Đề tài Phương pháp giải mạch cầu trong Vật lí 9

PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ
I.LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Cùng với sự phát triển của đất nước,sự nghiệp giáo dục cũng khơng ngừng đổi mới.Các nhà trường đã ngày càng chú trọng hơn tới chất lượng giáo dục tồn diện bên cạnh sự đầu tư thích đáng cho giáo dục mũi nhọn.
Để đáp ứng được yêu cầu của sự nghiệp giáo dục và nhu cầu học tập của học sinh đặc biệt là học sinh khá, giỏi,các em cĩ tư duy nhạy bén,cĩ nhu cầu hiểu biết ngày càng cao,làm thế nào để các học sinh này phát huy hết khả năng của mình,đĩ là trách nhiệm của giáo viên chúng ta.
Bản thân tơi ,trong những năm học vừa qua được nhà trường phân cơng dạy Vật lí lớp 9, dạy bồi dưỡng học sinh giỏi,dạy các lớp nâng cao.Qua giảng dạy tơi nhận thấy “Giải bài Tốn mạch cầu trong Vật lí 9” là một vấn đề lí thú.
Vì vậy tơi chọn đề tài “Giải bài Tốn mạch cầu trong Vật lí 9”để gĩp phần nào đĩ nhằm giúp các em giảm bớt khĩ khăn khi gặp dạng tốn trên và gĩp phần làm hồn thiện thêm việc giải các bài tốn phần điện học trong Vật lí 9.Tơi hy vọng bài viết này sẽ cĩ ích cho đồng nghiệp và các em học sinh.
II. ĐỚI TƯỢNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG.
- Đối tượng nghiên cứu: 
Đới tượng học sinh khới 9 bậc THCS
-Phương pháp nghiên cứu :
	Tham khảo tài liệu chuyên môn có liên quan
Điều tra, thực nghiệm,khảo sát kết quả học tập của học sinh
Thực nghiệm giảng dạy cho các em học sinh cùng với nhĩm chuyên mơn thực hiện.
Điều tra ,đánh giá kết quả học tập của học sinh sau khi thực nghiệm giảng dạy chuyên đề.
Trao đổi ý kiến với đồng nghiệp
-Nhiệm vụ của sang kiến :
Đưa ra những kiến thức cơ bản để giải bài tốn mạch cầu trong Vật lí 9.
Nhận dạng và lựa chọn phương pháp giải hợp lí. 
PHẦN B: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.
I- CƠ SỞ LÍ LUẬN:	
Mạch cầu thường được nĩi đến qua các bài tốn nâng cao trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 9, thế nhưng lí thuyết về cách giải mạch cầu thì ít cĩ tài liệu để tham khảo. Vì vậy nhằm giúp cho các bạn đồng nghiệp cĩ điều kiện tìm hiểu về mạch cầu, từ đĩ cĩ thêm tư liệu cho việc bồi dưỡng học giỏi.
II- CƠ SỞ THỰC TIỄN:
	Trong quá trình giảng dạy với lượng thời gian theo khung phân phối chương trình như hiện tại thì khi học dạng toán này đa số học sinh còn rất lúng túng trong việc áp dụng phương pháp vào giải tốn, đặc biệt đối với học sinh khá, giỏi còn nhiều vấn đề chưa được đề cập đến.
	Tôi đã tìm hiểu nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến đa số học sinh chưa có kỹ năng giải bài toán trên là nguyên nhân như sau :
	Thơng thường các em chỉ dừng lại ở việc giải các bài tốn điện trong sách giáo khoa,ít gặp dạng bài tập như đã nêu hoặc khi gặp thì thường bỏ qua chứ khơng chịu khĩ tìm hiểu cách giải ở những tài liệu ngồi sách giáo khoa,mà thực tế thì tài liệu về vấn đề này cũng khơng nhiều.
	Vì vậy làm sao để học sinh yêu thích môn Vật lí, làm sao để học sinh hồn thiện hơn kỹ năng giải bài toán mạch cầu . Để giải quyết các vấn đề trên trong quá trình giảng dạy tôi đã hệ thống lại “Phương pháp giải mạch cầu trong Vật lí 9” để gĩp phần nào giúp các em hiểu rỏ và vận dụng phương pháp này khi giải toán nhằm nâng cao chất lượng học tập cho học sinh.
III- NỘI DUNG :
Để giải tốt dạng tốn mạch cầu trong Vật lí 9 thì các em phải nắm được các kiến thức cơ bản sau :
1.Kiến thức cơ bản:
R1
R2
R3
R4
R5
A
B
M
N
 Mạch cầu là loại mạch được dùng phổ biến trong các phép đo điện như : Vơn kế, ampe kế, ơm kế.
1.1 Hình dạng. 
- Mạch cầu như vẽ.Trong đĩ : Các điện trở R1, R2, R3,R4 
gọi là điện trở cạnh. R5 gọi là điện trở gánh
	1.2 Phân loại mạch cầu.
- Mạch cầu gồm hai loại: Mạch cầu cân bằng và mạch cầu khơng cân bằng. Trong đĩ mạch cầu khơng cân bằng được chia làm hai loại:Mạch cầu đủ ( tổng quát) và mạch cầu khuyết.
1.3 Cách nhận biết các loaị mạch cầu
a/ Nhận biết mạch cầu cân bằng :
Cách 1: Bằng thực nghiệm thì khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy 
I5 = 0.
Cách 2: Căn cứ vào số liệu của bài tốn thì đặc điểm của mạch cầu cân bằng là :
+ Về điện trở. 	
+ Về dịng điện: 	I1 = I2 	; I3 = I4 	Hoặc 
+ Về hiệu điện thế : U1 = U3 ; U2 = U4 Hoặc 
b/ Nhận biết mạch cầu khơng cân bằng:
- Bằng thực nghiệm thì khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy I5 khác 0.
- Khi mạch cầu khơng đủ 5 điện trở thì gọi là mạch cầu khuyết.
2.Cách giải :
R1
R2
R3
R4
R5
A
B
M
N
2.1 Mạch cầu cân bằng.
	Ví dụ: 	
Cho mạch điện như hình vẽ : 
Với R1=1Ω, R2=2Ω, R3=3Ω, R4= 6Ω, R5 = 5Ω. 
UAB=6V. Tính I qua các điện trở?
	Giải: 
Ta cĩ : 	 => Mạch AB là mạch cầu cân bằng.
	=> I5 = 0. (Bỏ qua R5). Mạch điện tương đương: (R1 nt R2) // (R3 nt R4)
- Cường độ dịng điện qua các điện trở
	I1 = I2 = ; I3 = I4 = 
2.2 Mạch cầu khơng cân bằng.
a. Mạch cầu đủ hay cịn gọi là mạch cầu tổng quát.
	Cĩ nhiều cách để giải mạch cầu loại như trên,như là phương pháp chuyển mạch hình sao thành tam giác và ngược lại ,phương pháp điện thế nút...
R1
R2
R3
R4
R5
A
B
M
N
Nhưng ở đây tơi xin trình bày hai phương pháp giải đĩ là :phương pháp điện thế nút,phương pháp đặt ẩn là dịng vì hai phương pháp này gần gủi hơn với học sinh cấp hai ,các cháu cĩ thể áp dụng kiến thức tốn học vào giải ngay được.
Ví dụ : Cho mạch điện như như hình vẽ: 
Với R1=1Ω, R2=2Ω, R3=3Ω, R4= 4Ω, R5 = 5Ω. 
UAB=6V. Tính I qua các điện trở?
	Giải: 
a.1 Phương pháp điện thế nút. 
+ Chọn 2 hiệu điện thế bất kì làm 2 ẩn.
+ Sau đĩ qui các hiệu điện thế cịn lại theo 2 ẩn đã chọn. 
+ Giải hệ phương trình theo 2 ẩn đĩ
Ta chọn 2 ẩn là U1 và U3 và giả sử rằng chiều dịng điện từ N đến M.
-Ta cĩ: UMN = UMA + UAN = -U1 + U3 = U3 –U1 = U5
- Xét tại nút M ta cĩ:
	I1 + I5 = I2 	(1)
- Xét tại nút N ta cĩ :
I3 = I4 + I5 	 (2)
-Từ (1) và (2) ta cĩ hệ phương trình
Giải ra ta được U1 , U3. Tính U2 = UAB – U1 , U4 = UAB – U3. Aùp dụng định luật Ơm tính được các dịng qua điện trở.
a.2 Phương pháp đặt ẩn là dịng
+ Chọn 1 dịng bất kì làm ẩn.
+ Sau đĩ qui các dịng cịn lại theo ẩn đã chọn. 
+ Giải phương trình theo ẩn đĩ
- Ta chọn ẩn là dịng I1 giả sử rằng chiều dịng điện từ N đến M.
Ta cĩ: UAB = U1 + U2 = I1R1 + I2R2 = I1 + 2I2 = 6 
 I2 = 	(1)
- Tại nút M. I5 = I2 – I1 = 3 -0.5I1 - I1 = 3 – 1.5I1	
	 I5 = 3 – 1.5I1	(2)
- Mặt khác: U5 = UMN = UMA + UAN = -U1 + U3 = U3 –U1 
 = I3R3 – I1R1 = 3I3 – I1=5I5
	 => I3 = 
	 I3 = 	(3)
- Từ nút N. 	I4 = I3 – I5 = - 3 – 1.5I1 = 
	I4 = 	(4)
-Mặt khác. 	UANB = UAN + UNB = U3 + U4 = I3R3 + I4R4 = 3I3 + 4I4 = 6
	 3. + 4. = 6	
Giải ra ta được I1 1.1 A. Thế vào (1), (2), (3), (4) ta tính được các I cịn lại.
	+ Chú ý: Nếu dịng điện qua MN theo chiều ngược lại thì sẽ cĩ kết quả khác.
b.Mạch cầu khuyết: 
- Chập các điểm cĩ cùng điện thế, rồi vẽ lại mạch tương đương. Aùp dụng định luật Ơm giải như các bài tốn thơng thường để tính I qua các R. Trở về sơ đồ gốc xét nút mạch để tính I qua R khuyết.
3.Nhận xét:
Qua các ví dụ trên ta thấy :
	-Khi gặp bài tốn mạch cầu thì ta nên ưu tiên xét xem nĩ cĩ phải là mạch cầu cân bằng hay mạch cầu khơng cân bằng rồi áp dụng phương pháp phù hợp.
	-Nếu bài tốn khơng cho chiều dịng điện thì phải chọn chiều dịng điện và giải bài tốn theo chiều đã chọn ban đầu,sau đĩ kiểm tra lại kết quả cĩ hợp lí hay khơng (thường kết quả âm là khơng hợp lí), khi đĩ ta suy ra dịng điện cĩ chiều ngược lại so với ban đầu đã chọn.
4. Bài tập áp dụng
A C B
+ -
-
U 
-
D
A 
R1
R2
Hình 2
Bài 1: Cho mạch điện (Hình 2). Biết U = 7V; R = 3Ω; R = 6Ω;
AB là một dây dẫn dài 1,5m tiết diện S = 0,1mm2 điện trở suất r =0,4.10-6Ω.m. Điện trở ampe kế và dây nối khơng đáng kể.
Tính điện trở của dây dẫn AB.
Dịch chuyển con chạy C đến vị trí sao cho AC = 1/2CB. Tính cường độ dịng điện chạy qua ampe kế.
Hướng dẫn:
Đổi đơn vị của tiết diện S: 0,1 mm2 = 0,1. 10-6 m2
a)
	 RAB = = 6W
b) - Vì AC=1/2CB nên:
 RAC / RCB = R1/R2 = 1/2 
Vậy đây là mạch cầu cân bằng. Do đĩ ampe kế chỉ số 0A
A +
 - B
C
D
R1
R2
R3
R4
R5
I4
I2
I5
I1
I3
Bài 2:Cho mạch điện như hình vẽ: 
R1= 3W, R2= 2W ,R3= 3W, R4= 5W, R5= 3W.
 Hiệu điện thế không đổi luôn duy trì U=3V. 
Cường độ dòng điện qua các điện trở . 
Đáp số : Các giá trị cường độ dòng điện lần lượt là
5/9A ; 2/3A ; 4/9A ; 1/3A ; 5/9A
PHẦN C: KẾT LUẬN
1.Đánh giá chung
Trước khi áp dụng phương pháp trên tôi nhận thấy nhiều học sinh nhìn nhận và giải quyết bài toán chưa đúng.
Qua thực tế giảng dạy từ khi áp dụng phương pháp này tôi nhận thấy học sinh nắm vững kiến thức hơn, hiểu rõ cách giải toán ở dạng bài tập này, giúp cho học sinh khá, giỏi có điều kiện tìm hiểu thêm một số phương pháp giải khác. 
	2.Bài học kinh nghiệm.
Với học sinh khá, giỏi: Ngoài việc nắm chắc các phương pháp cơ bản, giáo viên cần cho học sinh tìm hiểu thêm các phương pháp phân tích nâng cao khác thông qua các bài tập dạng nâng cao giúp học sinh vận dụng thành thạo kỹ năng biến đổi, linh hoạt trong lựa chọn các phương pháp. Qua đó kích thích óc tìm tòi, sáng tạo, khai thác cách giải, khai thác bài toán nhằm phát triển tư duy một cách toàn diện cho học sinh.
Đối với giáo viên: Thường xuyên kiểm tra mức độ tiếp thu và vận dụng của học sinh trong quá trình cung cấp các thông tin mới có liên quan trong chương trình. Đồng thời giáo viên phải tạo ra không khí tích cực trong khi giải bài tập đối với đối tượng học sinh. 
3.Đề xuất :
Giảng dạy mơn Lí nĩi chung và giảng dạy các bài tốn vật lí khĩ nĩi riêng đạt hiệu quả cao là một vấn đề đang được quan tâm nhiều của phụ huynh, của giáo viên dạy...
Do vậy để học sinh chủ động học tập, phấn đấu vươn lên là vấn đề cần đến nhiều sự quan tâm của gia đình, nhà trường và xã hội .Song một yếu tố chủ quan khơng kém phần quan trọng đến kết quả học tập của học sinh là người giáo viên trực tiếp giảng dạy và sự lãnh đạo của nhà trường.Vì vậy tơi cĩ một số đề xuất như sau:
Đối với giáo viên :
Phải nhận thức đúng vị trí, vai trị quan trọng của bộ mơn Tốn trong tồn bộ hệ thống kiến thức. Người giáo viên trực tiếp giảng dạy phải nắm vững nội dung, phương pháp giảng dạy sát đối tượng học sinh để sử dụng phương pháp thích hợp.
Phải thường xuyên trao đổi chuyên mơn nghiệp vụ, tích luỹ kinh nghiệm giảng dạy, biết tổ chức cho học sinh học tập cĩ nề nếp... và đặc biệt phải biết lựa chọn phương pháp giảng dạy một cách thích hợp.
 Đối với nhà trường:
Trước hết tổ chuyên mơn phải là chỗ dựa vững chắc, tin cậy cho giáo viên trong việc cải tiến phương pháp giảng dạy, trau dồi chuyên mơn nghiệp vụ. Tăng cường dự giờ nhằm tạo điều kiện để giáo viên trong tổ học tập, rút kinh nghiệm lẫn nhau, từ đĩ củng cố và phát huy được năng lực chuyên mơn, nghiệp vụ.
Nhà trường cần cung cấp đủ tài liệu tham khảo. Thường xuyên tổ chức chuyên đề để giáo viên cĩ điều kiện trau dồi chuyên mơn nghiệp vụ, tích luỹ kinh nghiệm, nâng cao chuyên mơn nghiệp vụ.
 	Trên đây là kinh nghiệm mà tơi đã thực hiện và đã rút ra được trong thực tế giảng dạy. Tôi mong rằng kinh nghiệm này góp một phần nhỏ vào việc giải những bài tốn phân tích đa thức thành nhân tử mà đa thức cần phân tích là đa thức một biến, cĩ bậc cao, cĩ hệ số nguyên và cĩ nghiệm hữu tỉ được giải một cách hiệu quả và nhanh chóng . Song với tầm hiểu biết của bản thân, tơi nghĩ vẫn còn nhiều thiếu sót và hạn chế ,vì vậy rất mong sự góp ý của các em học sinh,quí thầy cô và các đồng chí đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn. 
 	 	 Bình Long, ngày 4 tháng 1 năm 2016
 Người thực hiện đề tài:
 Nguyễn Văn Đặng