Tài liệu Skkn rèn kĩ năng giải bài tập điện có liên quan đến cực trị

THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN RÈN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN CÓ LIÊN QUAN ĐẾN CỰC TRỊ 1. Tên sáng kiến: Rèn kĩ năng giải bài tập điện có liên quan đến cực trị 2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Bồi dưỡng học sinh giỏi khối 9 và ôn thi môn vật lí vào THPT 3. Tác giả: Họ và tên: Nguyễn Thị Tươi Nam (nữ): Nữ Ngày tháng/năm sinh: 27 – 10 - 1972 Trình độ chuyên môn: ĐH Vật lý Chức vụ, đơn vị công tác: Phó Hiệu trưởng trường THCS Ninh Thành Ninh Giang - Hải Dương Điện thoại: 0988 345 911 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Trường THCS Ninh Thành – Ninh Giang - Hải Dương 5. Đơn vị áp dụng sáng kiến lần đầu : Tên đơn vị: Trường THCS Ninh Thành – Ninh Giang - Hải Dương Điện thoại: 03203 760 668 6. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Học sinh lớp 9 đã học xong kiến thức phần điện học và các điều kiện cơ sở vật chất trong nhà trường. 7. Thời gian áp dụng sáng kiến lần đầu: Từ năm học 2012 -2013 đến năm học 2014 – 2015. HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Nguyễn Thị Tươi 1 TÓM TẮT SÁNG KIẾN Trong chương trình vật lí THCS thì phần điện học chiếm một vị trí quan trọng vì vậy tôi rất quan tâm đến giảng dạy phần này. Qua nghiên cứu trong một vài năm trở lại đây ở trường tôi giảng dạy, việc học sinh tiếp thu vận dụng các kiến thức phần điện học khi làm bài thi học sinh giỏi các cấp còn nhiều hạn chế, kết quả chưa cao . Sự nhận thức và ứng dụng thực tế cũng như vận dụng vào việc giải các bài tập Vật lý phần này học sinh còn lúng túng. Do vậy trong quá trình giảng dạy phần điệnhọc tôi chia ra các dạng bài tập cơ bản nhằm giúp học sinh hiểu bản chất chung của các hiện tượng vật lí từ đó hiểu bản chất cụ thể của từng bài riêng lẻ và biết ứng dụng vào giải bài tập. Khi giảng dạy các bài tập về điện học đối với học sinh giỏi tôi luôn chú ý tới việc phân loại dạng bài tập và rèn kĩ năng cho học sinh để giúp học sinh hiểu sâu sắc hiện tượng vật lí và vận dụng kiến thức đó vào giải bài tập. Tôi chia các dạng bài tập cơ bản như sau: + Bài tập về định luật Ôm + Bài tập về tính điện trở của dây dẫn + Bài tập về định luật Jun - Lenxơ. + Bài tập về độ sáng của đèn + Bài tập có liên quan đến cực trị. Và một số dạng bài tập khác. Sở dĩ phải phân chia như vậy là nhằm giúp học sinh hiểu bản chất chung của các hiện tượng, từ đó hiểu bản chất cụ thể của từng bài riêng lẻ và biết ứng dụng vào giải bài tập. Thực tế, đối với học sinh lớp 9, khi giải bài tập có liên quan đến cực trị, các em còn nhiều lúng túng, những khó khăn các em thường gặp là: + Xác định cấu trúc mạch điện. + Đối với một đại lượng điện, có thể có nhiều công thức tính, vậy nên chọn công thức nào + Sử dụng nhiều kiến thức toán học. + Xác định cực trị của đại lượng này cần thông qua những đại lượng nào. 2 Nếu giải quyết được những khó khăn trên thì cái khó của dạng bài tập này sẽ đựơc giải toả và học sinh sẽ có hứng thú, say sưa với bài toán có liên quan đến cực trị nói riêng và bài toán về điện học nói chung. Trước khi làm bài tập phần này tôi cho học sinh nắm vững các lí thuyết cơ bản có liên quan đến cực trị và đưa phương pháp giải mỗi dạng bài tập ở phần này đồng thời sau mỗi bài tôi đều có những nhận xét hoặc chú ý khi làm bài tập đó. Việc phân dạng bài tập, phân tích kĩ các nội dung lý thuyết có liên quan sẽ giúp cho học sinh vận dụng lý thuyết để phân tích bài toán, đề ra được phương pháp giải cụ thể, ngắn gọn, dễ hiểu nhất, học sinh sẽ hứng thú hơn khi học bộ môn này và kết quả áp dụng sáng kiến này đã tăng lên rõ rệt, học sinh giỏi lớp 9 do tôi bồi dưỡng đều đạt giải trong các kì thi học sinh giỏi, học sinh thi vào THPT môn Vật lí do tôi dạy đều làm được bài tập khó, điểm giỏi môn lí thi vào THPT đạt 35%. Sáng kiến này được áp dụng sau khi học sinh lớp 9 học xong kiến thức vật lí phần điện và phần kiến thức toán lớp 9 học sinh phải học xong kiến thức phần giải phương trình bậc 2, Bất đẳng thức CôSi, định lí Viet...để dùng toán học làm công cụ giải bài tập vật lí. Sau đây tôi xin trình bày sáng kiến của mình. 3 MÔ TẢ SÁNG KIẾN 1. Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến. Trong công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc, chúng ta đang rất cần những con người có trình độ lĩnh hội kỹ thuật cao. Do vậy, yêu cầu đặt ra cho ngành giáo dục là đào tạo những học sinh có năng lực, nhạy bén trong việc lĩnh hội những thành tựu khoa học. Trong đó, môn học quan trọng để đáp ứng vấn đề này là môn vật lý. Hiện nay, ngành giáo dục rất quan tâm tới vấn đề này và thường xuyên tổ chức các kỳ thi chọn học sinh giỏi từ cấp trường đến cấp quốc gia, mặt khác đây còn là môn học thường hay được chọn là môn thi vào THPT. Là một giáo viên trực tiếp tham gia giảng dạy môn vật lý ở trường THCS và thường xuyên tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý, tôi nhận thức rõ vấn đề này và thường xuyên học hỏi, tích luỹ kinh nghiệm, tìm ra các phương pháp, kĩ năng thích hợp giải các loại bài tập vật lý nhằm phục vụ nhu cầu giảng dạy để năng cao chất lượng giáo dục Trong chương trình vật lý THCS, phần Điện học chiếm một vị trí quan trọng trong chương trình vật lý lớp 7 và lớp 9: ở lớp 7 các bài tập chủ yếu là bài tập định tính, nhưng ở lớp 9 các bài tập chủ yếu của phần này là bài tập định lượng và có rất nhiều bài tập khó đòi hỏi học sinh phải có tư duy tốt mới có thể giải quyết được. Thực tế, đối với học sinh lớp 9, khi giải bài tập có liên quan đến cực trị, các em còn gặp nhiều khó khăn , kết quả làm bài không cao. Sự nhận thức và ứng dụng thực tế cũng như vận dụng vào việc giải các bài tập vật lí phần này học sinh rất lúng túng trong khi đó dạng bài tập này không chỉ là dạng bài tập hay gặp ở đề thi học sinh giỏi cấp THCS, đề thi vào THPT mà dạng bài này còn có ở chương trình vật lí THPT, đề thi vào các trường đại học, cao đẳng nữa. Để khắc phục được những khó khăn trên nhằm giúp học sinh có hứng thú, say sưa với bài toán có liên quan đến cực trị nói riêng và bài toán về điện học nói chung, tôi xin mạnh dạn trình bày sáng kiến của mình về giảng dạy dạng bài tập điện có liên quan đến cực trị đối với bồi dưỡng học sinh khá, giỏi và ôn thi môn Vật lí vào THPT. Tên kinh nghiệm là: "Rèn kỹ năng giải bài tập điện có liên quan đến cực trị. " 4 2. Thực trạng của vấn đề. Qua nghiên cứu trong một vài năm trở lại đây ở trường tôi giảng dạy, việc học sinh tiếp thu, vận dụng kiến thức để giải bài tập phần: giải bài tập điện liên quan đến cực trị còn nhiều hạn chế, kết quả chưa cao. Trong thực tế, việc giải bài tập điện liên quan đến cực trị hầu hết giáo viên tiến hành như sau: - Giáo viên cho học sinh đọc đề bài - Gọi một học sinh giỏi lên bảng làm. - Giáo viên nhận xét bài trên bảng của học sinh. Nếu bài đó học sinh làm tốt thì giáo viên cho điểm và tuyên dương, nếu học sinh đó làm sai thì giáo viên hướng dẫn các em trong cả lớp làm theo cách áp đặt của giáo viên và trong giờ học đó hầu như cả giờ học giáo viên làm việc, "thuyết trình” rất "nhiệt tình" nhưng sau giờ học đó tôi có gặp gỡ và trao đổi lại với học sinh lớp đó là: Tại sao bài toán đó lại giải như vậy? thì phần đông học sinh không trả lời được. Tôi có yêu cầu các em làm lại bài toán đã chữa thì các em rất lúng túng và không biết bắt đầu từ đâu. Với những giải pháp nêu trên thì kết quả khảo sát 10 học sinh giỏi là: Năm học 2011 - 2012 Điểm dưới TB 6 em - 6% Điểm TB 3 em - 30% Điểm khá, giỏi 1 em - 10% (10 học sinh) Vậy rõ ràng là: Với những giải pháp trên thì học sinh khi làm bài rất lúng túng, chỉ một số ít học sinh khá giỏi làm được bài, phần đông học sinh không làm được nên kết quả chưa đạt được mục tiêu đề ra. Xuất phát từ những yêu cầu chung của môn học và từ tính cần thiết của thực tế dạy học nâng cao chất lượng môn học, nâng cao chất lượng mũi nhọn bộ môn tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: "Rèn kỹ năng giải bài tập điện có liên quan đến cực trị" làm tiêu đề cho sáng kiến nhằm trao đổi, học hỏi với đồng nghiệp, rút kinh nghiệm để cùng nhau học tập, tích luỹ nâng cao năng lực dạy học môn học. 3. Các giải pháp thực hiện. Qua thực tế giảng dạy, nghiên cứu, tôi đưa ra một số các hoạt động nhằm nâng cao chất lượng học tập phần giải bài tập điện có liên quan đến cực trị đối với học sinh khá, giỏi cụ thể: 5 - Phải trang bị cho học sinh thật tốt lí thuyết cơ bản và hiểu bản chất vấn đề - Trang bị kiến thức cơ bản về toán học để ứng dụng giải bài tập phức tạp. - Biện pháp quan trọng nhất là rèn cho học sinh biết cách giải thích hiện tượng vật lý, phân loại dạng bài tập và nắm vững phương pháp giải mỗi dạng. Sau mỗi bài hoặc mỗi dạng toán giáo viên đưa ra những nhận xét để nhấn mạnh cách làm và những khó khăn mà học sinh thường mắc phải để từ đó mỗi khi gặp dạng bài tập đó học sinh sẽ vận dụng làm bài tập tốt hơn. - Dạy học theo phương pháp nêu vấn đề, thầy và trò cùng tích cực làm việc. Tiến hành giải bài tập với các cách giải có thể. - Thường xuyên kiểm tra tập dượt cho học sinh, bổ sung ngay những thiếu sót của học sinh trong bài làm nếu mắc phải. - Xây dựng hệ thống câu hỏi phù hợp với đối tượng học sinh của mình để giúp các em có thể suy nghĩ và đề xuất được cách giải. - Tận dụng tối đa thời gian trên lớp để hướng dẫn trao đổi cho học sinh những băn khoăn, thắc mắc mà học sinh chưa hiểu được. - Giáo viên phải tích cực tham khảo tài liệu trong các tài liệu Vật lí cấp THCS. 3.1. Cơ sở lí thuyết Khi làm dạng bài tập này cần phải ghi nhớ các kiến thức cơ bản sau đây: * Công thức tính điện trở: R =  * Công thức định luật Ôm: I = l S U R * Công thức định luật Ôm cho đoạn mạch mắc nối tiếp: I = I1 = I2 = ..... = In R = R1 + R2 +......+ Rn U = U1 + U2 + .....+ Un * Công thức định luật Ôm cho đoạn mạch mắc song song: 6 I = I1 + I2 + ..... + In 1 1 1 1    .......  R R1 R2 Rn U = U1 = U2 = .....= Un Lưu ý: Nếu mạch chỉ có 2 điện trở mắc song song thì: R1 R2 R2 R1 R = R  R ; I1 = R  R .I ; I2 = R  R .I 1 2 1 2 1 2 * Với A ; B ; C là 3 điểm trên mạch điện , ta có : UAC = UAB + UBC * Tổng các cường độ dòng điện đến nút bằng tổng các cường độ dòng điện đi ra khỏi nút. * Điện trở của các dây nối không đáng kể, coi như bằng 0. Nếu ampe kế có điện trở không đáng kể thì ampe kế có vai trò như một dây nối. Nếu vôn kế có điện trở vô cùng lớn thì không có dòng điện qua vôn kế. Nếu ampe kế và vôn kế có điện trở xác định thì khi tính toán phải coi mỗi dụng cụ này như một điện trở. * Định luật Jun –Lenxơ : Nhiệt lượng toả ra trong dây dẫn tỷ lệ thuận với bình phương của cường độ dòng điện, tỷ lệ thuận với điện trở và thời gian dòng điện chạy trong dây dẫn đó : Q = I2Rt (J) * Công thức: Q = 0,24I2Rt (cal) 1cal = 4,18J ; 1J =0,24 cal * Công suất toả nhiệt: P = Q t 2 = UI = RI = U2 R * Bất đẳng thức CôSi : Với a ;b  0 ta có : a +b  2 => => ( (a + b)min = 2 ab )max = ab ab ab 2 Dấu ‘‘= ’’ xảy ra  a = b * Sử dụng điều kiện có nghiệm của phương trình bậc 2. 7 (Hoặc '  0) 0 c a * Kết hợp định lí Viet: x1 x2 = b x1+x2 = - a 3.2. Các dạng bài tập áp dụng Đối với học sinh khá và giỏi, yêu cầu các em phải hiểu rõ kiến thức, phân loại được bài tập đó thuộc dạng nào, cần áp dụng phương pháp nào để giải bài tập đó. 3.2.1. Dạng 1 : Tìm cực trị của một đại lượng : Phương pháp giải : - Xác định một đại lượng vật lí nào đó có mặt trong bài toán làm ẩn. - Dựa vào đề bài đề bài tìm mối quan hệ giữa các đại lượng dưới dạng biểu thức đại số. - Dựa vào kiến thức toán học để tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất theo yêu cầu của đề bài. .+ Bài 1. Cho mạch điện như hình vẽ U bên, với U = 6V, r = 2  . Tìm R để công suất trên điện trở R đạt giá trị . r - C lớn nhất ? Tìm giá trị đó ? R Giải - Ta có: công suất toả nhiệt trên điện trở R là: P = I2.R P= U2 (R  r)2  P= R U2 ( R - Do U = 6V không đổi nên để PMax thì M = ( - Theo bất đẳng thức CôSi ta có M  4r => MMin = 4r U => PMax = 2 4r U = 2 4 .2 36 = 8 = - Dấu "= " xảy ra khi R = r = 2  8 4,5 W r 2 ) R R + r R )2 min Vậy với R = 2  thì PMax = 4,5 W * Nhận xét: Đây là bài toán khá cơ bản về dạng bài cực trị. Học sinh chỉ cần nắm chắc kiến thức Toán học (bất đẳng thức Cosi)là có thể giải được bài toán. Đa số học sinh có thể biến đổi tới biểu thức tính P nhưng rất ít học sinh tìm được Pmax vì không nghĩ tới bất đẳng thức Cosi. Thông qua bài toán giáo viên cần nhấn mạnh bất đẳng thức Cosi và dấu "=" của bất đẳng thức xảy ra khi nào? Bài 2: Cho mạch điện như hình r - r = 4 vẽ bên, với U+ = 12V, và R1 = 1  . a. Tìm R để công suất tiêu thụ A U B trên đoạn AC đạt giá trị lớn nhất R1 là PACMax ? Tìm PACMax khi đó ? R C b. Tìm R để công suất tiêu thụ trên biến trở R đạt giá trị lớn nhất là PRMax ? Tìm PRmax khi đó ? Giải - Ta có : PAC = I2RAC U2 = . RAC = ( RAC  r ) 2 Do U2 = 122 V không đổi - Để PAC Max thì M = ( R AC + r )2 RAC Min - Theo bất đẳng thức CôSi ta có M  4r => MMin = 4r => PMax = U2 4r = 12 2 4 .4 = 9W - Dấu bằng xảy ra khi: RAC = r => R1 + R = r => R = r - R1 = 4 – 1 = 3  - Vậy khi R = 3  thì PAC Max = 9W. b. Ta có: 9 U2 ( R AC  r )2 R AC U2 U2 R  R r 2 PR = I2 . R = ( R1  R  r ) 2 ( R 1 ) R - Do U2 không đổi nên để PRmax thì MMin = ( + R R1  r 2 ) Min R - Theo bất đẳng thức CôSi ta có: M  4 ( R1 +r) MMin = 4 (R1 +r) PRmax U2 12 2 = = = 7,2 W. 4( R1  r ) 4.5 - Dấu "= " xảy ra khi: R = r + R1 = 5  . - Vậy với R = 5  thì PRmax = 7,2W. * Nhận xét: Về bản chất bài toán trên giống bài 1 nhưng với số lượng điện trở nhiều hơn. Nếu học sinh phát hiện tốt thì có thể giải bài toán không quá khó khăn. Thông qua bài toán giáo viên chốt lại phương pháp chung khi giải bài tập dạng này: Tìm công suất P của đoạn mạch cần khảo sát theo U mạch (vì U luôn không đổi) và các điện trở trong mạch; biến đổi P để trên tử của P là hằng số, mẫu số chứa biến R. Sau đó áp dụng bất đẳng thức Cosi để tìm đại lượng cần tính. + Bài 3: Cho mạch điện như hình B A vẽ bên, với U = 16V, r = 4  , - r R1 R1 = 12  . C a. Tìm R để PAD Max ? Tìm R PAD khi đó ? b. Tìm R để PRmax ? Tìm PR khi đó ? Giải U2 a. Ta có : PAD U2 2 = I . RAD = .RAD = ( R AD  ( RAD  r ) 2 - Do U2 không đổi nên để PADMax thì MMin = ( R AD + 10 r )2 R AD r )2 Min R AD D - Theo bất đẳng thức CôSi ta có: M  4r => MMin = 4r => PADMax = U2 4r 16 2 4 .4 = = 16 W R1 R - Dấu "= " xảy ra khi RAD = r <=> R  R = r <=> R = 6  1 - Vậy với R = 6  thì PADMax = 16W b. Ta có: PR = I2 R.R (1) U U ( R  R1 ) - Mà: Theo định luật Ôm ta có: I = RR1  r = RR  R r  Rr 1 1 R  R1 R1 R1 U ( R  R1 ) UR1 - Khi đó: IR = R  R I = R  R . RR  R r  Rr = RR  R r  Rr 1 1 1 1 1 1 (2) - Thay (2) vào (1) ta có: PR = U 2 R12 U 2 R12 R  RR1  R1r  Rr  2 2 =  R1r   R  R1  r   R    2 Rr  - Do U R không đổi nên để PRmax thì M Min =  R  R1  r   1  Min . R  2 2 1 - Mặt khác theo bất đẳng thức CôSi ta có: M  4(R1 + r)R1r - Vậy MMin = 4(R1 + r)R1r Suy ra: PRmax = - Thay số PRmax = U 2 R12 U 2 R1  . 4( R1  r ) R1r 4r ( R1  r ) 16 2.12 4.4.16 = 12W. R1r - Dấu "= " xảy ra khi R = R  r = 1 12.4 12  4 = 3 . - Vậy với R = 3  thì PRmax = 12W. * Nhận xét: Bài toán 3 làm tương tự như bài 1 và bài 2 nếu coi RAD là một điện trở. Đa số học sinh biến đổi P theo biến R nên khó giải bái toán bởi lúc đó phương trình của P kha phức tạp và rất khó để tìm giá trị lớn nhất. Qua bài 11 toán giáo viên cần khắc sâu về phương pháp giải bài và đặc biệt là khả năng quan sát mạch sao cho việc giải bài tập trở nên đơn giản nhất. Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ bên, r với U = 68V, R1 = 2  , R2 = 8  và R1 r = 4  . Điện trở các dây nối không R đáng kể. Tìm R để: R2 a. PR 1 Max ? Tìm PR 1 khi đó ? b. PAC Max ? Tìm PAC khi đó ? c. PR Max ? Tìm PR khi đó ? Giải R1 R2 a) - Ta có : RAB = r + R + R  R = R + 5,6 1 2 U R AB - Theo định luật Ôm ta có: I = - Khi đó: IR 1 = = 68 R  5,6 R2 68 54,4 8 I = . = R  5,6 R  5,6 R1  R2 10 2 - Mà PR 1 = I R1 .R1 = 54,4 2 ( R  5,6) 2 .2 - Để PR 1 Max thì (R + 5,6)2Min => RMin => R = 0. => PR 1 Max = 54,4 2.2 5,6 2  188,7 W. - Vậy khi R = 0 thì PR 1 Max = 188,7 W. b) Ta có: - PAC = I2. RAC = U2 ( R AC  r ) 2 U2 . RAC = ( R AC  - Do U không đổi nên để PACMax thì M = ( R AC r )2 R AC + r )2 Min R AC - Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4r. Suy ra : MMin = 4r PACMax = U2 4r = C 68 2 4.4 = 289 W - Dấu " = " xảy ra khi : RAC = r <=> 1,6 + R = r 12 <=> R = 2,4  Vậy với R = 2,4  thì PACMax = 289W c) Ta có: PR = I2 R = U2 ( R  5,6) 2 U2 . R = ( R  5, 6 )2 R - Do U không đổi nên để PRmax thì MMin = ( R + 5,6 R )2 Min. - Theo bất đẳng thức CôSi ta có: M  4.5,6 = 22,4 Suy ra : MMin = 22,4 => PRmax = 68 2 22,4 = 206 W. Dấu " = " xảy ra khi R = 5,6  . - Vậy với R = 5,6  thì PRmax = 206 W. * Nhận xét: Bài toán 4 làm tương tự như những bài toán trên. Thông qua bài toán giúp học sinh rèn kĩ năng giải bài tập và quan sát mạch điện một cách đúng nhất. +Bài 5: Cho mạch điện như hình- vẽ N M bên, với R = 4  ; Đ: (6V - 3W) và R2 là biến trở. Hiệu điện thế ở M, N R A là UMN = 10V không đổi. B X a. Xác định R2 để đèn sáng bình thường? b. Xác định R2 để : 1. PR 2 Max. Tìm PR 2RMax đó ? 2 2. PAB Max. Tìm PABMax đó ? 3. PMN Max. Tìm PMN Max đó ? Giải: a. Để đèn sáng bình thường thì UR 2 = 6 V - Theo bài ta có: UR = UMN - UĐ = 10 - 6 = 4V. => I = UR = 1A. R - Do Đ:(6 V – 3W) => I1 = 0,5A. => I2 = I – I1 = 0,5A 13 => R2 = U I2 = 6 0,5 = 12  . - Vậy để đèn sáng bình thường thì R2 = 12  2 b. 1. Ta có : PR 2 = I R . R 2 (1) 2 RD .R2 - Mặt khác : RMN = R  R + R D 2 U D2 36 Với RD = = 3 = 12  PD => RMN = 16 R2  48 R2  12 10( R2  12) U MN I = R = 16 R  48 2 MN RD - Khi đó: IR 2 = R  R I = D 2 10( R2  12) 12 12  R2 . 16 R  48 = 2 7,5 R2  = 7,5 R2  3 7,5 2 2 - Thay (2) vào (1) ta có: PR 2 = ( R  3) 2 . R2 = 2 - Để PRMax thì MMin = ( 120 16 R2  48 ( R2  3 )2 R2 3 ) 2 Min R2 - Mà theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4. 3 = 12. Suy ra MMin = 12 P R2Max = 7,52 = 4,6875W 12 - Dấu " = " xảy ra khi R2 = 3  Vậy với R2 = 3  thì PR 2 Max = 4.6875W 2. Ta có PAB = I2. RAB = U2 ( R AB  R ) 2 Để PAB Max thì MMin = ( R AB  U2 . RAB = ( R AB  R )2 R AB R ) 2 )Min R AB Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4R => MMin = 4R => PAB Max = U2 4R = 10 2 4 .4 = 6, 25W Dấu " = " xảy ra khi : RAB = R = 4 ; 14 (2) RD .R2 => R  R = 4 => R2 = 6  D 2 - Vậy với R2 = 6  thì PAB Max = 6,25 W 3. Theo bài ta có: 2 U RMN PMN = I2. RMN = U 2 .( R2  12) = 16 R2  48 Suy ra: PMN U2 = 16 R2  48 R2  12 16 R2  48 Do U2 không đổi nên để PMNMax thì MMin = ( R  12 )min 2 16 R2  48 Mà M = ( R  12 ) = 2 144 2  12 Để MMin thì ( R R2 = 0 16( R2  12)  144 144 = 16 R2  12 R2  12 ) Max <=> ( R2 + 12)min <=> R2 min Suy ra : MMin = -12 + 16 = 4 Khi đó PMN Max = 10 2 4 = 25W Vậy với R2 = 0 thì PMN Max = 25W C Bài 6: Biến trở ở hình vẽ bên là một dây dẫn có điện trở R 0 = 9  o R a cuốn thành vòng tròn kín. Tiếp điểm A cố định, tiếp điểm C là con chạy của biến trở. Dây nối từ biến trở đến nguồnMUMN + - có N điện Itrở tổng cộng R = 2  ; UMN = 3V a. Xác định vị trí con chạy C để IMin ? Tìm IMin = ? b. Xác định vị trí C để công suất tiêu thụ của biến trở là cực đại. Tìm giá trị cực đại đó? Giải: - Theo bài cho A cố định, tiếp điểm C là con chạy của biến trở. Khi đó tiếp điểm C chia vòng tròn thành hai cung có điện trở là x và R0 - x (Hình vẽ). - Ta có: RMN = x.( R0  x ) +R R0 x C - Theo định luật Ôm ta có: 15 A R U .R0 I= U RMN I= 27 x.( R0  x )  18 R0 - x = x.( R  x)  RR 0 0 MN + Để IMin thì { x(R0 – x) + 18}Max hay { x( R0 – x)}Max 2 - Theo CôSi ta có :  x( R0  x) Max = - Khi đó : IMin = 81 R02  x  R0  x  x(R0-x)   = = 4 =>  4 2   81 4 27 81  18 4 = 27 38.25 = 0,7A. R0 = 4,5  2 - Dấu "= " xảy ra khi x = R0 - x <=> x = - Khi đó A; C nằm trên đường kính. Vậy khi A; C nằm trên đường kính đường tròn tâm O thì IMin = 0,7A. b. Lúc này bài toán trở thành xác định x để PACMax? Tìm PACMax? U U2 2 2 Ta có : PAC = I . RAC = ( R AC  R) 2 .RAC = R 2 ( RAC  ) RAC - Do U2 không đổi nên để PAC Max thì M = ( R AC R R AC + )2 Min - Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4R => PAC Max = U2 4R = - Dấu " = " xảy ra khi RAC = R => 9 4.2 = 9 8 x (9  x ) 9 W = 2 => - Vậy với x = 3  hoặc x = 6  thì P biến trở Max =  x  3  x  6  9 8 W. * Nhận xét: Bài toán giúp hình thành khả năng quan sát và phân tích mạch cho học sinh. Qua đó giúp học sinh tư duy nhanh để đưa hướng giải phù hợp. 16 r Bài 7: Cho+ mạch U - điện như hình vẽ bên, vớixđiện trở R1= 30  , R2 = 40  , R = 150  ; x + r = 48  . Ampe kế A3 A B có: RA R =1 10  . Vôn kế có: Rv = 600  ; hiệu điện thế C U = 80V. V R2 x để công suất tiêu thụ trên a. Tìm R3 mạch gồm x và AB đạt giá trị cực đại? Tìm giá trị đó? b. Tìm x để công suất tiêu thụ trên nó là cực đại? Tìm giá trị cực đại đó? Giải U2 2 - Ta có : PAbx = I . RAbx = U2 ( R ABx  r ) 2 . RAbx = - Do U2 không đổi nên để PAbx Max thì M = ( ( RABx R ABx  r 2  ) RABx r ) 2 Min R ABx - Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4r - Suy ra : PAbx Max = U2 4r Dấu "= " xảy ra khi RAbx = r 32 x 32  x Mà : RAB = 32  => = r = 48 – x x = 32  => r = 16  Khi đó PAbxMax = 2.80 2 4.32 = 100W Với x = 32  thì PAbx Max = 100W b. Theo bài cho ta có: - Ta có I = U R ABx  r = Px = I 2x . x U 32 x r 32  x (*) = 80(32  x ) x (32  r )  32r 17 - Khi đó Ix = 32 32  x 32 32  x .I = Thay vào (*) ta có : Px = - Để PxMax thì MMin =    80(32  x ) x (32  r )  32r . 2560 = 2560 x (32  r )  32r . 2560 2 2  x 32  r   32r  2 .x =   x  32  r    32r   x 2 2 32 r  x (32  r )   Min x - Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4(32+r) 32r Suy ra MMin = 4(32+r) .32r - Dấu " = " xảy ra khi x = 32r 32  r => PxMax = = 2560 2 4(32  r )32 r 32( 48  x ) 32  48  x => x = 16  => r = 2.16  = 32  - Khi đó PxMax = 2560 2 4(32  2.16).32.16.2 = 25W. Vậy với x = 16  thì Px Max = 25W. * Nhận xét: Bài toán làm tương tự như những bài toán trên. Học có thể lúng túng khi quan sát mạch điện nhưng nếu biết quan sát thì học sinh sẽ nhận ra ngay cách làm bài toán. Giáo viên nên hướng dẫn học sinh tư duy rằng: coi cả đoạn mạch AB chỉ có 1 điện trở đó là R AB. Lúc đó mạch chỉ 2 yếu tố là R AB và r với RAB thay đổi. Bài 8: ChoUmạch điện như hình vẽ, + r - với U = 9 V, r = 1  , Rb có điện trở tối đa là 10  ; R1 = 1  ; A M V RA  0, RV   . Phải dịch x chuyển cho chạy C đến vị trí nào R1 để công suất tiêu thụ trên toàn biến trở là lớn nhất? Giá trị lớn nhất ấy B Rb C N A bằng bao nhiêu? Giải: - Theo bài cho Vôn kế và Ampe kế lí tưởng. Do vậy ta có thể chập N  M  B và khi đó bỏ Vôn kế ra khỏi sơ đồ. 18 - Gọi điện trở 1 phần là x ( Hình vẽ) - Khi đó mạch có dạng {x // (Rb – x)}nt R1 - Bài toán trở thành tìm x để: PCBMax - Ta có : PCB = I . RCB = ( RCB U2  r  R1 ) 2 . RCB = ( R CB U2 R r 2  1 ) RCB R r 1 - Để PCB Max thì MMin = ( RCB  R ) Min CB - Theo bất đẳng thức CôSi ta có : M  4(R1+r). U2 81  - Suy ra MMin = 4(R1+r) => PCBMax = = 10,125W. 4( R1  r ) 4(1  1) - Dấu "=" xảy ra khi RCB = R1 + r = 2. x(10 – x) = 20 => x = 5  5  . Vậy với x = 5  5  thì PCBMax = 10,125W. * Nhận xét: Giáo viên nên một lần nữa hướng dẫn học sinh cách vẽ mạch cho chuẩn xác. Thông qua đó khắc sâu cách làm bài tập. Bài 9: Một biến trở được mắc như B(+) hình vẽ bên. a. Hỏi con Rchạy - x xở vị trí nào của biến trở thì điện trở của đoạn mạch B(+) A(-)là lớn nhất? Tìm giá trị đó? AB b. Nếu điện trở của biến trở là 100  thì giá trị lớn nhất đó bằng bao nhiêu? Giải: - Gọi điện trở một phần là x, khi đó điện trở phần còn lại là R – x Mạch được mắc: x // (R –x) Khi đó ta có : RAB = ( R  x) x R - Do R không đổi. Để RAB Max thì {(R – x) x}Max 2 R2 R2 R  x  x   Mà theo CôSi ta có : {(R – x) x}   => {(R – x) x}Max =  2 4 4  19 - Khi đó : RAB Max = R2 R  (  ) Dấu " = " xảy ra khi : 4R 4 R – x = x => x = Với x = R (  ). 2 R R2 (  ) thì RAB Max = (  ). 2 4 b. Nếu cho R = 100  thì x = 50  còn RAB Max = 25  . Bài 10: Một vòng dây đồng chất tiết diện đều có A R = 100(  ). Đặt vào hai điểm A và B của vòng l1; R1; M  dây 1 hiệu điện thế U = 16V cho góc AOB =  . B O N Tìm  để I mạch Min? Tìm IMim đó? R2 Giải: - Theo bài cho vòng dây đồng chất tiết diện đều nên l ~ R Mà ta có : l1 =  360 - Khi đó ta có : RAB l => R1=  R 360   .R( R  R) R R R. (360   ) 360 = 1 2  360  R1  R2 R 3602 - Khi đó theo định luật Ôm thì: U 16.3602 16.3602 16.362   I= = . RAB R (360   ) 100(360   ) (360   ) - Để: I Min thì   (360   ) Max 2   360      360      1802 - Theo bất đẳng thức CôSi ta có:   360          2  Suy ra:   360     Max = 1802. Vậy IMin = 16.362 = 0,64A. 1802 - Dấu “=” xảy ra khi:   360   => 2  = 360 =>  = 1800. Vậy với  = 1800 thì IMin = 0,64A. * Nhận xét chung: Qua dạng toán 1, giáo viên củng cố và chốt lại cách giải bài toán tìm giá trị của biến trở R để công suất trên một đoạn mạch đạt giá trị lớn nhất. Cách chung là đưa về dạng mạch chứa một điện trở cố định nối tiếp với biến trở R; hoặc đưa về dạng mạch song song gồm một điện trở cố định 20