Giáo án Bài 12. Đoạn mạch nối tiếp, song song

Huy động kiến thức về dòng điện và hiệu điện thế; xác định vấn đề: hai cách mắc đèn khác nhau dẫn đến khác biệt gì về đường đi của dòng điện và trạng thái làm việc của đèn.

GV chiếu mô phỏng 3D hai đèn mắc nối tiếp và hai đèn mắc song song. HS quan sát và trả lời ba câu hỏi: (1) Dòng điện đi qua mấy đường trong từng mạch? (2) Khi một đèn bị đứt, đèn còn lại trong mỗi mạch có sáng không? (3) Vì sao em nghĩ như vậy?

Dự kiến HS trả lời: mạch nối tiếp chỉ có một đường đi của dòng điện; mạch song song có nhiều nhánh. Khi một đèn nối tiếp bị đứt thì cả hai đèn đều tắt; khi một đèn song song bị đứt thì đèn còn lại vẫn sáng. Nhiệm vụ học tập: xác định các quy luật về $I$, $U$, $R$ của hai kiểu mắc và tính được $R_{td}$.

Nêu được đặc điểm dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch nối tiếp; tính được điện trở tương đương bằng tổng các điện trở thành phần.

HS làm việc nhóm 4 theo Phiếu học tập số 1, phần A. Nhóm vận hành mô phỏng mạch nối tiếp với bộ pin 6 V, $R_1 = 6\ \Omega$, $R_2 = 3\ \Omega$, ghi số chỉ ba ampe kế và hiệu điện thế $U_1$, $U_2$. Nhiệm vụ: (1) So sánh số chỉ ba ampe kế. (2) Tính $U_1 + U_2$ và so sánh với $U$ toàn mạch. (3) Tính $R_{td} = R_1 + R_2$, rồi dùng định luật Ohm $I = \dfrac{U}{R_{td}}$ để kiểm tra lại số chỉ ampe kế.

Kết luận HS rút ra: trong đoạn mạch nối tiếp, dòng điện qua các phần bằng nhau, $I = I_1 = I_2 = 0{,}67\ \mathrm{A}$. Hiệu điện thế toàn mạch bằng tổng hiệu điện thế các phần: $U_1 + U_2 = 4\ \mathrm{V} + 2\ \mathrm{V} = 6\ \mathrm{V}$. Điện trở tương đương: $R_{td} = R_1 + R_2 = 9\ \Omega$, và $I = \dfrac{6}{9} \approx 0{,}67\ \mathrm{A}$ khớp với số chỉ ampe kế.

Nêu được đặc điểm hiệu điện thế và dòng điện trong đoạn mạch song song; giải thích vì sao nhánh có điện trở nhỏ có dòng lớn hơn; tính được $R_{td}$ bằng công thức nghịch đảo.

Kĩ thuật mảnh ghép với ba mảnh: mảnh 1 xét hiệu điện thế (các nhánh có cùng $U$ với nguồn 6 V); mảnh 2 xét dòng điện ($I_1 = \dfrac{U}{R_1}$, $I_2 = \dfrac{U}{R_2}$, $I = I_1 + I_2$); mảnh 3 xét điện trở tương đương ($\dfrac{1}{R_{td}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}$) và so sánh $R_{td}$ với từng nhánh. Mỗi mảnh làm trong khoảng 7 phút theo Phiếu học tập số 1, phần B. Câu hỏi gợi mở: Vì sao cùng hiệu điện thế nhưng $I_1 \neq I_2$?

Kiến thức HS rút ra: trong đoạn mạch song song, $U_1 = U_2 = U = 6\ \mathrm{V}$; $I_1 = \dfrac{6}{6} = 1\ \mathrm{A}$, $I_2 = \dfrac{6}{3} = 2\ \mathrm{A}$, $I = I_1 + I_2 = 3\ \mathrm{A}$. Từ $\dfrac{1}{R_{td}}=\dfrac{1}{6}+\dfrac{1}{3}=\dfrac{1}{2}$ suy ra $R_{td} = 2\ \Omega$, nhỏ hơn cả $R_1$ và $R_2$. Nhận định: hai điện trở khác nhau mắc song song có cùng $U$ nhưng dòng qua mỗi nhánh khác nhau; nhánh có $R$ nhỏ có dòng lớn hơn.

Vận dụng đặc điểm mạch nối tiếp, song song để phân biệt đúng các khái niệm; giải hoàn chỉnh bài toán $R_1$, $R_2$ mắc song song; nhận diện và bác bỏ quan niệm sai.

Phần 1 (10 phút): GV chiếu lần lượt các câu trắc nghiệm, HS giơ thẻ A, B, C. Phần 2 (15 phút): HS làm Phiếu học tập số 2 theo cặp đôi, gồm bài toán $R_1 = 6\ \Omega$, $R_2 = 3\ \Omega$ mắc song song ở 6 V (câu 6) và câu bác bỏ quan niệm sai về dòng điện trong mạch song song (câu 8).

Đề và đáp án: (Câu 1) Nối tiếp có đặc điểm A: dòng qua các phần bằng nhau, $U$ toàn mạch bằng tổng $U$ các phần. (Câu 2) Song song có đặc điểm B: các nhánh có cùng $U$, dòng tổng bằng tổng dòng nhánh. (Câu 3) Nối tiếp – dòng qua các phần bằng nhau, $U$ toàn mạch bằng tổng $U$ các phần; Song song – các nhánh có cùng $U$, dòng tổng bằng tổng dòng nhánh; Điện trở tương đương – nối tiếp cộng $R$, song song cộng các nghịch đảo. (Câu 4) Sai, vì $U$ nhánh bằng nhau nhưng $I = \dfrac{U}{R}$ nên nhánh $R$ nhỏ có dòng lớn hơn. (Câu 5) Điện trở tương đương. (Câu 6) Đề: $R_1 = 6\ \Omega$, $R_2 = 3\ \Omega$ mắc song song ở 6 V; tính $I_1$, $I_2$, $I$, $R_{td}$. Đáp án: $I_1 = 1\ \mathrm{A}$, $I_2 = 2\ \mathrm{A}$, $I = 3\ \mathrm{A}$; $R_{td} = \dfrac{U}{I} = 2\ \Omega$, nhỏ hơn mỗi nhánh, không phải 9 Ω. (Câu 8) Đề: bác bỏ nhận định “hai điện trở khác nhau mắc song song luôn có dòng qua mỗi nhánh bằng nhau”. Đáp án: vì $U$ nhánh bằng nhau nhưng $I = \dfrac{U}{R}$ nên nhánh $R$ nhỏ có dòng lớn hơn; hệ quả: có thể chọn sai dây dẫn hoặc nguồn vì bỏ qua nhánh có dòng lớn hơn; phát biểu sửa: hai điện trở khác nhau mắc song song có cùng hiệu điện thế nhưng dòng qua mỗi nhánh không bằng nhau. Thang chấm câu 6: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ; 40% suy luận; 20% kết luận và đơn vị.

Vận dụng đặc điểm mạch song song để giải thích vì sao một bóng đèn hỏng không làm tắt các bóng khác; tính được $R_{td}$ và $I$ tổng khi thêm nhánh thứ ba; nêu ý thức an toàn khi làm việc với điện.

GV nêu tình huống: một chuỗi đèn trang trí gồm các bóng mắc song song với nhau. Nếu một bóng bị đứt thì các bóng còn lại vẫn sáng; nếu các bóng mắc nối tiếp thì một bóng đứt làm cả chuỗi tắt. HS trả lời: (1) Vì sao đèn còn lại vẫn sáng? (2) Thêm bóng $R_3 = 6\ \Omega$ mắc song song vào mạch 6 V có $R_1$, $R_2$ thì $R_{td}$ và $I$ tổng bằng bao nhiêu? (3) Vì sao không nên tự thử mạch với điện lưới?

Kết luận HS rút ra: trong mạch song song, mỗi nhánh có hiệu điện thế nguồn riêng, không phụ thuộc nhánh khác nên bóng đứt không ngắt đường của các nhánh còn lại; trong mạch nối tiếp, chỉ cần một chỗ hở là dòng điện không đi qua được. Tính toán: $\dfrac{1}{R_{td}}=\dfrac{1}{6}+\dfrac{1}{3}+\dfrac{1}{6}=\dfrac{2}{3}$, suy ra $R_{td} = 1{,}5\ \Omega$; $I = \dfrac{6}{1{,}5} = 4\ \mathrm{A}$, khớp với tổng $I_1 + I_2 + I_3 = 1 + 2 + 1 = 4\ \mathrm{A}$. Ý thức an toàn: chỉ thực hành với nguồn pin hoặc nguồn thấp áp đã được hướng dẫn; điện lưới có thể gây nguy hiểm.