TIỂU LUẬN:VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ NÂNG CAO THCS - PHẦN ĐIỆN HỌC

Chia sẻ: Batman_1 Batman_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

940
lượt xem 174
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong chương trình Vật lý THCS hiện hành, thời lượng học Vật lý được bố trí trong tuần rất ít (1 tiết/tuần đối với lớp 6, 7, 8 và 2 tiết tuần đối với lớp 9). Do vậy, thời gian dành cho việc giải bài tập vật lý trên lớp rất hạn chế, nên học sinh thường gặp không ít khó khăn về phương pháp giải bài tập Vật lý; và lại càng khó khăn hơn cho việc giải bài tập mở rộng, nâng cao. Từ những khó khăn trên, việc tìm ra phương pháp giải khoa học, ngắn gọn,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: TIỂU LUẬN:VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ NÂNG CAO THCS - PHẦN ĐIỆN HỌC

1 1. Tên đề tài: VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ NÂNG CAO THCS - PHẦN ĐIỆN HỌC 2. Đặt vấn đề: Trong chương trình Vật lý THCS hiện hành, thời lượng học Vật lý được bố trí trong tuần rất ít (1 tiết/tuần đối với lớp 6, 7, 8 và 2 tiết tuần đối với lớp 9). Do vậy, thời gian dành cho việc giải bài tập vật lý trên lớp rất hạn chế, nên học sinh thường gặp không ít khó khăn về phương pháp giải bài tập Vật lý; và lại càng khó khăn hơn cho việc giải bài tập mở rộng, nâng cao. Từ những khó khăn trên, việc tìm ra phương pháp giải khoa học, ngắn gọn, ít tốn thời gian các dạng bài tập Vật lý là điều cần thiết đối với giáo viên Vật lý để hướng dẫn cho học sinh. Hơn nữa, trong phần điện học, các dạng bài tập nâng cao thường “khó” hơn so với các phần khác, một phần cũng do trong chương trình sách giáo khoa hiện hành còn thiếu các dạng bài tập này, mà thực tế nhu cầu học sinh về học nâng cao Vật lý ngày càng tăng nhằm dự thi học sinh giỏi các cấp hoặc dự thi vào các trường chuyên, lớp chọn; nên việc đúc kết kinh nghiệm thành một tài liệu về phương pháp giải các dạng bài tập nâng cao phần điện học THCS là một nhu cầu cần thiết. 3. Cơ sở lý luận: Cùng với sự đổi mới phát triển của đất nước - Nền giáo dục của Việt Nam có những biến đổi sâu sắc về mục tiêu, nội dung sách GK và cả phương pháp giáo dục, một trong những đổi mới cơ bản hiện nay là đổi mới mục tiêu dạy học ở trường phổ thông THCS. Định hướng được thể chế hóa trong luật giáo dục điều 24.2: "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực tự giác chủ động sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, tự rèn lụyên kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn,tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh. Là giáo viên Vật lý khối THCS, chúng ta luôn nhận thức được bộ môn vật lý THCS có vai trò quan trọng bởi các kiến thức kĩ năng có nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật. Nó cung cấp những kiến thức Vật lý phổ thông cơ bản có hệ thống và toàn diện, những kiến thức này phải phù hợp với trình độ hiểu biết hiện đại theo tinh thần kỹ thuật tổng hợp, tạo điều kiện hướng nghiệp gắn với cuộc sống. Nhằm chuẩn bị tốt cho các em tham gia vào lao động sản xuất hoặc tiếp tục học lên phổ thông trung học. Đồng thời môn Vật lý góp phần phát triển năng lực tư duy khoa học, rèn luyện kỹ năng cơ bản
2 có tính chất kỹ thuật tổng hợp góp phần xây dựng thế giới quan khoa học rèn luyện phẩm chất đạo đức của người lao động mới.Việc nắm những khái niệm, hiện tượng, định luật và việc giải bài tập điện học lớp 9 là rất quan trọng và cần thiết. Thực tế trong giảng dạy cho thấy, Việc giải bài tập định lượng của môn vật lý ở cấp THCS là một vấn đề làm cho nhiều học sinh cảm thấy khó và sợ , đặc biệt là các bài tập định lượng của phần điện học lớp 9. Và càng khó hơn nữa đối với việc giải các bài tập nâng cao phần điện học này; Chính vì những lý do trên, tôi đúc kết quá trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi thành đề tài "Vài kinh nghiệm giải các dạng bài tập vật lý THCS nâng cao – phần điện học” 4. Cơ sở thực tiễn: Trong thực tiễn giảng dạy theo chương trình sách giáo khoa THCS thì học sinh mới nắm được, hiểu và vận dụng vào thực tế về khái niệm, công thức tính, đơn vị, mối quan hệ giữa các đại lượng, … ở mức độ đơn giản theo yêu cầu kiến thức, kỹ năng qui định của chương trình. Các bài tập trong chương trình sách giáo khoa cũng chỉ ở dạng đơn giản, vận dụng các công thức từ các định luật như định luật Ôm, định luật Jun- Lenxơ, công, công suất dòng điện, … cùng với việc đổi đơn vị các đại lượng và vẽ đồ thị ở mức hiểu biết ban đầu; Trong khi nội dung chương trình thi học sinh giỏi các cấp thì không có qui định mà đề thi lại yêu cầu kiến thức nâng cao, mở rộng với nhiều yêu cầu kỹ năng khó như tính toán, suy luận, vẽ đồ thị, vận dụng nhiều kiến thức sâu rộng mà trong chương trình học sinh chưa được học. Thực tế các năm qua, các trường đã phải bố trí dạy bồi dưỡng trong thời gian ngắn trước khi cho học sinh dự thi học sinh giỏi các cấp; do tài liệu giảng dạy nâng cao ít được phổ biến, nên cần có những kinh nghiệm thiết thực để giáo viên trao đổi kinh nghiệm, xây dựng phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi đạt hiệu quả trong thời gian tới. Xuất phát từ thực tế trên, bản thân tôi muốn ghi lại “ vài kinh nghiệm” đã phát hiện và tổng hợp từ các dạng bài tập phần điện trong những năm qua.
3 5. Nội dung nghiên cứu: Nội dung đề tài gồm: - Hệ thống hóa kiến thức phần điện học có liên quan; - Tóm tắt các dạng bài tập nâng cao phần điện và các phương pháp giải. 5.1. HỆ THỐNG HÓA KIỂN THỨC GV có thể cho học sinh hệ thống hóa một phần kiến thức điện học bằng sơ đồ tư duy như sau:
4 * Những điểm cần lưu ý: @ Các loại mạch điện thường gặp: a) Chỉ có mắc nối tiếp d) Hỗn tạp không tường minh. b) Chỉ có mắc song song. e) Mạch đối xứng. c) Hỗn tạp tường minh. g) Mạch tuần hoàn. @ Các điều kiện về điện trở: - Các điểm nối với nhau bằng dây nối (hoặc ampe kế) có điện trở không đáng kể được coi là trùng nhau khi vẽ lại mạch để tính toán. - Vôn kế có điện trở vô cùng lớn có thể “tháo ra” khi tính toán. - Trong các bài toán nếu không có ghi chú gì đặc biệt, người ta thường coi là RA 0; RV = . 5.2. CÁC DẠNG BÀI TẬP NÂNG CAO VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 5.2.1. Bài toán chia dòng: o o I I1 I2 I3 In R1 R2 R3 Rn Đoạn mạch mắc song song: R1 // R2 // R3 // …a. Sơ đồ mạch điện: ( Hình 1a) Từ công thức định luật Ôm, ta có:
5 I1 = = I. ; I2 = = I. ; . . . I1 = . I và I2 = . I (1a) - Từ công thức: I = I 1 + I2 ; U1 = U 2 I1.R1 = I2.R2 = = và = I1 = . I và I2 = .I (1b) b. Định lý về nút: Tổng đại số các dòng điện đi đến một nút bằng tổng đại số các dòng đi khỏi nút. A . I3 R3 R4 I4 . I1 R1 R2 I2 B R5 I5 I M N Xét sơ đồ mạch điện sau:
6 ( Hình 1b) (1c) Nhận xét: Tại nút M, ta có: I = I 1 + I3 Tại nút N, ta có: I = I 2 + I4 Tại nút A, ta có: I 1 = I2 + I5 Tại nút B, ta có: I 4 = I5 + I 3 A R IR IA I c. Trường hợp ngắn mạch: ( Hình 1c) Khi giá trị điện trở ampe kế rất nhỏ (không đáng kể) RA 0 thì cường độ dòng điện qua ampe kế rất lớn ( IA I); lúc đó dòng điện qua điện trở R có cường độ rất nhỏ (IR 0) d. Kết luận: Chốt lại với học sinh: Khi gặp dạng bài tập mắc song song ta sử dụng các công thức (1a) và (1b) để tính các đại lượng I; R; … khi đã biết các đại lượng còn lại; còn khi gặp bài toán dạng mạch cầu ta cần vận dụng công thức (1c) để tính toán các dòng điện. e. Bài tập áp dụng: o Cho mạch điện: I = 15A, R1 = 2, R2 = 3, R3 = o
7 4, R4 = 6. I I1 Tìm I1, I2, I3, I4 ? R1 I2 R2 I3 (Hình 1d) R3 I4 R4 Giải: Cách 1: =+++ R tđ = U = I.Rtđ = 15. = 12 (V) I1 = = 6(A); I2 = = 4(A); I3 = = 3(A); I4 = = 2(A) Cách 2: Dùng phương pháp chia tỉ lệ nghịch I1R1 = I2R2 = I3R3 = I4R4 2I1 = 3I2 = 4I3 = 6I4 = == == =1 I1 = 1 .6 = 6(A); I2 = 1.4 = 4 (A); I3 = 1.3 = 3(A) ; I4 = 1.2 = 2(A)
8 5.2.2. Bài toán chia thế: Định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp a. Sơ đồ mạch điện: I U1 U2 U3 R3 R2 R1 M N ( Hình 2a) b. Công thức: I = I 1 = I 2 = I3 = = = U1 = R 1 . = R 1 . (2) U = U1 + U2 + U3 Hay:RMN = R1 + R2 + R3 c. Bài tập áp dụng: Cho mạch điện: R1 = 3, R2 = 2, R3 = 1, R4 = 4, R5 = 2, R6 = 4 UAB = 60V. Tính UMP, UNQ, UPN ? . . M N R1 R2 R3 . . P R4
9 R5 R6 A B Q ( Hình 2b) Giải: Cách 1: Nhánh trên: I1 = = 10 (A) Nhánh dưới: I4 = = 6 (A) UMP = UMA + UAP = - I1.R1 + I4.R4 = - 10.3 + 6.4 = - 6 (V) UNQ = UNB + UBQ = I1.R3 - I4.R6 = 10.1 - 6.4 = -14 (V) UPN = UPB + UBN = I4.(R5 + R6) + I1.R3 = 6.(2+4) - 10.1 = 26 (V) Cách 2: Ta có: == = U1 = . R1 = 30 (V) ; U2 = . R2 = 20 (V) U3 = U - (U1 + U2) = 10 (V) Tương tự: === U4 = .R4 = 6.4 = 24 (V) ● U5 = 6 . 2 = 12 (V) U6 = U - ( U4 + U5) = 24 (V) UMP = -U1 + U4 = - 6 (V); UNQ = U3 - U6 = -14 (V) UPN = U5 + U6 - U3 = 26 (V) 5.2.3. Bài toán mạch cầu:
10 a. Sơ đồ mạch cầu: B . I3 R3 R4 I4 . I1 R1 R2 I2 I M N R5 I5 A ( Hình 3a) b. Mạch cầu cân bằng: - Khi I5 = 0 (R5 không tham gia vào mạch), mạch cầu cân bằng; lúc đó:
11 Suy ra: = (3a) Từ: I 1 = I2 ; I 3 = I4 và = = ; Hoặc: =; = Và U1 = U 3 ; U 2 = U4 Kết luận: Khi mạch cầu cân bằng ta áp dụng công thức (3a) để tính các đại lượng. c. Mạch cầu không cân bằng: Có các trường hợp: c.1/ Mạch cầu có một điện trở bằng 0: Ví dụ: Cho R1 = 0; mạch điện hình 3 trở thành: R2 // (R3 // R5) nt R4 c.2/ Mạch cầu có điện trở đường chéo bằng 0: Ví dụ: Thay R5 bằng ampe kế có điện trở rất nhỏ ( RA 0); mạch điện hình 3 trở thành: (R1 // R3) nt (R2 // R4). c.3/ Mạch cầu có hai điện trở bằng 0: Ví dụ 1: Thay R1 bằng ampe kế A1 và R4 bằng ampe kế A2 có điện trở không đáng kể (RA 0); mạch điện hình 3 trở thành: R2 // R3 // R5 . Ví dụ 2: Thay R1 và R3 bằng hai RA 0; mạch điện hình 3 trở thành: R2 / /R4 c.4/ Mạch cầu có 3 điện trở bằng 0: Ví dụ: Thay R1; R3; R5 bằng các RA 0; mạch điện hình 3 có sơ đồ như sau: Mạch điện gồm: (R2 // R4) I1 I3 I5
12 I2 I4 A A A N R4 R2 M A B (Hình 3b) Cường độ dòng điện qua các nhánh: + Nếu dòng I5 chạy từ M đến N thì: I1 = I2 + I5 và I3 = I4 - I5 + Nếu dòng I5 chạy từ N đến M thì: I1 = I2 - I5 và I3 = I4 + I5 d. Mạch cầu tổng quát: Phương pháp giải: Có 3 phương pháp để giải mạch cầu tổng quát: Phương pháp điện thế nút. ● Phương pháp đặt hệ phương trình có ẩn số là dòng điện. ● Phương pháp chuyển mạch sao - tam giác. ● Bài tập ví dụ: Cho mạch điện: B . I3 R3 R4 I4 . (Hình 3c) I1 R1
13 R2 I2 I M N R5 I5 A R1 =1; R2 = 1; R3 = 2;R4 = 3; R5 = 4; UAB = 5,7V. Tìm các cường độ dòng điện và điện trở tương đương của mạch cầu. Có thể giải bài toán bằng các phương pháp sau: a/ PP điện thế nút: Nút A: I1 = I2 + I5 = ,1)) + (1) Nút B: I4 = I3 + I5 ,3)) =+ (2) Giải (1) và (2), ta được: U1 = 2,8V; U2 = 2,9V; U3 = 2,4V; U4 = 3,3V; U5 = 0,4V. Các dòng điện: I1 = 2,8A; I2 = 2,9A; I3 = 1,2A; I4 = 1,1A; I5 = 0,1A; I = 4A. b/ PP đặt hệ phương trình có ẩn số là dòng điện: UMN = U1 + U2 = I1.R1 + I2.R2 = I1 + I2 = 5,7. (1) UMN = U3 + U4 = I3.R3 + I4.R4 = 2.I3 + 3.I4 = 5,7 (2)
14 UM N = U 1 + U 5 + U 4 I1 + 4I5 + 3I4 = 5,7 (3) Mà: I2 = I1 - I5 ; I4 = I3 + I5 (4) Từ các pt: (1); (2) ; (3); (4) suy ra giá trị các dòng điện như đã tính trên. c/ Phương pháp chuyển mạch: Sao Tam giác (HS sử dụng PP này khi cần tính điện trở tương đương toàn mạch) A B y N M R3 R1 x z O R4 N B R3 R1 R2 M A R5
15 (Hình 3d) x= y= RMN = ,R1+x+R3+y)) + z z= e. Kết luận: Khi gặp các mạch cầu, học sinh cần chú ý giá trị các điện trở tham gia vào mạch để vẽ lại sơ đồ mạch điện tương đương và vận dụng các công thức điện trở tương đương hoặc các công thức trong mạch cầu để tính toán cho phù hợp. 5.2.4. Tính giá trị biến trở tham gia khi biết công suất tiêu thụ trên biến trở lớn nhất: a. Phương pháp thực hiện: GV hướng dẫn HS có thể vận dụng một trong 2 phương pháp sau: a.1. Phương pháp lập hiệu: Biến đổi biểu thức của công suất thành dạng: f(x) = A - g(x) Trong đó: f(x) 0; g(x) 0; A là hằng số và lý luận: f(x) đạt giá trị lớn nhất khi g(x) đạt giá trị nhỏ nhất bằng 0, khi đó tìm giá trị x và f(x) lớn nhất tương ứng. a.2. Phương pháp sử dụng hệ quả của bất đẳng thức Cô-si: Biến đổi biểu thức của công suất thành dạng phân thức có tử số là hằng số và mẫu số là biểu thức chứa biến số có dạng tổng của 2 số hạng: f(x) = )) ; trong đó: f(x) 0; g(x) 0; A là hằng số và lý luận: f(x) đạt giá trị lớn nhất khi g(x) đạt giá trị nhỏ nhất; Áp dụng hệ quả của bất đẳng thức Cô-si: Tổng của 2 số hạng đạt giá trị nhỏ nhất khi hai số đó bằng nhau; khi đó tìm được giá trị x và f(x) lớn nhất tương ứng.
16 Bài tập ví dụ: a. Cho mạch điện: M Cho điện trở r và biến trở Rx ; hiệu điện + thế nguồn là U. N a) Xác định giá trị của Rx để công suất - tiêu thụ trên nó cực đại. Tính giá trị Pcđ? A B b) Chứng tỏ rằng khi Px < Pcđ thì Rx có Rx thể có hai giá trị là R1 và R2 và có hệ thức: r R1.R2 = r2 (Hình 3e) Giải: a. Tính Rx để công suất tiêu thụ trên nó lớn nhất: Cường độ dòng điện qua Rx: I = Công suất tiêu thụ trên Rx: Px = I2. Rx Px = )) (1) * Phương pháp lập hiệu: Nhân tử và mẫu vế phải của (1) với 4Rxr; ta được: (r - Rx)2 (r + Rx)2 Px đạt giá trị lớn nhất khi:(r - Rx)2 Px = . 1- (2) (r + Rx)2 Pcđ = =0 r - Rx = 0 Rx = r Khi đó giá trị của Px là: (2) * Phương pháp sử dụng hệ quả của bất đẳng thức Cô-si:
17 Px = +)))2)))) Từ : Px = )) Px đạt giá trị lớn nhất khi: + )) có giá trị nhỏ nhất + )) có giá trị nhỏ nhất khi: = )) Rx = r ● ( các bước tiếp theo giải như PP trên) b. Khi công suất Px < Pcđ thì Rx có thể có hai giá trị là R1 và R2 và có hệ thức: R1.R2 = r2: Px. (Rx + r)2 = U2. Rx Từ (1) Px.Rx2 - (U2 - 2rPx).Rx + r2.Px = 0 (3) = (U2 - 2r.Px)2 - 4Px2.r2 Thay U2 = 4r.Pcđ vào = 16r2.Pcđ (Pcđ - Px) : Khi Px < Pcđ thì > 0, phương trình (3) có 2 nghiệm phân biệt là R1 và R2 R1 = )))),2Px)) ; R2 = )))),2Px)) (4) (U2 - 2r.Px)2 - 4Px2 + Chứng tỏ R1.R2 = r2 Từ (4) ta có: R1 . R2 = ; thay giá trị vào, ta được: R1 .R2 = r2 c. Kết luận: Có thể dùng các phương pháp sau để tính các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất hoặc chứng minh một đại lượng nào đó có 2 giá trị: - Phương pháp lập hiệu. - Phương pháp sử dụng hệ quả của bất đẳng thức Cô-si. - Phương pháp lập biệt số trong phương trình bậc hai. 5.3. NHẬN XÉT CHUNG
18 Qua các dạng bài tập trên, ta thấy về nội dung thì không mới về dạng; nên chủ yếu là phương pháp giải, tức là việc chọn phương pháp giải ngắn và khoa học để áp dụng cho từng bài toán. Nội dung phần giải quyết vấn đề của đề tài này cũng chủ yếu ghi lại các phương pháp giải để giáo viên chúng ta hướng dẫn học sinh phương pháp chọn cách giải thích hợp khi giải các bài tập thuộc phần điện học; vì thế đề tài còn ít trình bày các dạng bài tập vận dụng, cũng như sắp xếp các dạng bài tập thành chuỗi bài tập để học sinh rèn luyện. Cho nên có thể nói, giới hạn đề tài này là nêu tóm tắt phương pháp giải một số dạng bài tập phần điện nâng cao, hy vọng trong các đề tài sau có điều kiện bản thân tôi sẽ biên soạn lại các dạng bài tập vận dụng thành tập tài liệu có hướng dẫn giải để giúp cho học sinh tham khảo học tập đỡ tốn thời gian hơn như trong hiện tại.
19 6. Kết quả nghiên cứu: Qua quá trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp trường cũng như cấp thành phố dự thi cấp tỉnh trong những năm qua, tôi đã cho học sinh tự tìm cách giải khác so với sách giải thì có vài trường hợp học sinh đã đưa ra cách giải ngắn và hay như trên, nên tôi tiếp tục phát huy và biên tập thành đề tài này. Qua thời gian kiểm nghiệm nhiều năm thì tôi nhận thấy việc áp dụng các phương pháp giải như trên học sinh đều đạt hiệu quả, việc giải bài toán phần điện được nhanh gọn hơn, dễ hiểu hơn và khoa học hơn. Do đó việc áp dụng đề tài này để hướng dẫn cho học sinh giải các bài tập nâng cao phần điện học là thiết thực và hiệu quả. Kết quả cụ thể, năm học này (1011-2012), tôi đã tham gia dạy bồi dưỡng các đội tuyển và đã cho các em giải nhiều các dạng bài tập phần điện như trên đã đạt được thành tích cao hơn các năm trước, cụ thể là: - Đội tuyển Vật lý của trường THCS Chu Văn An đạt giải nhì cấp Thành phố với 6 giải cá nhân (2 giải nhì, 1 giải ba và 3 giải khuyến khích) - Đội tuyển Vật lý của Thành phố Tam kỳ đạt giải nhất cấp tỉnh với 9 giải cá nhân (1 giải nhất; 3 giải nhì; 5 giải ba). Hy vọng trong những năm tới bản thân tôi sẽ có điều kiện biên tập lại các dạng bài tập cho khoa học hơn để cùng tham gia với các bạn đồng nghiệp tiếp tục nâng cao thành tích các đội tuyển, góp phần mang lại thành công chung cho ngành giáo dục địa phương.
20 7. Kết luận: Ưu điểm của phương pháp giải bài tập đã nêu là việc chỉ rõ các dạng bài tập phần điện THCS và phương pháp giải để từ đó học sinh có cách chọn phương pháp nào giải ưu thế hơn. Việc áp dụng các phương pháp trên để hướng dẫn học sinh giải bài tập phần điện là hoàn toàn thuận lợi; tuy nhiên học sinh cần nhớ các lưu ý trong đề tài để phân tích được dạng, từ đó xác định và vẽ đúng sơ đồ mạch điện tương đương; là một trong những chìa khóa giải một bài tập điện thành công. Tóm lại, trong các dạng bài tập thuộc về “phần điện học” học sinh cần nắm chắc các công thức cơ bản: ● I; U; R trong các loại mạch điện. ● Phân tích và vẽ đúng sơ đồ mạch điện tương đương. ● Vận dụng các phương pháp giải trong mạch cầu; xác định giá trị lớn nhất, nhỏ nhất; hệ quả của bất đẳng thức Cô-si và các phương pháp toán học có liên quan. ● Nắm chắc cơ sở Vật lý và toán học của các định luật: Ôm; Jun-Lenxơ; công; công suất; hiệu suất của dòng điện; …