SKKN Mở rộng một bài toán vật lý cơ bản thành nhiều bài toán vật lý nâng cao phần sơ đồ mạch điện môn Vật lý 9

Nội dung text: SKKN Mở rộng một bài toán vật lý cơ bản thành nhiều bài toán vật lý nâng cao phần sơ đồ mạch điện môn Vật lý 9

1. PHỊNG GD & ĐT QUỲ CHÂU  S¸ng kiÕn kinh nghiƯm MỞ RỘNG MỘT BÀI TỐN VẬT LÝ CƠ BẢN THÀNH NHIỀU BÀI TỐN VẬT LÝ NÂNG CAO PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MƠN: VẬT LÝ 9 Đồng tác giả: Phạm Thị Thu Hà Đơn vị cơng tác: Trường THCS Hạnh Thiết, Quỳ Châu Nguyễn Phúc Tồn Đơn vị cơng tác: Trường THCS Châu Bình, Quỳ Châu Điện thoại: 0974994224 - 0946209828 Năm học : 2009 - 2010 1
2. PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Khoa khọc kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ và hiện đại, đất nước luơn cần cĩ những con người để nắm bắt, vận dụng và phát triển nền khoa học mới một cách chủ động, sáng tạo. Vì vậy, việc đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiết đặc biệt là bộ mơn Vật Lý - Là mơn khoa học thực nghiệm, đã được tốn học hố ở mức độ cao, nên nhiều kiến thức và kỹ năng tốn học được sử dụng rộng rãi trong việc học tập mơn Vật lí. Đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, giúp học sinh bồi dưỡng phương pháp tự học cho mình, biết rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế một cách say mê, hứng thú. Bài tập Vật lý giúp học sinh hiểu sâu hơn về hiện tượng Vật lý, những quy luật Vật lý, biết phân tích và ứng dụng chúng vào thực tiễn. Trong nhiều trường hợp dù giáo viên cĩ cố gắng trình bày rõ ràng, hợp lơ gíc, phát biểu định nghĩa, định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng phương pháp và cĩ kết quả thì đĩ mới là điều kiện cần chứ chưa phải là đủ để học sinh hiểu sâu sắc và nắm vững kiến thức. Qua nhiều tài liệu, nhiều chuyên đề bồi dưỡng thường xuyên, qua quá trình cơng tác, qua học hỏi đồng nghiệp chúng tơi rút ra được một phương pháp dạy đạt hiệu quả ngày càng cao hơn cho học sinh của mình trong giảng dạy, đĩ là " Mở rộng một bài tốn Vật lí cơ bản thành các bài tốn Vật lý nâng cao phần sơ đồ mạch điện - Mơn Vật lý 9". Để thực hiện được điều đĩ trước hết người giáo viên phải cĩ đủ kiến thức, cĩ sự say mê nghề nghiệp, cĩ tấm lịng tận tụy với học sinh. Với mỗi bài dạy giáo viên phải nghiên cứu kỹ sách giáo khoa, để hiểu được dụng ý của từng mục trong sách giáo khoa, phải chuẩn bị tốt thí nghiệm, tìm tịi, nghiên cứu thêm tài liệu tham khảo, đặt hệ thống câu hỏi hợp lý, tạo khơng khí sơi nổi, cĩ liên hệ thực tế, từ đĩ giáo viên nâng cao dần kiến thức để học sinh tự khai thác nội dung, tự giải quyết vấn đề. Những tiết học như vậy tiềm năng trí tuệ, tư chất của học sinh được phát huy tối đa, từ đĩ mình dễ dàng nhận thấy để cĩ phương án, bồi dưỡng nâng cao kiến thức, năng lực cho học sinh này. II. THỰC TRẠNG: Học sinh đại trà đa số nhận thức đều cĩ hạn, nên khi giải các dạng bài tập vật lí thường ít hiểu rõ về bản chất của nĩ. Đặc biệt Học sinh đại trà đa số nhận thức đều cĩ hạn, nên khi giải các dạng bài tập Vật lí thường ít hiểu rõ về bản chất của nĩ. 2
3. Đặc biệt là việc định hướng và tìm ra phương pháp giải cho bài tập đĩ là rất quan trọng. Qua khảo sát thực tế ở một số trường THCS về nhu cầu ham thích học, và chất lượng học Vật lí như sau: Nhu cầu ham thích học Vật lí TT Nội dung Tỷ lệ 1 Ham thích học lí thuyết 5 % 2 Ham thích học thực hành 70 % 3 Ham thích học giải bài tập 10 % 4 Ham thích học cả ba nội dung trên 10 % 5 Khơng xác định được thích nội dung gì 5 % Chất lượng giải các bài tập Vật lí TT Nội dung Tỷ lệ 1 Khơng biết giải các bài tập 15 % 2 Biết giải các bài tập 65 % 3 Biết giải các bài tập, hiểu đúng bản chất 15 % 4 Biết vận dụng các dạng bài tập giải được 5 % Qua thực trạng trên ta thấy: Việc định hướng cho học sinh giải các bài tập Vật lí là rất quan trọng. Đặc biệt là việc hiểu đúng bản chất Vật lí và vận dụng được kiến thức. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải cĩ được một hệ thống bài tập cơ bản, khoa học, giúp cho học sinh vừa ham thích, vừa hiểu và vận dụng được kiến thức đĩ vào cuộc sống, kĩ thuật. III. CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG KHI GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Mục tiêu cần đạt tới khi giải bài tập Vật lý là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách cĩ căn cứ khoa học chặt chẽ. Quá trình giải một bài tốn Vật lý thực chất là tìm hiểu điều kiện bài tốn, xem xét hiện tượng Vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức Vật lý, Tốn để nghĩ tới những mối liên hệ cĩ thể qua 3
4. các đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm. Sao cho cĩ thể thấy được đại lượng phải tìm cĩ liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp đại lượng đã cho. Từ đĩ đi tới chỉ rõ những mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với những cái đã hết, tức là tìm được với giải đáp. Khơng thể nĩi về một phương pháp chung, vạn năng cĩ thể áp dụng đề giải quyết được mọi bài tốn Vật lý. Tuy nhiên, từ sự phân tích về thực chất hoạt động giải một bài tốn Vật lý, thì ta cĩ thể chỉ ra những nét khái quát, xem như một sơ đồ định hướng các bước chung của tiến trình giải một bài tốn Vật lý. Đĩ là cơ sở để giáo viên xác định phương pháp hướng dẫn học sinh. PHẦN II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CƠ BẢN: 1. Bước thứ nhất: - Tìm hiểu đề bài - Đọc ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và các cái phải tìm. - Mơ tả lại tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh hoạ. - Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết. 2. Bước thứ hai: - Xác lập các mối quan hệ cơ bản của các dữ liệu xuất phát của các đại lượng cần phải tìm. - Đối chiếu các dữ liệu xuất phát và đại lượng cần phải tìm, xem xét bản chất vật lý của tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các cơng thức cĩ liên quan. - Tìm kiếm, lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết để thấy được các mối liên hệ của đại lượng cần phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đĩ rút ra cái cần tìm. 3. Bước thứ ba: - Rút ra kết quả cần tìm. - Từ các mối liên hệ cần thiết đã xác lập được, tiếp tục luận giải, tính tốn để rút ra kết quả cần tìm. 4. Bước thứ tư: - Kiểm tra, xác nhận kết quả. 4
5. - Để xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một số cách sau đây: - Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa? - Kiểm tra lại xem tính tốn cĩ đúng khơng? - Kiểm tra thứ nguyên xem cĩ phù hợp khơng? - Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế cĩ phù hợp khơng? - Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem cĩ phù hợp khơng? II. PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN. 1.Tính điện trở tương đương của một đoạn mạch chưa nhìn rõ cấu trúc của mạch. - Bước 1: Tĩm tắt đầu bài và đặt tên điện trở (nếu cần). - Bước 2: Đặt tên các điểm đặc biệt trên mạch (thường là các nút) và tiến hành vẽ lại mạch. Lưu ý: +Các điểm đặc biệt này thường đặt thẳng hàng. +Vẽ lại mạch cho tớí khi mạch nhìn rõ cấu trúc (chập các điểm cĩ cùng điện thế với nhau). - Bước 3: Viết cấu trúc mạch và giải bài tốn mạch điện hỗn hợp 2. Áp dụng định luật Ơm cho đoạn mạch nối tiếp và song song: - Xác định cấu trúc của mạch. Ta cĩ thể chập hai đầu dây dẫn (hoặc hai đầu dụng cụ cĩ R bằng 0) thành một điểm hay tách 1 điểm ra thành 2 đầu của một dây dẫn. - Sử dụng định luật Ơm cho từng đoạn mạch, kết hợp với tính chất của dịng điện tại nút. - Tính tốn đưa ra kết quả. III. CÁC VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN. 1) Dạng 1: Bài 1.1: Tính điện trở tương đương của mạch điện Hình 1, biết các điện trở cĩ giá trị bằng nhau và bằng R. 5
6. R R R Hình 1. Giải: - Bước 1: Tĩm tắt đầu bài và đặt tên điện trở (nếu cần). R2 R R3 1 B A Hình 2. R1 = R2 = R3 = R. Tính Rtđ = ? - Bước 2: Đặt tên các điểm đặc biệt trên mạch (thường là các nút) và lưu ý cho HS: + Các điểm nối với nhau bằng dây nối hoặc (ampekế) cĩ điện trở khơng đáng kể được coi là trùng nhau ta tiến hành vẽ lại mạch. + Vơn kế cĩ điện trở vơ cùng lớn cĩ thể (tháo ra) khi tính tốn. +Trong các bài nếu khơng cĩ ghi chú gì đặc biệt, người ta thường coi là RA O, RV R2 R R3 A 1 C D B Hình 3. ? Ta cĩ thể nhập nút nào với nhau? Mạch vẽ lại như Hình 4. Nếu HS vẫn chưa vẽ được giáo viên gợi ý thêm ? Giữa 2 điểm Avà C cĩ mấy điện trở? Giữa 2 điểm C và D cĩ mấy điện trở? Giữa 2 điểm Avà C cĩ mấy điện trở ? R 1 R A  D 2 C  B R 3 Hình 4. R Từ đĩ HS cĩ thể vẽ lại mạch. Từ sơ đồ mạch điện ta cĩ: R td 3 6
7. Bài 1.2: (Mở rộng bài tốn 1 .1). Từ sơ đồ Hình 3, điều kiện bài tốn như bài 1. Thêm R4 = R (ta cĩ hình 5). Hãy tính RAB? R2 R R3 A 1 C D B R 4 Hình 5. Giải: Mạch vẽ lại như Hình 6: R 1 A C  B R2 R 4 D R Hình 6. 3 Từ sơ đồ mạch điện ta cĩ: Cấu trúc mạch điện: R1 // [R4 nt (R2 //R3 )] Điện trở tương đương: R2.R3 R.R R R23 R2 R3 R R 2 R 3R R R R R 234 4 23 2 2 3R R. R .R 3R R 234 1 2 . td R R 3R 5 234 1 R 2 Bài 1.3: (Mở rộng bài tốn 1.2). Biết các điện trở cĩ giá trị bằng nhau và bằng R. Mắc thêm một Vơn kế vào như hình 7. Hãy tính RAB? V A R1 C R2 D R3 B R Hình 7. 4 7
8. Giải: Vì Rv rất lớn nên dịng điện khơng đi qua Vơnkế. Ta cĩ mạch điện tương đương như sau (Hình 8): R1 R 2 R A 3 B D R 4 Hình 8. Từ sơ đồ mạch điện ta cĩ: Cấu trúc mạch điện: [(R1 nt R2)//R4] nt R3 Điện trở tương đương: 2R.R 5R R R R R AB AD 3 2R R 3 (Từ bài tốn trên. Nếu thay Vơn kế bằng Ampe kế thì R A bé nên ta cĩ bài tốn tương tự bài 2) Bài 1.4: (Mở rộng bài tốn 1.3). Biết các điện trở cĩ giá trị bằng nhau và bằng R. Mắc thêm một điện trở R5 = R vào như hình 9. Hãy tính RAB? R 5 R R A 1 C R2 D 3 B Hình 9. R 4 Giải: Ta cĩ mạch điện tương đương như sau (Hình 10): R1 C R5 A B R 2 R4 R 3 D Hình 10. Từ sơ đồ mạch điện ta cĩ: Vì tính chất đối xứng nên cĩ thể chập C với D. 8
9. Điện trở tương đương: R R 2R R R AB 2 2 2 * Khi HS quen với việc phân tích sơ đồ thì ta khơng cần đặc tên các điện trở R1 = R2 = R3 = R.như trên nữa mà tính Rtđ theo (hình 1) luơn. Bài 1.5: (Cho các số liệu cụ thể) Bài 1.5.1: Cho mạch điện như hình 11: UAB = 6V; R1 = 10  ; R2 = 15  ; R3 = 3  ; RA1 = RA2 0. Xác định chiều và cường độ dịng điện qua các Ampe kế? A 2 R2 R R3 A 1 M N B Hình 11. A 1 Giải: - Do điện trở của các ampe kế rất nhỏ nên ta cĩ thể chập 2 đầu dây của 2 ampe kế lại. Khi đĩ ta cĩ mạch như sau: Cấu trúc mạch: R1 // R2 //R3 I R1 - Cường độ dịng điện chạy qua các 1 điện trở là: U AB 6 I1 0,6A A I2 R2 B R1 10 U 6 I AB 0,4A 2 R 15 2 I R 3 3 U 6 I AB 2A 3 R 3 3 Hình 12. I I1 I2 I3 0,6 0,4 2 3A - Chiều của dịng điện qua các ampekế: 9