 học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ NÂNG CAO PHẦN NHIỆT HỌC` Phần I: ĐẶT VẤN ĐỀ I Lí chọn đề tài Dạy học vật lí nhiệm vụ then chốt mổi nhà trường, kết học sinh đạt kết cao hàng năm tiêu chuẩn để xét thi đua cho mổi giáo viên tiêu chuẩn để tạo danh tiếng cho trường, thành để tạo lòng tin với phụ huynh sở tốt để xã hội hố giáo dục Vật lý mơn khoa học thực nghiệm, vật tượng vật lý quen thuộc gần gũi với em Song việc tạo lòng say mê u thích hứng thú tìm tòi kiến thức lại phụ thuộc nhiều vào nghiệp vụ sư phạm người thầy Qua giảng dạy tìm hiểu tơi nhận thấy phần lớn em chưa có thói quen vận dụng kiến thức học vào giải tập vật lý cách có hiệu Nhiệt học bốn phần kiến thức vật lí trang bị cho học sinh trung học sở Lượng kiến thức phần khơng nhiều so với phần khác, tập phần khơng q khó lại gặp thường xun kì thi học sinh giỏi cấp Song em tiếp xúc với tập định lượng, số tập lớp lại khơng có nên việc định hướng giải tập nhiệt học khó khăn với em em chưa có phương pháp giải II Mục đích nghiên cứu đúc rút kinh nghiệm Xuất phát từ lý tơi suy nghĩ, tìm tòi đưa sang kiến: “Phương pháp giải số dạng tập vật lí nâng cao phần nhiệt học” với mong muốn phần khắc phục nhược điểm tìm cách giải tập vật lí nhiệt học học sinh khối rèn luyện tính tự học cho học sinh khối góp phần hồn thành mục tiêu giáo dục III Kết cần đạt + Đối với học sinh giỏi khối 8: Biết cách giải dạng tập vật lí nhiệt học nâng cao + Đối với học sinh giỏi khối 9: Tự học giải dạng tập vật lí nhiệt học nâng cao IV Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Học sinh giỏi khối 8, năm học 2009 - 2010 trường ta Phần II : NỘI DUNG I Cơ sở lí luận vấn đề nghiên cứu Giảng dạy mơn vật lí nhằm để cao chất lượng học tập học sinh việc làm đạo từ ban giám hiệu đến việc phân cơng giao trọng trách tiêu cho đồng chí giáo viên đứng lớp Nên kế hoạch bồi dưỡng học sinh giỏi cho giáo viên, kiểm tra đơn đốc giáo viên qua việc dự thăm lớp rút kinh nghiệm cho giáo viên Trong đạo đổi phương pháp nhằm phát huy tính tích cực, chủ động người học nhiệm vụ cấp bách Dạy học vật lí việc làm thường xun, liên tục lâu dài Nó đòi hỏi người giáo viên khơng phải có lực, kinh nghiệm mà phải có tâm huyết với nghề, u nghề, u trò, phát bồi dưỡng tạo điều kiện em có lực tự bộc lộ khả Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học cách tối đa Theo ý kiến nhiều học giả cho học sinh có mặt mạnh riêng, dạy học giáo viên cần ý đến điểm nâng cao chất lượng tồn diện Đến ta phải khẳng định nâng cao chất lượng tồn diện, bồi dưỡng học sinh giỏi việc làm tích cực, dắn, phù hợp với u cầu phát triển đất nước, thời đại II Thực trạng vấn đề cần nghiên cứu: - Qua giảng dạy học mơn vật lí phần nhiệt học tơi nhận thấy việc định hướng giải tập định lượng em yếu mặt sau: + Các em chưa xác định q trình trao đổi nhiệt + Các em chưa xác đinh đối tượng trao đổi nhiệt + Các em chưa xác đinh bước giải tập - Kết đạt qua kết làm tập tự chọn nâng cao em cụ thể sau: VD: Tơi có tập sau: Một ấm nhơm nặng 400g chứa 2lít nước 200c a Tính nhiệt lượng cung cấp để đun sơi nước (nước sơi 1000C) b Nếu dùng bếp dầu có hiệu suất 40% để đun sơi ấm nước cần gam dầu? Biết nhiệt dung riêng nước C = 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng nhơm C = 880J/kg.K , suất toả nhiệt dầu q = 14.106J/kg - Kết có em học sinh khối tham gia làm tập có em làm này, em giải câu a em khơng giải - Vậy ngun nhân làm cho em khơng có định hướng giải tập thế? Theo tơi có nhiều ngun nhân có ngun nhân khách quan ngun nhân chủ quan - Trước hết phải kể đến hạn chế phương pháp truyền đạt kiến thức người thầy đến với học sinh chưa đạt hiệu cao - Thứ hai thân học sinh chủ quan lơ là, chưa tập chung nghe giảng nên tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ việc định hướng giải tập chưa tốt - Thứ ba phải kể đến cách biên soạn chương trình sách giáo khoa Vật Lý Đó tồn tiết dạy lý thuyết, khơng có tiết tập nên giáo viên chưa rèn kỹ cho học sinh Trong lớp lớp em làm quen với dạng tập định lượng lên lớp em cố nhiều tập định lượng phần nhiệt học Vì đói với em học sinh mà nói tập vật lí nhiệt học khó song lại khơng rèn luyện thường xun dẫn đến việc định hướng giải tập nhiệt học em - Để giúp em khắc phục phần hạn chế đó, tơi tìm tòi, suy nghĩ đưa ra: “ Phương pháp giải tập vật lí nâng cao phần nhiệt học” Qua góp phần vào việc rèn luyện tư tích cực phương pháp tự học người học Từ em thêm u thích mơn học , phát triển lực tìm tòi học tập em III Các giải pháp: Các kiến thức cần thiết cần đạt : + Cơng thức tính nhiệt lượng toả ra, thu vào: Q = m.C(t2-t1) Q: nhiệt lượng thu vào(toả ra)của chất(J) m: khối lượng chất thu(toả) nhiệt(kg) Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học c: nhiệt dung riêng chất thu(toả) nhiệt(J/kg.K) t = t2 - t1 : Độ tăng nhiệt độ (0C) + Phương trình cân nhiệt: Qtoả = Qthu + Nhiệt lượng toả nhiên liệu: Q = m.q m: khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hồn tồn(kg) q: suất toả nhiệt nhiên liệu(J/kg) + nhiệt lượng cần thiết để chất nóng chảy hay đơng đặc hồn tồn: Q = mλ m: khối lượng chất bị nóng chảy(đơng đặc) hồn tồn(kg) λ : nhiệt nóng chảy chất(J/kg) + Cơng thức tính hiệu suất là: H = Qi / QTP Qi: nhiệt lượng có ích(J) QTP: nhiệt lượng tồn phần(J) Phương pháp giải dang tập nâng cao phần nhiệt học Loại 1: Bài tập có đối tượng tham gia vào q trình nhiệt nhiều thể: Bài tập: Tính nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nước đá -150C hố thành hồn tồn Biết nhiệt dung riêng nước đá nước c 1= 1800J/kg.K, c2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg, nhiệt hố nước L = 2,3.106J/kgc1 Phân tích bài: - Trong tập nước đá trải qua giai đoạn sau: + Nước đá từ -150C lên 00C + Nước đá nóng chảy thành nước 00C + Nước từ 00C lên 1000C + Nước hố thành hồn tồn 1000C - Từ phân tích ta có lời giải sau: + Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 0,5kg nước đá -150C tăng nên 00C là: Q1 = m c1 ∆ t = 0,5.1800.15 = 13500J =0,135.105J + Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 0,5kg nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q2 = m λ = 0,5.3,4.105 = 1,7.105J + Nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nước 00C tăng lên 1000C là: Q3 = m.c2 ∆ t = 0,5.4200.100 = 2,1.105J + Nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nước 100 0C hố thành hồn tồn là: Q4 = m.L = 0,5.2,3.106 = 11,5.105J + Nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nước -15 0C hồ thành hồn tồn là: Q = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 = 0,135.105J + 1,7.105J + 2,1.105J + 11,5.105J = 15,435.105J Cách giải: Bước 1: Phân tích đề tìm giai đoạn thu nhiệt toả nhiệt đối tượng Bước 2: Tính nhiệt lượng giai đoạn tương ứng Bài tập tự giải: Một thỏi nước đá có khối lượng 200g -100C Tính nhiệt lượng cần thiết để thỏi nước đá hố thành hoi hồn tồn 1000C Biết nhiệt dung riêng nước đá nước c1= Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học 1800J/kg.K, c2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg, nhiệt hố nước L = 2,3.106J/kg Loại 2: Bài tập có nhiều đối tượng tham gia vào q trình nhiệt nhiều thể Đây dạng tập phong phú chia thành ba dạng sau: Dạng 1: Bài tập biết rõ thể Bài tập 1: Thả cục nước đá nhiệt độ t1= -500C vào lượng nước nhiệt độ t2 = 600C người ta thu 25kg nước nhiệt độ 250C Tính khối lượng nước đá nước? Biết nhiệt dung riêng nước đá nước c1= 1800J/kg.K c2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg Phân tích bài: - Bài tập có hai đối tượng tham gia vào q trình nhiệt là: + Cục nước đá -500C + Nước 600C - Vì đề cho ta thu 25kg nước nhiệt độ 250C nên ta suy luận được: + Cục nước đá trải qua giai đoạn là: Từ -500C lên 00C Nóng chảy hồn tồn 00C Từ 00C lên250C Nước có giai đoạn hạ nhiệt độ từ 600C xuống 250C ` Cục nước đá thu nhiệt, nước toả nhiệt - Từ phân tích ta có lời giải là: + Gọi khối lượng cục nước đá -500C nước 600C m1, m2 Vì ta thu 25kg nước 250C nên ta có: m1 + m2 = 25 (1) + Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá từ -500C tăng lên 00C là: Q1 = m1.c1 ∆ t = m1.1800.50 = 90000.m1 + Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q2 = m1 λ = m1.3,4.105 = 340000.m1 + Nhiệt lượng cần thiết để m1kg nước 00C tăng nên 250C là: Q3 = m1.c2 ∆ t = m1.4200.25 = 105000.m1 + Nhiệt lượng thu vào cục nước đá là: Qthu = Q1 + Q2 + Q3 = 90000.m1 + 340000.m1 + 105000.m1 = 535000.m1 + Nhiệt lượng toả m2 kg nước từ 600C hạ xuống 250C là: Qtoả = m2.c2 λ t = m2.4200.35 = 147000.m2 + Theo phương trình Cân nhiệt ta được: Qtoả = Qthu 147000.m2 = 535000.m1 ⇒ 147.m2 = 535.m1 (2) Từ (1) λ m1 = 25 - m2 thay vào (2) ta 147.m2 = 535.(25-m2) ⇔ 147.m2 = 13375 - 535.m2 ⇔ 682.m2 = 13375 ⇔ m2 = 19,6kg ⇒ m1 = 25 - 19,6 = 5,4kg - Vậy khối lượng cục nước đá là: 5,4kg, khối lượng nước là: 19,6kg Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt Cách giải: Bước 1: - Xác định đối tượng tham gia vào q trình nhiệt - Xác định xem đối tượng trải qua q trình - Xác định đối tượng toả nhiệt, đối tựơng thu nhiệt Bước 2: - Dùng cơng thức tính nhiệt lượng cho q trình - Tính Qtoả, Qthu - Dùng phương trình cân nhiệt Qtoả = Qthu để tính đại lượng cần tìm Chú ý: tập u cầu tính nhiệt độ ban đầu nước đá nước Ví dụ: Thả 400g nước đá vào 1kg nước 50C Khi có cân nhiệt thấy khối lượng nước đá tăng thêm 10g Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Biết nhiệt dung riêng nước đá nước C1= 1800J/kg.K, C2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg Minh hoạ cách giải: Bước 1: Bài tốn có hai đối tượng tham gia vào q trình nhiệt là: - Nước đá t0C - Nước 50C - Vì có cân nhiệt thấy khối lượng nước đá tăng thêm 10g nên: Nước C trải qua q trình là: + Hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C + Một phần nước 00C đơng đặc thành nước đá (phần có khối lượng 10g) + Nước đá t0C có q trình tăng nhiệt độ từ t0C đến 00C - Vậy nước 50C toả nhiệt, nước đá t0C thu nhiệt Bước 2: Giải tốn: + Nhiệt lượng cần để 1kg nước hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C là: Q1 = m2.c2 ∆ t = 4200 = 21000J + Nhiệt lượng cần để 10g nước 00c đơng đặc hồn tồn là: Q2 = m λ = 0,01.3,4.105= 3400J + Nhiệt lượng toả nước 50C là: Qtoả = Q1 + Q2 = 21000 + 3400 = 24400J + Nhiệt lượng thu vào nước đá tăng từ t0c nên 00C là: Qthu = m1.c1 ∆ t = 0,4.1800.(-t) = - 720.t + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Qtoả = Qthu λ 24400 = -720.t ⇒ t = 24400:(-720) = - 340C Vậy nhiệt độ ban đầu nước đá là: -340C Bài 2: Dùng bếp điện để đun nóng nồi đựng 1kg nước đá (đã đập vụn) -200C sau phút thì nước đá bắt đầu nóng chảy a Sau nước đá nóng chảy hết? b Sau nước đá bắt đầu sơi? c Tìm nhiệt lượng mà bếp tỏa từ đầu nước bắt đầu sơi, biết hiệu suất đun nóng nồi 60% Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học Biết: Cnđ = 2100J/kg.K λ = 336000J/kg; Cn = 4200J/kg.K q trình thu nhiệt đặn Phân tích tốn: Bướ 1: Bài tốn có ba giai đoạn nước đá thu nhiệt: + Nước đá từ: -200C + Nước đá nóng chảy hết + Nước bắt đầu sơi - Vì q trình troa đổi nhiệt ( thu hoạc tỏa nhiệt ) xãy đặn có nghĩa là: khơng đổi Q1 Q2 Q t (Q1 + Q + ) Ta có cơng thức là: t1 = t = = (t1 + t + ) Trong Q(J) nhiệt lượng ứng với thời gian trao đổi nhiệt t (Giây, phút, giờ) Bước 2: Gải tốn : a Nhiệt lượng cần thiết để nước đá tăng từ nhiệt độ - 200C lên 00C : Q1thu I = C1m1(tC1 – tđ) = 100 1[0- (20)] = 42 000 (J) Nhiệt lượng cần thiết để nước đá nóng chảy là: Q2thu II = λ m1 = 336 000 = 336 000 (J) Theo ra nhiệt độ thu vào tương ứng với thời gian trao đổi nhiệt nên: Q1thuI Q 2thuII Q 2thuII 336000 = => t = t1 = = phút t1 t2 Q1thuI 42000 Vậy thời gian nước đá nóng chảy hết là: t1 + t2 = + = phút b Nhiệt lượng cần thiết để nước đá tăng từ nhiệt độ 00C lên 1000C là: Q2thu III = C2 m1 (tC2 – tđ2) = 42 000.1.(100 – 0) = 420 000 (J) Theo ra nhiệt độ thu vào tương ứng với thời gian trao đổi nhiệt nên: Q1thuI Q 2thuIII Q 2thuIII 420000 = => t = t1 = = 10 phút t1 t2 Q1thuI 42000 Vậy thời gian nước đá nóng chảy hết là: t1 + t2 + t3 = + + 10 = 19 phút c Theo hiệu suất đun bếp 60% nên ta có: Qci H = Qtp Nhiệt lượng có mà nước thu vào là: Q1thu I + Q1thu II + Q1thu III = 42 000 + 336 000 + 420 000 = 798 000 (J) Nhiệt lượng tồn phần bếp tỏa là: Qtp = Qci 798000 = = 330 000 (J) H 60 Bài tập tự giải: Bài 1: Thả cầu thép có khối lượng m = 2kg nung nóng tới nhiệt độ 600 0C vào hỗn hợp nước nước đá 00C Hỗn hợp có khối lượng m2 = 2kg Tính khối lượng nước đá có hỗn hợp Biết nhiệt độ cuối hỗn hợp 50 0C, nhiệt dung riêng thép, nước C1 = 460J/kg.K, C2 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt Dạng 2: Bài tập chưa biết rõ thể Bài tập : Thả 1,6kg nước đá - 100C vào nhiệt lượng kế đựng 1,6kg nước 800C Bình nhiệt lượng kế đồng có khối lượng 200g có nhiệt dung riêng 380J/kg.K a Nướ đá có tan hết khơng? b Tính nhiệt độ cuối nhiệt lượng kế? Biết: Cnước = 100J/kg.K, Lnước = 336.103J/kg Phân tích : Bài khơng biết rỏ nước đá tan hết hay chưa Do với loại tập trước tiên ta cần xác định trạng thái đối tượng cách: So sánh nhiệt lượng mà 1,6kg nước đá nhiệt độ - 100C cần thu vào để tan hết với nhiệt lượng mà 1,6kg nước đựng nhiệt lượng kế có khối lượng 200g tỏa để giảm nhiệt độ từ 800C đến - 100C tức là: + Nhiệt lượng cần thiết để nước đá tăng từ nhiệt độ - 100C lên đến 00C + Nhiệt lượng tỏa nước đá đựng nhiệt lượng kế nhiệt độ 80 0C xuống 00C + Ta xét xem nước đá 00C có nóng chảy hồn tồn khơng? - Từ phân tích tốn ta có lời giải: + Nhiệt lượng cần thiết để nước đá tăng nhiệt độ từ -100c nên 00C là: Q1 thu I = C1m1 (0 – t1) = 100.1,6.[0 – (-10)] = 33 600(J) + Nhiệt lượng cần thiết để nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q1thu II = λ m1 = 336.103 1,6 = 537 600(J) + Nhiệt lượng tỏa 1,6kg nước 800C cung cấp: Qtỏa I = C2m2 (t2 – 0) = 190 1,6 80 =536 320(J) + Nhiệt lượng tỏa 0,2kg đồng 800C cung cấp: Qtỏa I = C3m3 (t3 – 0) = 380 0,2 80 = 080(J) + Để nước đá tan hết nhiệt lượng tỏa nhiệt lượng thu vào Nhưng ta thấy: Q1 thu I + Q1 thu II = 571 200 > Qtỏa I + Qtỏa II = 542 400 Do nướ đá chưa tan hết nhiệt độ cuối hổn hợp nước nước đá nhiệt độ cuối nhiệt lượng kế 00C Bước 1: Xác định đối tượng thu nhiệt, đối tượng toả nhiệt Bước 2: Tính nhiệt lượng đối tượng so sánh để xác định thể đối tượng Bước 3: Lập phương trình cân nhiệt để suy luận tính đại lượng có liên quan Bài tập 2: Trong bình đồng khối lượng 0,6kg có chứa 4kg nước đá -15 0C Người ta cho dẫn vào 1kg nước 1000C Xác định nhiệt độ chung khối lượng nước có bình có cân nhiệt Biết nhiệt dung riêng đồng, nước đá, nước C = 380J/kg.K, C2 = 1800J/kg.K, C3 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg Phân tích : Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học Tương tự tập chưa cho biết nhiệt độ cuối có cân nhiệt ta chưa thể xác định đối tượng trải qua giai đoạn nhiệt Do với loại tập trước tiên ta cần xác định trạng thái đối tượng cách: + Ta xét xem bình nước đá có tăng thêm nhiệt độ hay khơng? + Nhiệt lượng cần thiết để bình đồng nước đá tăng nhiệt độ từ -150C lên 00C + Nhiệt lượng cần thiết để 1kg nước hạ nhiệt độ từ 1000C xuống 00C + Ta xét tiếp xem nước đá 00C có nóng chảy hồn tồn khơng? + Nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước đá 00C nóng chảy hồn tồn - Từ phân tích ta có lời giải là: + Nhiệt lượng cần thiết để bình đồng tăng nhiệt độ từ -150c nên 00C là: Q1= m1.c1 ∆ t = 0,6.380.15 = 3420J + Nhiệt lượng cần thiết để nước đá tăng nhiệt độ từ -150c nên 00C là: Q2 = m2.c2 ∆ t = 4.1800.15 = 108000J + Nhiệt lượng cần thiết để bình đồng nước đá tăng nhiệt độ từ -150C nên 00C là: Q3 = Q1 +Q2 = 3420+ 108000 = 111420J + Nhiệt lượng cần thiết để 1kg nước hạ nhiệt độ từ 1000C xuống 00C là: Q4 = m3.c3 ∆ t = 1.4200.100 = 420000J Vì Q4> Q3 nên bình đồng nước đá tăng nhiệt độ nên 00C + Ta xét tiếp xem nước đá 00C có nóng chảy hồn tồn khơng? Nhiệt lượng cần thiết để nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q5 = m2 λ = 4.3,4.105 = 1360000J - Ta thấy Q5 > Q4 nên có phần nước đá 00C nóng chảy + Ta tính khối lượng nước đá bị nóng chảy: - Gọi khối lượng nước đá bị nóng chảy 00C m(kg) + Nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q6 = m λ = m.3,4.105 = 340000.m + Nhưng nhiệt lượng để m(kg) nước đá 00C nóng chảy tính là: Q7 = Q4 - Q3 = 420000 - 111420 = 308580J Ta có: 340000.m = 308580 λ m = 308580:340000 = 0.9(kg) Vậy nhiệt độ chung hệ thống có cân nhiệt 00c(vì nước đá chưa nóng chảy hết) khối lượng nước bình 1kg + 0,9kg = 1,9kg Cách giải: Bước 1: Xác định đối tượng thu nhiệt, đối tượng toả nhiệt Bước 2: Tính nhiệt lượng đối tượng so sánh để xác định thể đối tượng Bước 3: Lập phương trình cân nhiệt để suy luận tính đại lượng có liên quan Bài tập tự giải: Trong nhiệt lượng kế có chứa 1kg nước 1kg nước đá nhiệt độ 0C, người ta rót thêm vào 2kg nước 500C Tính nhiệt độ cân cuối Dạng 3: Bài tập trao đổi nhiệt : Bài tập 1: Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học Người ta vớt cục sắt ngâm nước sơi thả vào cốc chứa nước nhiệt độ 200C Biết cục sắt có khối lượng lớn gấp ba lần khối lượng nước cốc Hãy tính nhiệt độ nước sau thả cục sắt Cho biết nhiệt dung riêng sắt c1 nước c2 Nhiệt lượng toả mơi trường xung quanh coi khơng đáng kể Phân tích bài: - Thả cục sắt vào cóc nước : + Cóc nước thu nhiệt + Cục sắt toả nhiệt - Cục sắt vớt từ nướ sơi chúng tỏ cục sắt có nhiệt độ 1000C: + Sau thả cục sắt vào lại nước nhiệt độ cân cục sắt nước t x0 Nhiệt độ cân lúc phải là: 200C < tx0 < 1000C - Từ phân tích ta có lời giải sau: + Nước sơi 1000C, cục sắt trước thả vào cốc nước có nhiệt độ : t1= 1000C + Nhiệt độ ban đầu nước cốc : t2= 200C + Sau thả cục sắt vào nước cân bằng, nhiệt độ nước là: tx0 200C < tx0 < 1000C + Để hạ nhiệt độ từ 1000C đến tx0 sắt toả nhiệt lượng : Q1 = m1c1(100 - tx0) + Để tăng nhiệt độ từ 200C đến tx0C nước hấp thụ nhiệt lượng : Q2= m2c2(tx0 - 20) + Theo đ/k cân nhiệt ta có: Q1 = Q2 hay m1c1(100 - tx0) = m2c2(tx0 - 20 - Thay m1 = 3m2 - Tính : t0 x = 300c1 + 20c 3c1 + c Bước 1: - Thả cục sắt vào nước: + Xác điịnh nhiệt độ ban đầu vật + Xác định nhiệt độ cân + Xác định vật toả nhiệt, vật thu nhiệt + Tính nhiệt lượng toả ra, nhiệt lượng thu vào + Lập phương trình cân nhiệt Bước 2: - Từ phương trình cân nhiệt lập ta biến đổi để tìm đại lượng liên quan theo u cầu tốn Bài tập 2: Trong bình có cục nước đá khối lượng 60g 150g nước trạng thái cân nhiệt Bình hai có 450g nước 800C Rót lượng nước từ bình sang bình hai, sau bình hai cân nhiệt lại rót nước từ bình hai sang bình đến bình hai đạt mức ban đầu Nhiệt độ nước bình 20 0C Hỏi lượng nước rót rót Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học cho nước bình khơng trao đổi nhiệt với mơi trường với bình Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,36.105J/kg Phân tích bài: - Rót lượng nước m từ bình sang bình hai: + Nước từ bình thu nhiệt + Nước bình hai toả nhiệt - Rót lượng nước m từ bình hai trở lại bình một(vì đề cho bình hai đạt mức ban đầu): + Nước từ bình hai toả nhiệt + Nước nước đá bình thu nhiệt - Từ phân tích ta có lời giải sau: + Gọi lượng nước rót từ bình sang bình hai m + Khi rót nước từ bình sang bình hai nước từ bình thu nhiệt, nước bình hai toả nhiệt Gọi nhiệt độ bình hai có cân nhiệt t2 + Nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước từ 00c tăng nên t2 là: Q1 = m.c ∆ t = m.4200.t2 + Nhiệt lượng cần thiết để450g nước bình hai hạ nhiệt độ từ 800C xuống t2 là: Q2 = 0.45.4200.(80 - t2) = 1890.(80 - t2) + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Q1 = Q2 ⇒ 4200m.t2 = 0,45.4200.(80 - t2) ⇒ m.t2 = 0,45.(80 - t2) (1) + Khi rót m(kg) nước từ bình hai trở lại bình nước từ bình hai toả nhiệt, lượng nhiệt cung cấp cho bình để nước đá nóng chảy hồn tồn thành nước 0C làm cho tồn nước 00C bình tăng nhiệt độ nên đến 200C Vậy ta có nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước toả nhiệt từ t2 xuống 200C là: Q3 = m.c ∆ t = m.4200.(t2 - 20) + Nhiệt lượng cần để 60g nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q4 = 0,06.3,36.105 = 20160J + Nhiệt lượng cần thiết để tồn nước có bình tăng từ 00c nên 200c là: Q5 = M.c ∆ t = (0,15 - m + 0,06).4200.20 J + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Q3 = Q4 + Q5 ⇒ 4200.m.(t2 - 20) = 20160 + (0,15 - m + 0,06).4200.20 (2) ⇔ m.(t2 - 20) = (0,15 - m + 0,06).20 + 4,8 ⇔ m.t2 = 0,21.20 + 4,8 ⇔ m.t2 = (2) Thay (1) vào (2) ta 0,45.(80 - t2) = ⇔ 80 - t2 = 20 ⇒ t2 = 60(0C) ⇒ m = 9:t2 = 9:60 = 0,15(kg) = 150g - Vậy lượng nước rót là: 150g Cách giải: Bước 1: - Rót chất lỏng từ bình sang bình hai: + Xác định nhiệt độ cân bình + Xác định chất lỏng toả nhiệt, chất lỏng thu nhiệt + Tính nhiệt lượng toả ra, nhiệt lượng thu vào + Lập phương trình cân nhiệt Bước 2: 10 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt học - Rót chất lỏng từ bình hai trở lại bình một: + Xác định nhiệt độ cân bình + Xác định chất lỏng toả nhiệt, chất lỏng thu nhiệt + Tính nhiệt lượng toả ra, nhiệt lượng thu vào + Lập phương trình cân nhiệt Bước 3: - Từ phương trình cân nhiệt lập ta biến đổi để tìm đại lượng liên quan theo u cầu tốn Chú ý: tốn u cầu tính nhiệt độ cân bình hai, u cầu tính khối lượng nước rót nhiệt độ cân bình hai ta giải tương tự Bài tập tự giải: Có hai bình cách nhiệt, bình chứa m1 = 2kg nướcở nhiệt độ t = 250C, bình hai chứa m2 = 4kg nước 700C Người ta rót lượng mkg nước từ bình sang bình hai sau cân nhiệt người ta lại rót lượng nước m(kg) từ bình hai trở lại bình nhiệt độ cân bình t1 = 220C a, Tính lượng nước m nhiệt độ cân t2 bình hai b, Nếu tiếp tục thực rót lần hai nhiệt độ cân bình bao nhiêu? IV Kết thực hiện: Qua việc định hướng cho học sinh cách giải số tập theo phương pháp tơi có cho HS hai loại tập sau: Bài 1: Trong bình có cục nước đá khối lượng 60g 150g nước trạng thái cân nhiệt Bình hai chứa 450g nước nhiệt độ 800C Rót lượng nước từ bình sang bình 2, sau nước bình đạt cân nhiệt, lại rót nước từ bình trở lại bình nước bình hai đạt mức ban đầu Nhiệt độ cuối nước bình 20 0C Hỏi lượng nước rót từ bình sang bình Cho nước bình khơng trao đổi nhiệt với mơi trường với bình Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá :336000J/kg Kết lời giải HS là: + Gọi lượng nước rót từ bình sang bình hai m + Khi rót nước từ bình sang bình hai nước từ bình thu nhiệt, nước bình hai toả nhiệt Gọi nhiệt độ bình hai có cân nhiệt t2 + Nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước từ 00C tăng nên t2 là: Q1 = m.c ∆ t = m.4200.t2 + Nhiệt lượng cần thiết để450g nước bình hai hạ nhiệt độ từ 800c xuống t2 là: Q2 = 0.45.4200.(80 - t2) = 1890.(80 - t2) + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Q1 = Q2 ⇒ 4200m.t2 = 0,45.4200.(80 - t2) ⇒ m.t2 = 0,45.(80 - t2) (1) + Khi rót m(kg) nước từ bình hai trở lại bình nước từ bình hai toả nhiệt, lượng nhiệt cung cấp ch bình để nước đá nóng chảy hồn tồn thành nước 0C làm cho tồn nước 00C bình tăng nhiệt độ nên đến 200C + Vậy ta có nhiệt lượng cần thiết để m(kg) nước toả nhiệt từ t2 xuống 200C là: Q3 = m.c ∆ t = m.4200.(t2 - 20) + Nhiệt lượng cần để 60g nước đá 00c nóng chảy hồn tồn là: 11 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt Q4 = 0,06.3,36.105 = 20160J + Nhiệt lượng cần thiết để tồn nước có bình tăng từ 00C nên 200C là: Q5 = M.c ∆ t = (0,15 - m + 0,06).4200.20 J + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Q3 = Q4 + Q5 ⇒ 4200.m.(t2 - 20) = 20160 + (0,15 - m + 0,06).4200.20 (2) ⇔ m.(t2 - 20) = (0,15 - m + 0,06).20 + 4,8 ⇔ m.t2 = 0,21.20 + 4,8 ⇔ m.t2 = (2) Thay (1) vào (2) ta 0,45.(80 - t2) = ⇔ 80 - t2 = 20 ⇒ t2 = 60(0c) ⇒ m = 9:t2 = 9:60 = 0,15(kg) = 150g Vậy lượng nước rót là: 150g Bài 1kg nước nhiệt độ 400C Thả vào thỏi nước đá nhiệt độ -10 0C Khi có cân nhiệt thấy sót lại 200g nước đá chưa tan Hãy xác định khối lượng thỏi nước đá thả vào bình Biết nhiệt dung riêng dồng, nước, nước đá c = 380J/kg.K, c2 = 4200J/kg.K, c3 = 1800J/kg.K, nhiệt lượng để làm nóng chảy hồn tồn 1kg nước đá 00c 3,4.105J/kg Sự toả nhiệt mơi trường chiếm 5% Kết lời giải HS là: + Vì cân nhiệt thấy sót lại 200g nước đá chưa tan nên nhiệt độ cân hệ thống 00C + Vậy nhiệt lượng toả bình đồng để hạ nhiệt độ từ 400C xuống 00C là: Q1 = m1.c1 ∆ t = 0,8.380.40 = 12160J + Nhiệt lượng toả 1kg nước hạ nhiệt độ từ 400C xuống 00C là: Q2 = m2.c2 ∆ t = 1.4200.40 = 168000J Khi Q = Q1 + Q2 = 12160 + 168000 = 180160J + Vì toả nhiệt mơi trường chiếm 5% nên nhiệt lượng toả là: Qtoả = 180160.95% = 171152J + Gọi khối lượng thỏi nước đá thả vào bình mkg + Nhiệt lượng cần thiết để mkg nước đá tăng từ -100C nên 00C là: Q3 = m.c3 ∆ t = m.1800.10 = 18000.m + Vì sót lại 200g nước đá chưa tan nên lượng nước đá nóng chảy hồn tồn 0 C ( m - 0,2)kg + Nhiệt lượng cần thiết để (m - 0,2)kg nước đá nóng chảy hồn tồn 00c là: Q4 = (m - 0,2).3,4.105 = (m - 0,2).340000 Khi Qthu = Q3 + Q4 = 18000.m + 340000.(m - 0,2) + Theo phương trình cân nhiệt ta có: Qtoả = Qthu ⇔ 171152 = 18000.m + 340000.(m - 0,2) ⇔ 171152 = 358000.m - 68000 ⇔ 358000.m = 239152 ⇒ m = 0,668(kg) = 668(g) Vậy khối lượng thỏi nước đá thả vào bình 668g Các em học sinh giỏi giải tập nhiệt học đạt mục tiêu mà tơi đặt viết sáng kiến 12 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt Phần III : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ I Những đánh giá Về nội dung Trên phần sáng kiến kinh nghiệm mà tơi trình bày Tuy tơi thấy lực thân nhiều hạn chế nên chưa thể phân loại hết dạng tập, cách giải rút chưa hay Rất mong thầy giáo tham gia góp ý kiến để tơi hồn thiện sáng kiến có phương pháp tốt để bồi dưỡng học sinh giỏi Về ý nghĩa hiệu Qua phần trang bị tài liệu tham khảo cho em học sinh đội tuyển lí em tự nghiên cứu nắm cách giải dạng tập: Việc bồi dưỡng lực tự học, tự nghiên cứu cho em học sinh quan trọng khơng phải khơng thực Vấn đề chỗ người thầy có đạo, tổ chức kích thích say mê em học sinh hay khơng Qua thực tế cho thấy, người thầy ln sợ học sinh khơng biết, khơng thể làm nên khơng giám giao cơng việc để học sinh nhà làm Chúng ta nên mạnh dạn đầu tư, suy nghĩ tìm việc làm vừa sức giao cho em nhà làm sua tiết học(nếu có thể) để kích thích tò mò, lòng say mê u thích mơn học Ví dụ: Có thể giao cho em làm thí nghiệm đơn giản mà tìm dụng cụ rắc hạt mạt sắt nên bìa, đặt nam châm gõ nhẹ vào bìa quan sát sếp hạt mạt sắt Hoặc làm thí nghiệm kiểm chứng lực đẩy Acximet FA = P = d.V dụng cụ ca, cốc, vật rắn khơng thấm nước em tự tìm(giao việc sau học lực đẩy Acximet) II Một số kiến nghị: Về sách giáo khoa vật lí lớp 8: Nên có tiết tập lớp để giáo viên có thêm thời gian củng cố, khắc sâu kiến thức cho em, hướng dẫn em giải tập đặc biệt phần nhiệt học Về nhà trường: Nên tổ chức học tự chọn bám sát phụ đạo thêm mơn vật lí cho em Về phương pháp: Giáo viên giảng dạy mơn nên phân rõ dạng tập định hướng cách giải để em xác định hướng giải tập vật lí Phần IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO Sáng kiến kinh nghiện đồng nghiệp giảng dạy vật lí 121 tập vật lí nâng cao lớp dùng cho học sinh chun lí cấp II tập cao vật lí Sách PGS - PTS Vũ Thanh Khiết< chủ biên> 249 tập vật lí chọn lọc trung học sở Sách PGS - PTS Vũ Thanh Khiết Sách giáo khoa sách giáo viên vật lí Sách giáo khoa sách giáo viên vật lí 13 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt Phần V: MỤC LỤC Phần I Đặt vấn đề I Lí chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu đúc rút kinh nghiệm III Kết cần đạt IV Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phần II Nội dung I Cơ sở lí luận vấn đề nghiên cứu II Thực trạng vấn đề cần nghiên cứu III Các giải pháp IV Kết thực Phần III Kết luận kiến nghị Phần IV Tài liệu tham khảo Phần V Mục lục 14 Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang 11 Trang 12 Trang 13 Trang 14 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh  học SKKN: Phương pháp giải tập nâng cao vật lí phần nhiệt 15 Người thực hiện: Bùi Văn Khánh