Sáng kiến kinh nghiệm Giải pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lí Chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao

 SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 Vậy để giúp học sinh có khả năng giải các bài toán Vật lí phần Điện học 
 đạt kết quả cao, tôi đã lựa chọn đề tài sáng kiến “Giải pháp hướng dẫn HS giải 
 bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao” với niềm hy vọng các em 
 vận dụng vào thực tế giải các bài toán phần Điện học tốt nhất để chinh phục các 
 kỳ thi.
 3. Mô tả các giải pháp cũ thường làm:
 Phương pháp giáo viên thường giảng dạy: sử dụng các định nghĩa, tính 
 chất và các kiến thức cơ bản phần Điện học để giải bài toán, khi giải bài toán 
 giáo viên không hướng dẫn cụ thể cách nhận diện từng dạng toán và cách giải 
 cụ thể cho mỗi dạng đó, để học sinh khai thác mở rộng cho các bài toán nâng 
 cao nên học sinh gặp khó khăn đối với bài tập nâng cao trong các chuyên đề. 
 Mặt khác trong quá trình giảng dạy, giáo viên còn gặp nhiều khó khăn trong 
 việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí như thế nào cho phù hợp và đạt hiệu 
 quả cao vì theo tôi trong mỗi tiết học giáo viên dành nhiều thời gian ở phần lí 
 thuyết nên đến phần vận dụng còn ít thời gian hướng dẫn cụ thể cho học sinh 
 cách giải một bài tập vật lí dạng định tính, định lượng. Tuy nhiên, việc học sinh 
 lớp 9 THCS để nhận ra dạng một bài tập ở phần Điện học phân tích, tìm cách 
 giải, cách biện luận, áp dụng vào bài toán cụ thể còn lúng túng, mơ hồ và không 
 tìm ra hướng đi riêng cho lời giải bài toán; Vậy làm thế nào để tổ chức hướng 
 dẫn cho học sinh giải bài tập Vật lí có hiệu quả cao nhất? Đó là câu hỏi mà tôi 
 luôn suy ngẫm để tìm ra câu trả lời nhằm giúp học sinh vượt qua sự khó khăn 
 này.
 4. Sự cần thiết phải áp dụng giải pháp sáng kiến:
 Quan điểm dạy học hiện nay học sinh là trung tâm của quá trình dạy học, 
 nên hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí là một khâu rất quan trọng để cho học 
 sinh tự củng cố lại kiến thức, giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, 
 những hiện tượng vật lí, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt, tự giải 
 quyết những tình huống cụ thể khác nhau để từ đó hoàn thiện về mặt nhận thức 
 và tích lũy thành vốn riêng của mình. Sáng kiến đưa ra cách phân tích đề, hướng 
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 2 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 - Tổ chức ra đề kiểm tra, đánh giá chất lượng.
 - Tháng 3/2023: Tổ chức sinh hoạt chuyên đề cấp tổ để đánh giá kết quả 
 của sáng kiến.
 7. Nội dung:
 7.1. Giải pháp mới hoặc cải tiến:
 - Hệ thống hóa kiến thức cơ bản phần Điện học môn Vật lý cấp THCS, cung 
 cấp thêm các kiến thức nâng cao cho học sinh giỏi, hỗ trợ vào việc dạy bồi 
 dưỡng các đội học sinh giỏi các cấp. 
 - Hướng dẫn, gợi ý, để hình thành phương pháp chung để giải các dạng bài 
 tập về Điện học với mức độ từ dễ đến khó nhằm nâng cao chất lượng đại trà, 
 chất lượng bộ môn Vật lý cho học sinh giỏi ở các cấp.
 - Cung cấp cho học sinh phương pháp tổng quát để giải một số dạng bài tập 
 giúp cho học sinh giải tốt các dạng bài tập phần điện học nhằm góp phần nâng 
 cao hiệu quả, chất lượng dạy và học vật lý cấp THCS.
 Phần I: Hệ thống kiến thức cơ bản phần Điện học 
 1. Định luật Ôm:
 U
 U U = I.R và R 
 I I
 R
 2. Định luật ôm đối với các loại đoạn mạch:
 a. Đoạn mạch nối tiếp:
 A C B
 R1 R2
 * Tính chất: H.1
 Hai điện trở R1 và R2 có một điểm chung C
 I = I1 = I2. (1a)
 U = U1 + U2. (2a)
 R = R1 + R2. (3a)
 U R
 1 1 . (4a)
 U 2 R2
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 4 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 - Biến trở mắc nối tiếp trong mạch điện thường dùng để điều chỉnh cường độ 
 dòng điện trong mạch.
 c. Công suất điện:
 Công suất điện trong một đoạn mạch bằng tích hiệu điện thế giữa hai đầu 
 đoạn mạch với cường độ dòng điện qua nó.
 Công thức: P = U.I P: công suất điện (W)
 Trong đó U: hiệu điện thế (V)
 I: cường độ dòng điện (A)
 + Đơn vị công suất: Oát (W) 1W = 1V.A
 Một số đơn vị: kW (kilo oat): 1kW = 1000W
 MW (Mêgaoat): 1MW = 1000kW =1 000 000W
 Hệ quả:
 Nếu đoạn mạch chỉ có một điện trở R và một hiệu điện thế không đổi U thì 
 U
 cường độ dòng điện qua dây là: I = U=R.I
 R
 Công suất của dòng điện trên đoạn mạch tính theo công thức:
 U2
 P = U.I = I2.R hoặc P = 
 R
 Chú ý:
 * Công suất định mức của các dụng cụ điện là số oát (W) ghi trên dụng cụ đó, 
 cho biết công suất dụng cụ tiêu thụ khi nó hoạt động bình thường bằng số oát 
 ghi trên dụng cụ điện đó.
 * Trên mỗi dụng cụ điện thường có ghi: giá trị hiệu điện thế định mức và 
 công suất định mức.
 Ví dụ: Trên một bòng đèn có ghi 220V – 75W nghĩa là: bóng đèn sáng bình 
 thường khi đựơc sử dụng với nguồn điện có hiệu điện thế 220V thì công suất 
 điện của bóng đèn là 75W.
 4. Một số quy tắc chuyển mạch:
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 6 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 * Trong trường hợp mạch phức tạp, Hiệu điện thế giữa 2 điểm mắc vôn kế phải 
 được tính bằng công thức cộng thế: UAB=VA-VB=VA- VC + VC- VB=UAC+UCB....
 * Có thể bỏ vôn kế khi vẽ sơ đồ mạch điện tương đương.
 * Những điện trở bất kỳ mắc nối tiếp với vôn kế được coi như là dây nối của 
 vôn kế (trong sơ đồ tương đương ta có thể thay điện trở ấy bằng một điểm trên 
 dây nối), theo công thức của định luật ôm thì cường độ qua các điện trở này coi 
 như bằng 0, (IR=IV=U/ =0).
 b. Trường hợp vôn kế có điện trở hữu hạn, thì trong sơ đồ ngoài chức năng là 
 dụng cụ đo vôn kế còn có chức năng như mọi điện trở khác. Do đó số chỉ của 
 vôn kế còn được tính bằng công thức UV=Iv.Rv...
 Phần II. Hướng dẫn học sinh phương pháp giải một số dạng bài tập nạch 
 điện thường gặp
 1. Cung cấp một số kiến thức toán hỗ trợ để giải tốt bài tập vật lý.
 1.1 Phương pháp lập hiệu hoặc lập tổng:
 Áp dụng hằng đẳng thức a2 2ab + b2 = (a b)2 để biến đổi biểu thức về dạng:
 A = a + [ f(x) ] 2 a ,với mọi x R suy ra MinA = a khi f(x) = 0
 B = b - [ f(x) ]2 b, với mọi x R suy ra MaxB = b khi f(x) = 0
 Chú ý: nếu biểu thức là tam thức bậc 2 (y= ax2+bx+c):
 - Nếu a> 0 thì ymin tại x=-b/2a
 - Nếu a<0 thì ymax tại x=-b/2a
 1.2. Phương pháp lập biệt thức ∆ trong phương trình bậc 2 (ax2+bx+c=0)
 Áp dụng điều kiện có nghiệm của phương trình bậc hai là 0,( 0)
 b b 
 Dấu ‘=’ xảy ra khi phương trình có nghiệm kép x = - (x = - )
 2a a
 1.3 Sử dụng bất đẳng thức Cô si
 Với a 0 , b 0 thì a + b 2 ab 
 Dấu “=“ xảy ra khi a = b 
 2. Giải pháp cụ thể cho các chuyên đề phần Điện học:
 2.1 Chủ đề 1: Dạng bài tập tìm cực trị
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 8 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
  , hiệu điện thế UAB = 12V không đổi, điện trở của các 
 dây nối là không đáng kể.
 a) Tìm biểu thức cường độ dòng điện I chạy qua R1 
 theo x. 
 Với các giá trị nào của x thì I đạt giá trị lớn nhất, nhỏ 
 nhất. Tìm các giá trị đó?
 b) Tìm biểu thức công suất toả nhiệt P trên thanh MN 
 theo x. Với giá trị nào của x thì P đạt giá trị lớn nhất?
 HƯỚNG DẪN GIẢI:
 * Gợi ý:
 - Quan sát sơ đồ và vẽ lại mạch điện đơn giản hơn.
 - Dựa vào điều kiện đề bài tính RMC, RCN theo biến x. Từ đó tính Rtm
 - Lập biểu thức I chạy qua R1 và PMN theo biến x.
 - Áp dụng bài toán tìm GTLN, GTNN của biểu thức ( đã nêu trong chủ đề 1) để 
 tìm Imax , Imin, Pmax.
 RMC
 Giải:
 R1
 a. Vẽ lại mạch điện
 A B
 RCN
 + Phần biến trở giữa M và C; giữa C và N: 
 a L a
 RMC= R = Rx; RCN= R = R(1-x)
 L L
 + Điện trở tương đương của RMC và RCN là R0= R(1-x)x
 + Điện trở toàn mạch Rtm= R0+R1= R1 + R(1-x)x (1)
 + Cường độ dòng điện qua R1 là 
 U U
 I = 0 x 1 (2)
 Rtm R(1 x)x R1
 + Từ (2) ta thấy I đạt giá trị cực đại khi mẫu số nhỏ nhất x=0; x=1
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 10 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 * Gợi ý:
 - Quan sát sơ đồ và vẽ lại mạch điện: { [(Đ nt RCN) // RMC] nt r }
 - Đèn sáng bình thường: I2= Iđm Đ
 và UAB= UAC+ UCB= UĐ+ UNC+ UCB= 6 + I2.RCN + 
 IAB.r=9
 - Lập biểu thức tính I1, IAB theo (x) rồi thay vào phương trình (*) 
 => Giải pt tìm x.
 - Lập biểu thức tính R AC, IAB theo biến (x) => Lập biểu thức P AC theo biến (x). 
 Sau đó lập luận tìm GTLN của P AC (sử dụng bất đẳng thức Cô si trong chủ đề 1 
 để tìm GTLN của PAC)
 Giải:
 a) Đặt RMC = x () RCN=20-x (). Đèn sáng bình thường nên
 P 3
 I = Ð(đm) + r
 2 IÐ IÐ(đm) 0,5(A) U
 UÐ(đm) 6 A B
 IA
 B
 Điện trở của đèn là: I1 C
 M N
 UÐ 6
 R Ð 12()
 I2
 IÐ 0,5
 R Ð,CN 12 20 x 32 x
 R Ð,CN 32 x 16 0,5x
 I1  I2  0,5 
 R MC x x
 Cường độ dòng điện qua mạch chính là: 
 16 0,5x 16
 IAB I2 + I1 = 0,5 
 x x
 16
 U I r 
 CB AB x
 UAC UÐ UNC 6 0,5.(20 x) 16 0,5x
 16 2
 Ta có: U = UAC+UCB 9 16 0,5x 0,5x 7x 16 0
 x
 Giải pt ta được: x1=16  và x2=-2(loại)
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 12 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 1/a. Đặt RMC= x => RCN= 35 – x
 U R
 - Áp dụng tính chất của đoạn mạch nối tiếp: AC AC (*)
 U CB RCB
 Với: UAC= UĐ1 ( vì đèn sáng bình thường)
 UCB= UAB - UAC
 Thay vào (*) ta được phương trình theo x Giải tìm x
 1/b. – Lập biểu thức RAC, RBC, Rtđ theo biến x
 - Áp dụng tính chất đoạn mạch song song (Đ//R MC) (đã nêu ở phần II- Nhắc lại 
 kiến thức cơ bản)
 Lập biểu thức IA theo biến x
 - Áp dụng bài toán tìm GTNN (đã nêu ở chủ đề 1) để tìm x (sử dụng phương 
 pháp lập hiệu)
 2/ Dựa vào mạch điện tìm Rtđ theo x, R
 - Áp dụng định luật Ôm tìm I mạch chính
 - Vận dụng tính chất đoạn mạch song song tìm IĐ2 theo x, R
 - Lập luận vì đèn sáng bình thường nên IĐ2=Iđm2
 - Sử dụng phương pháp lập biệt thức (∆) trong phương trình bậc 2 để tìm giá trị 
 nhỏ của R
 Giải:
 1. a. 
 - Với đèn Đ1, ta có: RĐ1 = 6  ; Iđm1 = 1A.
 - Đặt RMC = x (  ) ( 0 x R ) 
 RCN = 35 – x (  ).
 6x
 - Ta có: R ; RBC = 36 – x
 AC x 6
 - Theo tính chất của đoạn mạch nối tiếp ta có: U r
 R U 6x 6 A B
 AC AC 
 M R N
 R BC UBC (36 x)(x 6) 36 6 A
 C
 Đ1
 x 6 6 ; 14,7 R MC ; 14,7
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 14 Trường THCS Hòa Quang SKKN: “Giải pháp hướng dẫn HS giải bài tập Vật lí chuyên đề Điện học đạt hiệu quả cao”
 0 R 2 32R 320 0
 Suy ra: R 40 hoặc R 8
 v
 - Do đó giá trị nhỏ nhất của R là: Rmin = 8 . + _ Rx
 Bài tập 4: Cho mạch điện như hình vẽ bên. Biết 
 R1 C R2
   
 U = 12 v. R1 = R3 = 8 , R2 = 4 , R4 = 1 . A
 R R
 Ampe kế có điện trở R = 0 và vôn kế có điện trở 3 4
 A D K
 vô cùng lớn. Rx là một biến trở . Bỏ qua điện trở 
 của dây nối.
 a. Ban đầu khóa K đóng, điều chỉnh biến 
 trở đến giá trị Rx = 1,2  . Tìm số chỉ của vôn kế, 
 ampe kế và chiều dòng điện đi qua ampe kế.
 b. Khi khóa K mở. Tìm giá trị Rx để công suất trên biến trở R x đạt giá trị 
 lớn nhất, xác định công suất lớn nhất đó.
 HƯỚNG DẪN GIẢI:
 a, Khi khóa K đóng mạch trở thành: R1 // R3 nt R2 // R4 ntRx
 R1R3 8.8
 + Ta có: R13 = 4()
 R1 R3 8 8
 R2 R4 4.1
 R24 = 0,8()
 R2 R4 4 1
 Rm = R13 + R24 + Rx = 4 + 0,8 + 1,2 = 6(  )
 U 12
 + Dòng điện qua mạch là: I = = 2(A) = Ix = I13 = I24
 R 6
 + Hiệu điện thế của Rx, R13, R24 lần lượt là:
 Ux = IxRx = 2.1,2 = 2,4 (v)
 U13 = I13.R13 = 2.4 = 8 (v) = U1 = U3
 U24 = I24.R24 = 2.0,8 = 1,6 (v) = U2 = U4.
 + Số chỉ của vôn kế là: Uv = U – Ux = 12 – 2,4 = 9,6 (v).
 + Dòng điện chạy qua R1 và R2 lần lượt là:
 U1 8 U 2 1,6
 I1 1(A) và I1 0,4(A)
 R1 8 R2 4
 Giáo viên: Bùi Thị Tính 16 Trường THCS Hòa Quang