện trở R của mạch không thay đổi khi ta nối thêm một mắc xích nữa. g. Khi hai đầu các dụng cụ dùng điện bị nối tắt bởi dây dẫn (khoá K, ampe kế A) có điện trở không đáng kể thì coi như dụng cụ không hoạt động. Ví dụ 4: Phải dùng ít nhất bao nhiêu điện trở loại r = 5 để hình thành mạch điện có điển trở 3 ; 6 ; 7 Hướng dẫn cách giải: Phần Phụ lục – Trang5 Ví dụ 5: Các điện trở đều có giá trị r. Hãy tính điện trở toàn mạch. Hình 9 Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hướng dẫn cách giải: Phần phụ lục – Trang5 Các điểm nối với nhau bằng dây dẫn thì có điện thế bằng nhau, do đó chập các điểm này lại ta có sơ đồ tương đương. Dựa vào sơ đồ tương đương ta dễ dàng tính được điện trở tương đương của đoạn mạch.