Đề tài Giúp học sinh học tốt bài toán về mạch điện có chứa vôn kế qua chương trình tự chọn nâng cao Vật lý 9

PHÒNG GIÁO DỤC HUYỆN NÚI THÀNH TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ TAM HIỆP ************************** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI GIÚP HỌC SINH HỌC TỐT BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ CHỨA VÔN KẾ QUA CHƯƠNG TRÌNH TỰ CHỌN NÂNG CAO VÂT LÍ 9 Tác giả: LÊ VĂN DUẨN Tổ:Khoa học tự nhiên I Đơn vị:Trường THCS Tam Hiệp NĂM HỌC :2006 -2007 PHÒNG GIÁO DỤC HUYỆN NÚI THÀNH *************************** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI GIÚP HỌC SINH HỌC TỐT BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ CHỨA VÔN KẾ QUA CHƯƠNG TRÌNH TỰ CHỌN NÂNG CAO VÂT LÍ 9 NĂM HỌC :2006 -2007 ĐỀ TÀI:GIÚP HỌC SINH HỌC TỐT BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ CHỨA VÔN KẾ QUA CHƯƠNG TRÌNH TỰ CHỌN NÂNG CAO VÂT LÍ 9 I /ĐẶT VẤN ĐỀ: Qua quá trình dạy tự chọn môn vật lí lớp 9 nhiều năm tôi nhận thấyTrong các dạng toán về mạch điện thì dạng toán về mạch điện có chứa dụng cụ đo điện là những dạng toán khó.Nhưng trong các loại mạch điện có chứa hai loại dụng cụ đo thông dụng thì mạch điện có chứa vôn kế là rất khó.Học sinh không tự định hướng được khi mạch điện có chứa vôn kế thì tiến hành các bước giải như thế nào?Lập luận ra sao? Qua quá trình nghiên cứu tìm tòi tôi nhận thấy các bài toán về mạch điện có chứa vôn kế dù có hàng trăm bài đi chăng nữa thì nó chỉ tập trung ở một số dạng cơ bản nhất định Qua bài viết này tôi muốn trao đổi với các bạn đồng nghiệp một số nội dung về chủ đề trên mà tôi đã tìm hiểu II/GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Qua nghiên cứu các dạng toán về mạch điện có chứa vôn kế .Tôi nhận thấy các dạng toán về mạch điện có chứa vôn kế được quy về dạng cơ bản là: *Vôn kế có điện trở vô cùng lớn *Vôn kế có điện trở là một giá trị xác định 1/Dạng 1:Vôn kế có điện trở vô cùng lớn: Để giải những bài toán thuộc dạng này học sinh phải nắm được rằng:Vôn kế chỉ cho biết hiệu điện thế giữa hai điểm mà nó vừa nối vào Ta khơng xét dòng điện đi qua vôn kế Trong loại toán dạng này lại được chia ra thành các dạng như sau: a/Tìm số chỉ của vôn kế khi mắc vào một đoạn mạch điện: Đây là một dạng toán đơn giản tìm số chỉ của vôn kế là tìm hiệu điện thế giữa hai điểm mà vôn kế mắc vào *Vídụ 1:Cho mạch điện như hình vẽ: A R1 C R2 B Biết R1=8;R2=4,UAB=6v.Tìm số chỉ của vôn kế biết vôn kế có điện trở vô cùng lớn Để giải bài này học sinh cần làm theo các bước sau: Bước 1:Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB RAB=R1+R2=8+4=12() Bước 2:Tính cường độ dòng điện qua mạch chính: I=I1=I2== Bước 3:Tính hiệu điện thế giữa hai điểm C,B (đây chính là số chỉ của vôn kế) Uv=UCB=I2.R2=0.5x4=2(v) *Ví dụ 2:Cho mạch điện như hình vẽ: Biết R1=12;R2=4,UAc=18v.Tìm số chỉ của vôn kế A R1 C R2 B Để giải bài toán này học sinh cần: Bước 1:Tính điện trở của đoạn mạch AB: RAB=R1+R2=12+4=16() Bước 2:Tính cường độ dòng điện qua mạch chính: I=I1=I2== Bước 3:Tìm số chỉ của vôn kế(Hiệu điện thế cả mạch) Uv=UAB=I.RAB=1.5x16=24(v) *Tóm lại để giải một bài toán thuộc dạng này học sinh cần phải thực hiện theo 3 bước cơ bản sau: Bước 1:Tính điện trở của đoạn mạch Học sinh cần phải nắm vững đoạn mạch đã cho thuộc loại đoạn mạch nối tiếp mà áp dụng công thức tương ứng(RAB=R1+R2+...+Rn) Bước 2:Tính cường độ dòng điện qua mạch chính: Học sinh cần phải nắm vững đoạn mạch đã cho thuộc loại đoạn mạch nối tiếp mà áp dụng công thức tương ứng ( I=I1=I2=...=In) Bước 3:Tìm số chỉ của vôn kế Học sinh cần nắm vững công thức của định luật ôm để áp dụng tính hiệu điện thế (U=I.R) Bài tương tự : Mời các bạn vận dụng nguyên tắc trên để giải bài tập sau: *Bài tập:Cho mạch điện như hình vẽ:. A R1 C R2 R3 B R4 Biết R1=8,R2=15,R3=5,R4=10.UBC=5V.Tìm số chỉ của vôn kế Đáp số :Uv=11(v) b/Dạng toán biết số chỉ của vôn kế tìm các đại lượng khác: *Ví dụ 1:Các điện trở R 1; R2;R3,với R3= ghép vào hai điểm A,B như hình vẽ.Biết các vôn kế có điện trở rất lớn.Số chỉ của vôn kế V1 là 21 V,Của vôn kế V2 là 12 vôn.Tìm hiệu điện thế giữa hai điểm A,B A R1 C R2 D R3 B Để giải bài toán này học sinh phải vẽ lại mạch điện. Do vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện không đi qua nó nên ta có thể bỏ đi các đoạn dây dẫn nối vôn kế với các điểm A và D;C và B.Do đó mạch điện đã cho gồm R1ntR2ntR3 A R1 C R2 D R3 B Nên I=I1=I2=I3 => mà R1=4R3 => U3=U1/4 (1) Theo đề bài cho số chỉ các vôn kế lần lượt là 21V và 12V nên tacó: U1+U2=21(2) U2+U3=12(3) Giải hệ (1);(2) và (3) ta được U1=12V;U2=9V;U3=3V Hiệu điện thế giữa hai điểm A,B làUAB=U1+U2+U3=12+9+3=24V *Ví dụ2:Cho mạch điện như hình vẽ,hiệu điện thế giữa hai điểm A,B không đổi.Khi đóng và khi mở khoá K vôn kế lần lượt chỉ hai giá trị là U1và U2.Biết R1=4R2 và vôn kế có điện trở rất lớn.Tính UBD theo U1và U2 B R0 C R2 D R1 K Để giải bài toán này học sinh cần vẽ lại mạch điện khi K đóng và khi K mở,lưu ý khơng tính dòng điện không đi qua vôn kế,số chỉ của vôn kế cho biết hiệu điện thế giữa hai điểm B,D Khi k mở ta có sơ đồ: B R0 C R2 D U1 U1+ Nên R0=(1) Khi K đóng ta có sơ đồ mạch điện như sau: B R0 C R2 D R1 Nên R0= Từ (1) và (2) ta có:UBD= Qua phân tích hai ví dụ trên ta nhận thấy để giải các bài tập thuộc loại này là lợi dụng ta xem như dòng điện không qua vôn kế để vẽ lại mạch điện khi đó mạch điện sẽ đơn giản và dễ tính toán *Ví dụ 3:Cho mạch điện như hình vẽ: R1 C R2 Biết R1=2 ,R2=8,R4=20 Vôn kế có điện trở rất lớn chỉ số 0 A B Tính R3 R3 R4 Vì vôn kế có điện trở rất lớn nên xem như dòng điện không đi qua nó và vôn kế chỉ số 0 nên ;UCD=0 hay UC=UD nên ta có mạch cân bằng R1 C R2 A B R3 D R4 Và do đó UAD=UAC,UBC=UBD ,I1=I2 , I3=I4 Nên Bài tương tự : Mời các bạn vận dụng nguyên tắc trên để giải các bài tập sau: Cho mạch điện như hình vẽ,hiệu điện thế giữa hai điểm A,B không đổi.Khi đóng và khi mở khoá K vôn kế lần lượt chỉ hai giá trị là U1=12vôn và U2=10 vôn.Biết ø vôn kế có điện trở rất lớn.Tính UAB A R0 C 4 R B R K Đáp số UAB=24(vôn) 2/Dạng2:Vôn kế có điện trở là một giá trị hữu hạn: Loại toán thuộc dạng này lại được chia thành các dạng nhỏ sau: a/Dạng toán:Biết vôn kế có điện trở là một giá trị cụ thể :Rv=a.Tìm số chỉ của vôn kế Để tìm hiểu dạng toán này ta xét các ví dụ sau: *Ví dụ:Cho mạch điện như hình vẽ U Điện trở các vôn kế lần lượt là: R Rv1=6000,Rv2=4000,R=10000 A B U=180V.Khi k mở các vôn kế chỉ D,K bao nhiêu? Vì k mở nên ta có mạch điện U R A B Ta có V1 và V2 mắc nối tiếp nên Iv1=Iv2=(1) mà Uv1+Uv2=180(2) Từ (1) và (2) ta có Uv1=108v,Uv2=72v.Vậy vôn kế V1 chỉ 108vôn,Vôn kế V2 chỉ 72 vôn. Qua ví dụ trên ta thấy để giải dạng bài tập này học sinh cần: - Vẽ lại mạch điện -Tính điện trở của mạch điện có chứa vôn kế -Tính cường độ dòng điện chạy qua vôn kế -Tính số chỉ của từng vôn kế b/Dạng toán:Biết vôn kế có điện trở nhỏ nhưng phụ thuộc vào một điện trở khác cho trước Đây cũng là một dạng toán căn bản thường có trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh trong các năm qua.Để nghiên cứu dạng toán này ta xét các ví dụ sau: *Ví dụ:Có 4 điện trở giống nhau mắc nối tiếp như hình vẽ.Hiệu điện thế UAB=66vôn.Khi nối vôn kế vào hai điểm A và D thì vôn kế chỉ 22vôn.Hỏi khi nối vôn kế vào hai điểm A và C thì vôn kê chỉ bao nhiêu? A R C R D R R B Để giải bài tập này ta làm như sau: Khi mắc vôn kế vào giữa hai điểm A và D ta có sơ đồ: A R C R D R R B Và RAD= trong đó Rv là điện trở của vôn kế Lúc đó điện trở của đoạn mạch AB là RAB=RAD+RBD=+2R Cường độ dòng điện qua mạch chính:I= Ta lại có:UAD=I.RAD Hay 22=.(1) Biến đổi hệ thức (1) ta có Rv=2R Khi vôn kế mắc vào hai điểm A,C ta có sơ đồ: A R C R D R R B Khi đó RAC= Điện trở đoạn mạch AB lúc nàyR/AB=RAC+3R= Dòng điện qua mạch chính lúc này I/= Số chỉ của vôn kế lúc này:UAC=I/.RAC= 12(vôn) Qua quá trình giải bài toán trên ta nhận thấy để giải bài toán ta phải làm theo các bước sau Bước 1:Vẽ lại sơ đồ mạch điện(đây là bước quan trọng giúp các em có thể tính được điện trở của cả mạch hoặc từng đoạn mạch nhỏ) Bước 2:Dựa vào các dữ kiện đã biết tính điện trở của vôn kế theo điện trở đã cho Bước 3:Tính số chỉ của vôn kế bằng cách cách thực hiện lại qui trình giống bước 1 và 2 Bài tương tự: Mời các bạn vận dụng nguyên tắc trên để giải bài tập sau: Có 4 điện trở giống nhau mắc nối tiếp như hình vẽ.Hiệu điện thế UAB=132vôn.Khi nối vôn kế vào hai điểm A và C thì vôn kế chỉ 44vôn.Hỏi khi nối vôn kế vào hai điểm A và D thì vôn kê chỉ bao nhiêu? A R D R C R R B Đáp số UAD=24Vôn III/KẾT THÚC VẤN ĐỀ 1/Kết quả: Sau khi giáo viên thực hiện qui trình dạy như trên thì chất lượng học tập của học sinh về môn tự chọn cũng như môn học có liên quan được nâng lên qua bảng thống kê sau: Năm học Lớp Số lượnghọc sinh Giỏi Khá TB 2005-2006 9 35 12 18 5 2006-2007 9 41 18 20 3 2/Bài học kinh nghiệm: Khi tiến hành dạy một chương trình tự chọn người giáo viên cần phải: Xây dựng chương trình tổng quát Khai thác hết các yêu cầu mà nội dung tổng quát có thể đụng đến Định hướng từng dạng toán và xây dựng qui trình giải từng dạng Xây dựng hệ thống bài toán tương tự *Tuy đãcó nhiều cố gắng khi viết bài này nhưng do khả năng còn hạn chế nên có lẽ còn nhiều thiếu sót.Mong các đồng nghiệp góp ý để nội dung được phong phú hơn.Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp PHIẾU NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRƯỜNG:.............................................................. Tên đề tài SKKN:........................................................................................................ .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... Tên tác giả:........................................................................................................................ Đơn vị:................................................................................................................................ Nhận xét của hội đồng nghiên cứu khoa học: 1/Hình thức:..................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2/Nội dung: a)Tính thực tiễn:.............................................................................................................. .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... b)Tính khoa học:................................................................................................................ .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... c)Tính sáng tạo:................................................................................................................ .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... d)Tính hiệu quả:............................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................................... Xếp loại:.................. ..................,ngày tháng3 năm 2007 Người chấm thứ 1 Người chấm thứ 2 Chủ tịch HDDNCKH