Hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về điện năng - Công và công suất của dòng điện

Hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về điện năng- công và công suất của dòng điện. _________________________________________ I/ đặt vấn đề: Trong nhà trường phổ thông phần điện học lớp 9 trong bộ môn Vật lý đóng vai trò đặc biệt quan trọng nhằm trang bị cho học sinh một kiến thức về điện. ở lứa tuổi này nếu các em hiểu biết kiến thức vững chắc sẽ giúp các em liên hệ, vận dụng tốt vào thực tiễn. Điện năng- công và công suất của dòng điện có những thông số kỷ thuật mà học sinh lớp 9 cần nắm vững, vì đây là phần kiến thức sát với thực tế, với hệ thống mạng điện sinh hoạt và các dụng cụ điện trong gia đình các em. Thực tế trong quá trình trực tiếp giảng dạy để mọi học sinh nắm vững" giá trị thực" của các đại lượng (A-P-U-I ) của các vật tiêu thụ điện là một vấn đề rất khó và rất cần thiết. Thực tế cho thấy một số học sinh nếu không nắm vững kiến thức thì không thể phân biệt được" giá trị thực" và"giá trị định mức" của các đại lượng vật lý này. Trước tình hình đó tôi chú trọng và đưa ra phương pháp, hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về điện năng- công và công suất của dòng điện, chú trọng bài tập thực tế có liên quan đến" giá trị thực" của các đại lượng (P-U-I) nhằm góp phần đưa tỷ lệ học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, vận dụng kiến thức thực tiễn được tốt hơn, cao hơn. Xuất phát từ kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm, ngay từ đầu chương tôi đã đầu tư và chú trọng bằng cách thực hiện đề tài ngay trong các giờ lên lớp và một số buổi học buổi chiều, khảo sát thường xuyên, kịp thời tìm ra chỗ hỗng của những kiến thức học sinh thường hay nhầm lẫn để kịp thì bổ cứu. Những năm học trước, tôi đã thực hiện khảo sát học sinh với đề ra liên quan đến tìm giá trị thực tế của các đại lương (P-U-I), khi giá trị thực bằng giá trị định mức, giá trị thực nhỏ hơn giá trị định mức. Nếu giá trị thực lớn hơn giá trị định mức thì sao? Kết quả cho thấy: - 15% chưa hiểu rõ ý nghĩa của giá trị định mức. - 30% không phân biệt rõ giữa hai giá trị này. - 5% nhầm lẫn. à Vậy chỉ có 50% đạt yêu cầu. 50% chưa đạt yêu cầu. II- Giải quyết vấn đề: A. Một số dạng bài tập: a, Tìm hiểu kỹ ý nghĩa các con số ghi trên các dụng cụ dùng điện. Ví dụ 1: Trên bóng đèn có ghi 220V- 75W . Nêu ý nghĩa các thông số đó. 220V là hiệu điện thế định mức( Hiệu điện thế tối đa cho phép đặt vào hai đầu dây tóc bóng đèn) của bóng đèn. 75W là công suất định mức, tức là công suất tiêu thụ của bóng đèn ứng với hiệu điện thế thực tế bằng hiệu điện thế định mức. ( P=Pđm khi U =Uđm) Khi đó I= và mỗi giây dòng điện thực hiện công là 75J. * Không nên mắc các vật tiêu thụ điện vào hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế định mức, vì nếu mắc như thế thì tuổi thọ các vật tiêu thụ điện sẽ giảm hoặc có thể bị cháy. * Nếu trong trường hợp bị sụt thế tức là hiệu điện thế thực tế nhỏ hơn hiệu điện thế định mức: U< Uđm thì các thông số khác sẽ là: P<Pđm , I<Iđm. Dẫn đến vật tiêu thụ điện sẽ hoạt động kém hơn mức bình thường. * ý nghĩa các thông số ghi trên bóng đèn tương tự như đối với các vật tiêu thụ điện khác như: bàn là, bếp điện, nồi cơm điện, ấm điện… b, Một số dạng bài tập mà các vật tiêu thụ điện hoạt động bình thường. Ví dụ 1: Có 2 bóng đèn khác loại 220V-40W; 220V-75W; Tính công suất tiêu thụ của mỗi bóng và cường độ dòng điện chạy qua mỗi bóng khi mắc song song hai bóng này vào mạng điện 220V; các bóng đèn hoạt động như thế nào ? Bóng đèn nào sáng hơn ? (Bỏ qua điện trở của dây nối). Ta có sơ đồ mạch điện đơn giản. Vì bỏ qua điện trở dây nối, 2 bóng mắc song song nên hiệu điện thế thực tế đặt vào hai đầu mỗi bóng đèn bằng hiệu điện thế của nguồn điện. U1 = U2 = U = 220V. Ta thấy: Hiệu điện thế thực tế mỗi bóng đèn bằng hiệu điện thế định mức của mỗi bóng nên công suất tiêu thụ thực tế ở mỗi bóng bằng công suất định mức ghi trên bóng. P1 = Pđm1 = 40W. P2 = Pđm2 = 75W Cường độ dòng điện thực tế qua mỗi bóng cũng bằng cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng. I1 = = I2 = = = à các đèn hoạt động bình thường. Đèn nào có công suất lớn hơn sẽ sáng hơn. à Nhận xét: Trong thực tế: 2 lỗ ổ cắm điện của gia đình mạng điện hạ thế 220V. Các vật tiêu thụ điện thường có Uđm = 220V. Trong thực tế có các dụng cụ này đã mắc song song vào nguồn điện 220V. Nếu Unguồn = 220 V thì chúng hoạt động bình thường. Ví dụ 2: Một gia đình dùng mạng điện có hiệu điện thế 220V để thắp sáng, nhưng nhà chỉ có 3 bóng điện 110V- 40W ; 110V- 40W ; 110V- 80W - Muốn cho các bóng đèn sáng bình thường phải mắc chúng như thế nào vào mạng điện? Hãy vẽ sơ đồ cách mắc. - Nếu mắc 3 bóng song song thì xẩy ra điều gì?. Nhận xét: * Hiệu điện thế thực tế đặt vào hai đầu mỗi bóng đèn lớn hơn rất nhiều hiệu điện thế định mức ghi trên bóng 220V> 110V. Nên nếu mắc mỗi bóng vào ổ lấy điện thì các bóng sẽ cháy nổ rất nguy hiểm. *Nếu mắc 3 bóng đó nối tiếp liệu 3 bóng đó có hoạt động bình thường không ? Khi mắc mắc nối tiếp cường độ dòng điện thực tế chạy qua mỗi bóng đèn bằng nhau. I1 = I2 =I3 = Im Điện trở: R1 = R2 = ; R3 = Vì vậy R1 = R2 R3 => Giá trị thực tế: U1 = U2 U3 ( U= I.R) => Không thể bằng hiệu điện thế định mức của mỗi bóng đèn nên đèn sẽ hoạt động không bình thường. * Như vậy phải mắc như thế nào? Bài giải: Cường độ định mức qua bóng 40W và 80W lần lượt là: I1 = I2 = = 0, 36 A ; I3 = = 0.72 A. => I3 = 2 I1 = 2I2. Như vậy phải mắc chúng thành hai nhóm nối tiếp sao cho: ( I1 + I2 ) =I3 ; ( P1 + P2 ) = P3 U1 = U2 ; U1 + U3 = U hoặc U2 + U3 = U; Thì 3 bóng mới hoạt động bình thường. Ta mắc như sau: Ví dụ 3: Có 4 bóng đèn 110V công suất lần lượt là 25W ; 40W; 60W ; 75W . Mắc chúng như thế nào vào lưới điện 220V để chúng sáng bình thường. => Phải chia 4 bóng đèn thành 2 nhóm ( 110 +110 = 220V) Mắc nối tiếp có công suất như nhau ( mỗi nhóm có 2 bóng mắc song song). ( bóng 60W // bóng 40W) nối tiếp ( bóng 25W// bóng 75W) c, Khi giá trị thực tế nhỏ hơn giá trị đinh mức. Ví dụ 1: Người ta sử dụng một bàn là 220V - 1000W khi dòng điện lưới bị sụt thế chỉ còn 190V (bỏ qua sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ). a, Tính điện trở của bàn là, tính cường độ dòng điện chạy qua bàn là. b, Tính công suất tiêu thụ thực tế của bàn là. * Điện trở bàn là tính theo công thức: R= = = 48,4 Cường độ dòng điện thức tế chạy qua bàn là. (Ta có thể lấy giá trị điện trở của bàn là khi sụt thế ( vì R không đổi)). I = = = 3,93(A) Công suất thực tế của bàn là: P= Utt . Itt = = = 190 x 3,93 = 746,7 (W) Ta thấy Ptt < Pđm à bàn là hoạt động yếu hơn mức bình thường. Ví dụ 2: Hai bóng đèn khác loại 220V- 75W ; 220V- 50W mắc nối tiếp vào nguồn điện có hiệu điện thế 220V. Đèn nào sáng hơn? * Muốn biết đèn nào sáng hơn à phải biết công suất tiêu thụ thực tế mỗi bóng như thế nào ? Bóng nào có công suất tiêu thụ lớn hơn sẽ sáng hơn. Ta có: Công suất tiêu thụ của mỗi bóng tính theo công thức. (1) (Vì Đ1 nt Đ2 nên I1 = I2 = I). P1 = I2 . R1 P2 = I2 . R2 . Ta có R1 = ; R2 = Mà Pdm2 < Pdm1 à R1 < R2 (2) Từ (1) và(2) ta có: P1 đèn 1 sáng yếu hơn đèn 2. Nhận xét: 2 bóng đèn cùng hiệu điện thế mắc nối tiếp với nhau mà Utt < U đm. Bóng nào có công suất định mức lớn hơn thì bóng đó có công suất tiêu thụ thực tế sẽ nhỏ hơn và ngược lại. b. Kết quả đạt được sau khi thực hiện đề tài: Qua khảo sát nhiều lần học sinh các lớp 9B ; 9C do tôi phụ trách bộ môn cho thấy. * Học sinh nắm vững kiến thức cơ bản. * Biết phân biệt giá trị thực tế, giá trị định mức của các vật tiêu thụ điện. * Làm thành thạo các dạng bài tập. Kết quả khảo sát. Lớp Số học sinh Đạt yêu cầu (%) Có hiểu nhưng kiến thức chưa chắc (%) 9B 35 81,6 18,4 9C 41 90,4 9,6 III- Kết luận: Việc chú trọng giải một số dạng bài tập trên đây đã đưa lại kết quả rất khả quan. Qua đây tôi thấy rằng phần bài tập về điện năng - công và công suất là phần bài tập thuộc kiến thức mang tính thực tiễn cao, đòi hỏi đầu tư thời gian đặc bịêt là công tác phụ đạo để kịp thời bổ cứu những chỗ hỗng của học sinh; giáo viên phải đầu tư, lựa chọn phương pháp, lựa chọn dạng bài tập cơ bản để nhằm củng cố khắc sâu kiến thức cơ bản. Trên đây là một số dạng bài tập mà tôi đưa ra trong đề tài mới chỉ là những sự lựa chọn sáng tạo về phương pháp qua tự nghiên cứu nên còn nhiều hạn chế. Vì vậy mong sự góp ý của các bạn đồng nghiệp và hội đồng khoa học chỉ ra những vấn đề chưa phù hợp trong quá trình thực hiện đề tài trên để bản thân ngày càng hoàn thiện hơn trong quá trình dạy học. Xin chân thành cảm ơn./.