SKKN Chuyên đề bồi dưỡng Olympic Vật lý 11 phần Dòng điện không đổi

Nội dung text: SKKN Chuyên đề bồi dưỡng Olympic Vật lý 11 phần Dòng điện không đổi

1. I. TÊN ĐỀ TÀI: CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG OLYMPIC VẬT LÝ 11 PHẦN DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI II. ĐẶT VẤN ĐỀ - Trong các trường phổ thông , việc việc phát hiện bồi dưỡng nhân tài cho đất nước là một trong những nhiệm vụ không thể thiếu. “Hiền tài là nguyên khí của quốc gia” vì thế công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT là rất quan trọng. - Bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ then chốt trong mỗi nhà trường, là thành quả để tạo lòng tin với phụ huynh và là cơ sở tốt để xã hội hoá giáo dục. - Trong đề tài này , nêu lên “ một số dạng toán vật lý 11 thường gặp trong đề thi học sinh giỏi –olympic phần dòng điện một chiều” đề bồi dưỡng học sinh giỏi , Olympic Vật lý 11; đồng thời cũng thể áp dụng để tiến hành thực hiện giảng dạy cho những các em học sinh lớp 11. Giúp học sinh nâng cao kiến thức, kỹ năng, tìm ra phương hướng học tập để học sinh yêu thích học bộ môn hơn nữa. Mặt khác giúp cho bản thân người dạy cũng như đồng nghiệp bổ sung vào phương pháp dạy học bộ môn của mình một số bài học thực tiễn. III. CƠ SỞ LÝ LUẬN -Cấu trúc đề thi học sinh giỏi – Olympic Vât lý cấp tỉnh của Sở GD &ĐT Quảng nam - Các em học sinh khá, giỏi thích tìm tòi, khám phá những cái mới. Đặcbiệt, những bài toán khó thường rất hấp dẫn với các em. Các em dễ nhàm chán hoặc không hứng thú với những bài toán dễ và đơn giản, với sáng kiến này sẽ giúp các em học tốt hơn. - Bộ giáo dục và đào tạo hướng dẫn và yêu cầu các SGD & ĐT chỉ đạo các trường THPT quan tâm đến việc bồi dưỡng học sinh giỏi các bộ môn nhằm góp phần nâng cao chất lượng giáo dục. - Dựa vào chương trình vật lý THPT, chuẩn kiến thức kỹ năng giải bài tập định lượng của Bộ GD &ĐT. Năm học 2016 -2017 - 1 -
2. IV. CƠ SỞ THỰC TIỄN - Những năm gần đây đề thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng có xu hướng ra đề với lượng kiến thức rộng trong 3 năm học, đông thời nhiều câu hỏi khó đòi hỏi học sinh phải biết vận dụng nhiều kiến thức kỹ năng để đến đáp số, với thời gian ngắn nhất. - Căn cứ vào những kết luận, đánh giá về việc dạy, học và bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn Vật lý của nhà trường. - Sự quan tâm chỉ đạo sâu sát và kịp thời của BGH nhà trường, giáo viên dạy xây dựng kế hoạch cụ thể và lâu dài cho công tác bồi dưỡng HSG được tổ và BGH duyệt. - Nhằm đáp ứng nhu cầu học bộ môn vật lý, đồng thời giúp các em tự tin hơn khi tham gia các kỳ thi học sinh giỏi - olympic, tốt nghiệp THPT quốc gia. Nâng cao hiệu quả dạy và học về bộ môn Vật lý nói riêng và các môn khoa học tự nhiên khác nói chung . V. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU V.1. CÁC KIẾN THỨC TOÁN HỌC 1. Tam thậc bậc 2. y = f(x) = ax2 + bx + c. + a > 0 thì ymin tại đỉnh Parabol. + a 0 thì phương trình có 2 nghiệm phân biệt. 2. Bất đẳng thức Côsi: a + b 2 ab (a, b dương) a + b + c 3 3 abc (a, b, c dương) + Dấu bằng xảy ra khi các số bằng nhau. + Khi Tích 2 số không đổi tổng nhỏ nhất khi 2 số bằng nhau. Khi Tổng 2 số không đổi, Tích 2 số lớn nhất khi 2 số bằng nhau. 2 2 2 3. Bất đẳng thức Bunhia côpxki: (a1b1 + a2b2) (a1 + a2) . (b1 + b2) . a b Dấu bằng xảy ra khi 1 1 a2 b2 4. Khảo sát hàm số. - Dùng đạo hàm - Lập bảng xét dấu để tìm giá trị cực đại, cực tiểu. Thường áp dụng cho các bài toán điện xoay chiều (vì lúc đó học sinh đã được học đạo hàm). Năm học 2016 -2017 - 2 -
3. * Bờnh cạnh đó trong quá trình giải bài tập chúng ta thường sử dụng một số tính chất của a c a c a c phân thức b d b d b d V.2 CÁC DẠNG TOÁN CỤ THỂ V.2.1. SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT ÔM TÌM CÁC ĐẠI LƯỢNG I,U,R,  , P TRONG MẠCH ĐIỆN. 1. PHƯƠNG PHÁP n m m n m 1- Định luật ôm cho mạch kín: I = { ( Ei ) - ( Ej )} /{  rk +  Rj } i 1 j 1 k 1 j 1 2- Định luật ôm cho đoạn mạch n m E1 E2 E UAB + ( Ei ) = I.  Rj R1 R2 n Rm i 1 j 1 A B Lưu ý: + Với dòng điện: Nếu chưa biết chiều dòng điện thì ta chọn một chiều nào đó cho I, sau đó dựa vào kết quả để nhận xét I > 0 nếu dòng điện cùng chiều chọn (Từ A đến B) I 0 nếu dòng điện đi ra từ cực dương (nguồn điện) E < 0 nếu dòng điện đi vào cực dương (máy thu) - Thực hiện tính toán để đưa ra kết quả bài toán - Đối với mạch có chứa các tụ điện thì ta lưu ý: Không có dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa tụ Năm học 2016 -2017 - 3 -
4. 2. BÀI TẬP VÍ DỤ VÍ DỤ 1: Cho mạch điện (hình vẽ). Mỗi nguồn có E =6V, r = 1Ω, R1 = R2 = R3 = 2Ω. E,r a. Tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn. R1 b. Tính cường độ dòng điện qua mạch ngoài. c. Thay R1 bằng một bình điện phân đựng dung dịch R 3 R2 CuSO4,cực dương bằng đồng, điện trở của bình điện phân là R p = H1 2 Ω. Tính khối lượng đồng bám vào Catốt trong thời gian 965 giây. ChoA = 64, n = 2. HƯỚNG DẪN a. Eb =E1+E2+E3= 18 V. rb=nr = 3 Ω R1.R2 b. Tính được : R1, 2 = 1Ω, Ta có RN R3 3 . R1 R2 E Áp dụng định luât ôm cho toàn mạch . I = = 3 A RN r c. Ta có R1 = Rp =R2. Suy ra I1 = I2 = = 1,5 A Áp dụng định luật Faraday : m = . I t. Thay số m = 0,48 g E E2 1 R VÍ DỤ 2: Cho mạch điện như hình vẽ A 1 E1 15V; E2 9V; E3 10V r 2;r 1;r 3 V 1 2 3 E R3 3 R R1 4; R2 2; R3 6; R4 3 2 B Tính cường độ dòng điện qua R4 và số chỉ của vôn kế (RV = )? R4 HƯỚNG DẪN Nhận xét: Do chưa biết đâu là nguồn đâu là máy thu nên ta giả sử dòng điện trong mạch có một chiều nào đó. Thường ta chon chiều dòng điện sao cho tổng các suất điện động của máy phát lớn hơn máy thu - Chọn chiều dòng điện trong mạch cùng chiều kim đồng hồ - Theo định luật ôm cho toàn mạch ta có: E E E I 1 2 3 = 1A >0 (vậy chiều dòng điện là chiều ta chọn) r1 r2 r3 R1 R2 R34 U34 - Ta có I34 = I = 1A U34 = R34.I34 = 2V I4 = = 2/3 A R 4 - Uv = UAB = -E1 + I(R1 + R34) = -9V Năm học 2016 -2017 - 4 -
5. VÍ DỤ 3: Cho mạch điện như hình 2, các điện trở thuần đều có giá trị bằng R. a. Tìm hệ thức liên hệ giữa R và r để công suất tiêu thụ mạch ngoài không đổi khi K mở và đóng. b. E = 24 Vvà r = 3  . Tính UAB khi: + K mở + K đóng HƯỚNG DẪN a. Khi K mở mạch ngoài có cấu tạo [ R1// ( R2 nt R3) ] nt R4 R1 (R2 R3 ) 5R Điện trở mạch ngoài khi đó :RN = + R4 = . R1 R2 R3 3 5R  2 Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài : P = . 3 5R 2 ( r) 3 Khi K đóng mạch ngoài có cấu tạo ( chập CD)Điện trở mạch ngoài khi đó: R3 .R4 (R1 ).R2 R3 R4 3R R’N = = R3 R4 5 R1 R2 R3 R 4 Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài : 3R  2 P’ = . 5 3R 2 ( r) 5 H2 5R  2 3R  2 Theo đầu bài : . = . 3 5R 2 5 3R 2 ( r) ( r) 3 5 3R 2 3R ( r) 2 r 5 3 5 3 Suy ra = 2 = 5R 2 5 5R 5 ( r) r 3 3 Kết quả : R = r 5R 5.3  b) * K mở : RN = = = 5  ,I = = 3 (A) 3 3 RN r R123 = 2  ; UAB = I.R123 = 6 V 3R 9 * Khi K đóng: R’N = = ; I’ = 5(A) ; UAC = I’. R’= 9 V 5 5 3R 9 U AC R134 = = I1= = 2 (A) ; UAB = I1.R1 = 6V 2 2 R134 Năm học 2016 -2017 - 5 -
6. Ví DỤ 4: Cho mạch điện như hình vẽ V E = 6V, r = 1  ; R1 = R3 = R4 = R5 = 1  E, B R5 R2 = 0,8  ; Rx có giá trị thay đổi được A r D a. Cho Rx = 2  . Tính số chỉ của vôn kế trong 2 trường hợp: Rx R1 R4 K đóng và K mở b. Tìm R để công suất tiêu thụ của R nhận giá trị cực đại x x R2 R3 HƯỚNG DẪN E,r a. Khi K mở mạch điện vẽ lại Áp dụng định luật ôm: E I = 1,25 A R2 Rx r R1 R2 Rx UV = UAB = E – Ir = 4,75V b. Khi K mở E,r E I = = A B R x (R3 +R 4 +R5 ) r+R1 +R 2 + R5 +R3 +R 4 +R5 Rx 6(R x +3) = = 1,5A R1 R2 8,4+5,8R x R x (R3 +R 4 +R5 ) 18Rx R3 R4 R5 U345 = I. = = 1,8V R +R +R +R 8,4 5,8R 5 3 4 5 x D U345 I34 = I345 = = 0,6A R3 +R 4 +R5 Uv = UAD = U12 + U34 = I.(R1 + R2) + I34(R3 + R4) = 3,9V b. U 18 Ta có I = 345 = Rx R x 8,4 5,8Rx 18 R 2 2 18 2 x 2 18 2 PR = I Rx = ( ) Rx = ( ) = ( ) x Rx 8,4 8,4 5,8Rx 8,4+5,8R x +5,8 R x R x 8,4 8,4 Áp dụng bất đẳng thức cô si ta có: +5,8 R x 2 .5,8 R x = 2 48,72 R x R x 8,4 8,4 Vậy Pmax = 5,8 R x R x = Ω R x 5,8 Năm học 2016 -2017 - 6 -
7. VÍ DỤ 5: Cho mạch điện như hình vẽ 3. Biến trở AB là 1 dây đồng chất, dài l = 1,3m, tiết diện S = 0,1mm2, điện trở suất = 10 - 6 m .U là hiệu điện thế không đổi. Nhận thấy khi con chạy ở các vị trí cách đầu A hoặc đầu B những đoạn như nhau bằng 40cm thì công suất toả nhiệt trên biến trở là như nhau. Xác định R0 và tỉ số công suất tỏa nhiệt trên R0 ứng với 2 vị trí của C? HƯỚNG DẪN Gọi R1, R2 là điện trở của biến trở ứng với 2 vị trí trên của con chạy C; R là điện trở toàn phần của biến trở: 4 9 R R R R 1 13 2 13 U U 6 P1 = P2 ( )R1 ( )R2 R0 = R1R2 R R0 R1 R0 R2 13 (H3) Gọi I1, I2 là cường độ dòng điện qua R0 trong 2 trường hợp trên U 13U U 13U I1 I 2 R0 R1 10R R0 R2 15R P1 I1 = 1,5I2 2,25 P2 Năm học 2016 -2017 - 7 -
8. VÍ DỤ 6: (MẠCH ĐIỆN CÓ MẮC THÊM TỤ) R C1 Cho mạch điện như hình vẽ 4, nguồn điện có suất điện động M E, điện trở trong r = R / 2, hai tụ điện có điện dung C1 = C2 = C (ban đầu chưa tích điện) và hai điện trở R và 2R, 2R C2 lúc đầu khóa k mở. Bỏ qua điện trở các dây nối và khoá k. Đóng k. N a. Tính điện lượng chuyển qua dây dẫn MN. + - k b.Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R. (H4) E, r r HƯỚNG DẪN a. +Khi k ngắt q1 = 0; q2 = 0 nên tổng điện tích các bản phía trái của các tụ điện q = 0. ' ' ’ ' ' + Khi k đóng q1 CE,q2 CE nên q = q1 q2 2CE + Điện lượng từ cực dương của nguồn đến nút A là: q’= 2CE + Gọi điện lượng qua AM là q1, qua AN là q2 , ta có : ’ q = q1 q2 = 2CE (1) + Gọi I1, I2 là cường độ dòng điện trung bình trong đoạn AM và AN ta có: q I t I 2R 1 1 1 2 (2) q2 I2 t I2 R 4CE 2CE + Từ (1) và (2) suy ra: q ; q 1 3 2 3 4CE CE + Điện lượng dịch chuyển từ M đến N q q q' CE MN 1 1 3 3 b. + Công của nguồn điện làm dịch chuyển điện tích q’ trong mạch là : A = q’E = 2CE2 1 + Năng lượng của hai tụ sau khi tích điện: W = 2. CE 2 CE 2 2 2R + Điện trở tương đương của mạch AM là: RAM = 3 2 + Tổng nhiệt lượng tỏa ra trên các điện trở là: QAM + Qr = A - W = CE (3) + Trong đoạn mạch mắc nối tiếp nhiệt lượng tỏa ra tỉ lệ thuận với điện trở: Q R 4 AM AM Qr r 3 4 +Từ (3) và (4) ta được: Q CE 2 AM 7 +Trong đoạn mạch mắc song song nhiệt lượng tỏa ra tỉ lệ nghịch với điện trở nên: QR 2R 2 8 2 2 QR QAM CE Q2R R 3 21 Năm học 2016 -2017 - 8 -