Hướng dẫn giải bài tập về nhiệt học liên quan đến sự chuyển thể của các chất dành cho học sinh giỏi môn Vật Lí lớp 8
CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THUYẾT MINH MÔ TẢ GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN GIẢI PHÁP 1.Tên giải pháp: “Hướng dẫn giải tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất dành cho học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 8” Ngày giải pháp áp dụng lần đầu: Năm học 2019- 2020 đến Các thông tin cần bảo mật: Không Mô tả giải pháp cũ thường làm Trước đây, dạy đội tuyển học sinh giỏi, thường dạy tập nâng cao, nhiều vượt khỏi khả tiếp thu học sinh, gây cho học sinh cảm giác nhàm chán sợ học Đặc biệt giảng dạy môn Vật lí nói chung bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí 8, Vật lí phần tập nhiệt học có liên quan đến chuyển thể chất, tơi có đưa dạng tập hình thức vài ví dụ tập trung vào phân tích ví dụ mà khơng phân dạng cụ thể chủ yêu đưa dạng tập trao đổi nhiệt hai hay nhiều chất mà có chuyển thể yêu cầu đề xác định nhiệt độ hệ cân khơng có tập tự luyện cho học sinh luyện tập nâng cao kĩ làm thi gặp toán dạng tập em làm sai nguyên em chưa hiểu rõ chất trình chuyển thể chất cần thu nhiệt Đây tồn đặt cho giáo viên dạy môn Vật lí nói chung giáo viên trực tiếp làm cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí 8, nói riêng phải suy nghĩ, băn khoăn, trăn trở cần tìm giải pháp dạy dạng tập Nhược điểm giải pháp cũ là: - Học sinh làm tập làm - Gây cho học sinh cảm giác nhàm chán sợ học - Học sinh rèn kĩ khơng phát huy tính chủ động sáng tạo - Chất lượng đội tuyển chưa thật đạt mong muốn Sự cần thiết phải áp dụng giải pháp: Trong năm gần đây, giáo dục nước ta có đổi tích cực cho phù hợp với tình hình thực tế đất nước, giới Vật lí mơn khoa học nhà trường, góp phần hình thành nhân cách sở khoa học để học tập, nghiên cứu khoa học, lao động sản xuất tạo cải vật chất cho xã hội Để nắm bắt công nghệ đại, đòi hỏi người học cần phải trang bị kiến thức phổ thông lĩnh vực Môn Vật lí cịn mơn khoa học thực nghiệm, giúp học sinh vận dụng kiến thức học vào sống thực tiễn Riêng với mơn Vật lí việc vận dụng lí thuyết vào giải tập cần thiết, giúp học sinh khắc sâu mở rộng kiến thức học từ đặt tảng vững để em phát triển bậc trung học phổ thơng Do giáo viên cần phải nghiên cứu, tìm tòi để trang bị cho học sinh kiến thức chuẩn, cần thiết Đối với dạng tập nhiệt học mơn Vật lí phần tập liên quan đến chuyển thể chất sử dụng đề thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh, thi vào lớp 10 THPT chuyên Vật lí, thi kiểm tra kiến thức giáo viên, thi giáo viên giỏi cấp… Tuy nhiên, thư viện nhà trường tài liệu tham khảo cho phần tập Nhiệt học nói chung dạng tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất nói riêng cịn Thêm vào đó, quan niệm mơn Vật lí mơn phụ, nhiều phụ huynh HS trọng cho học Tốn, Văn, Anh nên việc thu hút HS tham gia vào đội tuyển Vật Lí cịn gặp nhiều khó khăn Đặc biệt, học sinh lớp đa số tham gia vào đội tuyển Vật lí nên kĩ khả tư cịn hạn chế Nếu khơng có dạng tập cụ thể, kèm theo hướng dẫn chi tiết theo dạng dễ khiến cho học sinh sợ họ việc điểm số chưa cao điều khơng thể tránh khỏi Chính điều khiến tơi ln trăn trở thơi thúc tơi tích cực nghiên cứu, tìm tịi phương pháp dạy học tích cực để thu hút, lơi học sinh Trong nhiều năm qua, nhà trường giao cho bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí lớp 8, kết chưa thực mong muốn, song thành cơng bước đầu để tơi mạnh dạn áp dụng chia sẻ giải pháp ““Hướng dẫn giải tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất dành cho học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 8” Mục đích giải pháp: Với giải pháp phân loại dạng tập chuyển thể giúp học sinh dễ dàng theo dõi, nhận biết vận dụng học tập Có tập mẫu tập tự luyện để phát huy tính tích cực, chủ động học sinh việc tự học Đồng thời, giúp em tự tin, đặt mục tiêu phấn đấu khắc sâu kiến thức, kích thích lịng ham học hỏi học sinh Giải pháp giúp cho học sinh có định hình rõ ràng dạng tập chuyển thể chất Có liên thơng kiến thức lí thuyết tập tiêu biểu từ giúp học sinh dễ nhớ, dễ hiểu dễ khắc sâu Giúp học sinh tự tin gặp tập nhiệt học Giải pháp phân biệt dạng rõ ràng giúp học sinh tự nghiên cứu tự học nâng cao khả tự học tự đọc cho học sinh Nội dung giải pháp có liên thơng phát triển giúp học sinh có hướng mở với tập phần nhiệt học đặc biệt tư phát triển tốn rât cần thiết với cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Việc áp dụng giải pháp góp phần nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi mơn Vật lí nói riêng hiệu giảng dạy chất lượng môn Vật lí nói chung giáo viên, nhà trường Qua đó, góp phần thực mục tiêu giáo dục trường học: Giáo dục học sinh tồn diện, góp phần hình thành nhân cách người Việt Nam giai đoạn nay, phù hợp với xu phát triển thời đại Thuyết minh 7.1: Thuyết minh giải pháp mới: Để giúp học sinh làm tốt tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất Tôi thấy giáo viên cần hệ cần cung cấp cho học sinh kiến thức lí thuyết sau: 7.1.1 Kiến thức bản: a Nguyên lý truyền nhiệt: Nếu có hai vật trao đổi nhiệt với thì: + Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp +Sự truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật dừng lại +Nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật thu vào * Nếu tốn có hai hay nhiều chất trao đổi nhiệt với ngun lí truyền nhiệt b Cơng thức tính nhiệt lượng vật thu vào (khơng có chuyển thể chất ) Q = m.c.(t2 –t1) Trong đó: m :Khối lượng vật (kg) c: Nhiệt dung riêng chất làm vật: Nhiệt dung riêng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg chất để tăng thêm 0K gọi nhiệt dung riêng chất (J/kg.k) t2 ,t1 : Nhiệt độ lúc sau lúc đầu vật (0C ) Lưu ý: t2>t1 Q: Nhiệt lượng vật thu vào (J) c Nhiệt lượng vật tỏa Q = m.c.(t1 –t2) Lưu ý: t1>t2 d Phương trình cân nhiệt: Nếu khơng có trao đổi lượng (nhiệt) với mơi trường ngồi Qtỏa = Q thu Trong đó: Qtỏa : Tổng nhiệt lượng vật tỏa Qthu: Tổng nhiệt lượng vật thu vào e Nhiệt lượng vật thu vào để nóng chảy hồn tồn nhiệt độ nóng chảy: λ Q = m λ Trong đó: : Nhiệt nóng chảy chất làm vật (J/kg) m : Khối lượng vật (kg) Chú ý : + Nhiệt nóng chảy nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg chất rắn nóng chảy hồn tồn nhiệt độ nóng chảy + Đối với chất xác định nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ đông đặc + Khi chất lỏng đông đặc nhiệt độ nóng chảy, nhiệt lượng chất lỏng tỏa tính cơng thức f Nhiệt lượng chất lỏng thu để hóa hồn tồn nhiệt độ sơi (điểm sơi): Q = L.m Trong đó: L: Nhiệt hóa (J/kg) m: Khối lượng vật (kg) Chú ý: + Nhiệt hóa nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg chất lỏng để hóa hồn tồn nhiệt độ sôi + Khi ngưng tụ điểm sơi, nhiệt lượng tỏa tính cơng thức 7.1.2.Phân loại dạng tập Dạng 1: Tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa có chuyển thể Dạng 2: Bài tập trao đổi nhiệt có chuyển thể từ thể rắn sang thể lỏng ngược lại Dạng 3: Bài tập trao đổi nhiệt có chuyển thể từ thể lỏng sang thể khí ngược lại Dạng 4: Bài tập đồ thị liên quan đến chuyển thể 7.1.3.Các dạng tập cụ thể: Dạng 1: Tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa vật xảy trình chuyển thể *Dấu hiệu nhận biết loại tập: Bài toán cho hay nhiều chất thu nhiệt tỏa nhiệt, yêu cầu tính nhiệt lượng vật thu vào để tăng nhiệt độ hay nhiệt lượng vật tỏa để giảm nhiệt độ có biến đổi thể *Phương pháp giải: Bước 1: Tìm hiểu tóm tắt đề Bước 2: Phân tích tượng vật lí, cần phân tích rõ thể chất từ giai đoạn ban đầu đến giai đoạn kết thúc Bước 3: Sử dụng công thức tính nhiệt lượng vật thu vào cơng thức tính nhiệt lượng vật tỏa để tính nhiệt lượng Chú ý chất thể có tăng nhiệt độ phải tính nhiệt lượng thu vào chất để tăng nhiệt độ xảy trình chuyển thể nhiệt độ chất khơng đổi cần nhiệt lượng thu vào tỏa chuyển thể Bước 4: Tính tổng nhiệt lượng cần cung cấp Bước 5: Biệm luận kiểm tra lại kết *Các ví dụ: Ví dụ 1: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 5kg nước đá - 10 0C chuyển thành nước 800C Cho biết nhiệt dung riêng nước đá 1800J/kg.K; nước 4200J/kg.K; nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg Tóm tắt: Cho: m = 5kg t0 = - 100C t2 = 800C c1 = 1800J/kg.K c2 = 4200 J/kg.K λ = 3,4 105 J/kg Hỏi: Q = ? Phân tích tốn: 5kg nước đá - 100C chuyển thành nước 800C.thì nước đá cần thu nhiệt giai đoạn: Nước ban đầu thể rắn, cần thu nhiệt để tăng từ -100C lên 00C Nước đá 00C thu nhiệt để nóng chảy hồn tồn Nước 00C tiếp tục thu nhiệt để tăng từ 00C lên 800C Bài giải Nhiệt lượng cần cung cấp cho 5kg nước đá tăng từ -100C lên 00C là: Q1 = m.c1.[0-t1] = 5.1800.[0-(-10)] = 90000 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp để 5kg nước đá 00C nóng chảy hồn tồn Q2 = m λ = 3,4.105 = 1700000 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp để 5kg nước 00C thu vào để tăng nhiệt độ lên 800C là: Q3 = m.c2 (t2 -0) = 5.4200.(80- 0) = 1680000 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp để 5kg nước đá từ -100C chuyển thành nước 800C là: Q = Q1 +Q2 +Q3 = 90000 + 1700000 +1680000 = 3470000 (J) Đáp số: 3470000J Ví dụ 2: Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước 250C chuyển thành 1000C Cho biết nhiệt dung riêng nước 4180 J/kg.K nhiệt hóa riêng nước 2,3.106J/kg Tóm tắt: Cho: m= 10 kg t1 = 250C t2 = 1000C c = 4200 J/kg.K L= 2,3.106 J/kg Hỏi: Q *Phân tích tốn: Nước ban đầu thể lỏng thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ 250C đến 1000C Nước 1000C tiếp tục thu nhiệt để hóa hoàn toàn 1000C Bài giải Nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước 25 0C thu vào để tăng nhiệt độ lên 1000C Q1 = m.c.(t2 –t1) = 10.4200.(100-20) = 3360000 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp để 10kg nước 1000C thu vào để hóa hồn tồn Q2 = m.L = 10.2,3.106 = 2,3.107 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 10kg nước 250C chuyển thành 1000C Q = Q1 +Q2 = 26360000 (J) Đáp số: 26360000 J *Bài tập tương tự Bài 1: Tính nhiệt lượng cần phải cung cấp để làm cho 0,2 kg nước đá -20 0C tan thành nước sau tiếp tục đun sơi để biến hồn tồn thành nước 1000C Nhiệt nóng chảy riêng nước đá 3,4.10 5J/kg, nhiệt dung riêng nước đá 2,09.103 J/kg.K, nhiệt dung riêng nước 4,18.103 J/kg.K, nhiệt hóa riêng nước 2,3.106 J/kg Bài 2: Tính nhiệt lượng cần thiết để 500g nước đá -5 0C hóa hồn tồn 1000C Nhiệt nóng chảy riêng nước đá 3,4.10 5J/kg, nhiệt dung riêng nước đá 2,09.103 J/kg.K, nhiệt dung riêng nước 4,18.103 J/kg.K, nhiệt hóa riêng nước 2,3.106 J/kg Bài 3: Có lít nước nhiệt độ 25 0C Tính nhiệt lượng cần thiết để lít nước đạt đến nhiệt độ sơi 1/3 lượng nước bị hóa hồn tồn Cho nhiệt hóa nước 2,3.106 J/kg; Nhiệt dung nước nước 4200 J/kg.K; Khối lượng riêng nước D = 1000 kg/m3 Dạng 2: Bài tập trao đổi nhiệt có chuyển thể từ thể rắn sang thể lỏng ngược lại *Dấu hiệu nhận biết loại tập: Đề thường cho hai hay nhiều chất trao đổi nhiệt với có chất chất lỏng chất chất rắn nên đề thường yêu cầu tìm nhiệt độ cân hỗn hợp tìm khối lượng chất cịn lại bình sau có cân nhiệt *Phương pháp giải: Bước 1: Tìm hiểu đề bài: Tóm tắt, đổi đơn vị (nếu cần) Bước 2: Thử để kiểm tra xem nhiệt độ cân hỗn hợp tồn trường hợp nào? Bước 3: Thiết lập phương trình cân nhiệt Bước 4: Giải phương trình, tìm ẩn Bước 5: Kiểm tra kết luận lại kết Hướng dẫn cụ thể học sinh bước bước Bước 2: Thử kiểm tra nhiệt độ cân hỗn hợp Xét toán tổng quát sau: Cho hai chất trao đổi nhiệt với nhau, chất thứ nước có khối lượng m1, nhiệt độ ban đầu t1 (t1 >0) Chất thứ hai nước đá có khối lượng m2, nhiệt độ ban đầu t (t2 Qthu => xảy q trình nóng chảy Tính nhiệt lượng m2 kg chất 00C thu vào để nóng chảy hồn tồn Qthu1 Qthu +Qthu1 < Qtỏa => chất rắn m2 nóng chảy hoàn toàn nhiệt độ cân hệ lớn 00C (t > 00C)=> Xảy chuyển thể hoàn toàn Qthu +Qthu1 > Qtỏa => chất rắn bị nóng chảy phần nhiệt độ cân hệ 00C (t = 00C) => Xảy chuyển thể khơng hồn tồn Qthu +Qthu1 = Qtỏa => chất rắn bị nóng chảy hồn tồn nhiệt độ cân hệ 00C (t = 00C) => Xảy chuyển thể hoàn toàn *TH2: Qtỏa < Qthu => xảy q trình đơng đặc + Tính nhiệt lượng m1 kg chất 00C tỏa để đơng đặc hồn tồn Qtỏa1 Qtỏa +Qtỏa1 > Qthu => chất lỏng 00C đông đặc phần nhiệt độ cân hệ 00C (t = 00C)=>Xảy chuyển thể khơng hồn tồn Qtỏa +Qtỏa1 < Qthu => chất lỏng đơng đặc hoàn toàn thành chất rắn nhiệt độ cân hệ nhỏ 00C (t < 00C) =>Xảy chuyển thể hoàn toàn Qtỏa +Qtỏa1 = Qthu => chất lỏng đơng đặc hồn tồn thành chất rắn nhiệt độ cân hệ 00C (t = 00C) =>Xảy chuyển thể hoàn toàn *TH3: Qtỏa = Qthu nhiệt độ cân hệ 0C chưa xảy chuyển thể Bước 3: Thiết lập phương trình cân nhiệt *Nếu xảy trường hợp 1: t>0 xảy nóng chảy hồn tồn: - Phân tích q trình thu nhiệt chất rắn m2 gồm: + Thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ t2 đến 00C: Qthu + Thu nhiệt để nóng chảy hồn tồn 00C : Qthu + Thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ 00C đến t0: Qthu2 - Phân tích q trình tỏa nhiệt chất lỏng m : Tỏa nhiệt để hại nhiệt độ từ t xuống t: Q’tỏa -Viết phương trình cân nhiệt: Qthu + Qthu1 + Qthu2 = Q’tỏa *Nếu xảy trường hợp 2: t Q2 nước đá bị nóng chảy Nhiệt lượng cần cung cấp để m2 kg nước đá 00C nóng chảy hồn tồn là: Q3 = m2 λ =0,4.34.104 = 136000 (J) Do Q1 > Q2 +Q3 nên nước đá nóng chảy hồn toàn Vậy nhiệt độ cân hệ 11 lớn 00C Gọi t nhiệt độ cân hệ Nhiệt lượng m2 kg nước 00C thu vào để tăng nhiệt độ lên t0là: Q4 = m2 c1 (t-0) = 0,4.4200.t = 1680.t (J) Nhiệt lượng kg nước tỏa để hạ nhiệt độ xuống t0 là: Q’1 = m1 c1.(t1 – t) = 4.4200.(30-t) = 504000 – 16800.t (J) Áp dụng phương trình cân nhiệt Q2 + Q3 +Q4 = Q’1 7200 + 136000 + 1680.t = 504000 -16800.t => t = 19,5240C Vậy nhiệt độ cân hệ 19,5240C Khối lượng nước có bình đó: m= m1 +m2 = 4,4 kg Đáp số: a Nước đá có tan hết, t= 19,5240C b m =4,4 kg *Bài tập tương tự Bài 1: Người ta đổ m1(kg) nước 600C vào m2(kg) nước đá nhiệt độ -50C Khi có cân nhiệt, lượng nước thu 50kg có nhiệt độ 250C Tính m1, m2 ? Cho nhiệt dung riêng nước nước đá là: 4200J/kg.K 2100J/kg.K ; nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg Đáp số: m1 = 37,8 kg; m2 = 12,2 kg Bài 2:Cho chậu nhỏ thuỷ tinh khối lượng m = 100g có chứa m = 500g nước nhiệt độ t1 = 200C cốc dùng để chứa viên nước đá có khối lượng m2 = 20g nhiệt độ t2 = - 50C a.Thả hai viên nước đá vào chậu Tính nhiệt độ cuối nước chậu b Phải thả tiếp vào chậu viên nước đá để nhiệt độ cuối chậu 00C? Cho nhiệt dung riêng thủy tinh, nước nước đá c = 2500 J/kg.K, c1 = 4200J/kg.K c2 = 1800J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg (bỏ qua trao đổi nhiệt với cốc mơi trường bên ngồi) Đáp số: a 13,1oC b viên đá Bài 3: Một chậu nhôm khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước 200C a.Thả vào chậu nhơm thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước 12 nóng đến 21,20C Tìm nhiệt độ bếp lị? Biết nhiệt dung riêng nhơm, nước đồng là: c1= 880J/kg.K , c2= 4200J/kg.K , c3= 380J/kg.K Bỏ qua toả nhiệt môi trường b.Thực trường hợp này, nhiệt lượng toả môi trường 10% nhiệt lượng cung cấp cho chậu nước Tìm nhiệt độ thực bếp lò c.Nếu tiếp tục bỏ vào chậu nước thỏi nước đá có khối lượng 100g 0C Nước đá có tan hết khơng? Tìm nhiệt độ cuối hệ thống lượng nước đá cịn sót lại tan khơng hết? Biết nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg Đáp số: a t=160,780C b.174,740C c.16,60C Loại 2: Chuyển thể xảy khơng hồn tồn Ví dụ 1: (Nước đá tan phần – nhiệt độ hệ 00C) Một bình hình trụ, ban đầu chứa 3kg nước 24 0C Người ta thả vào bình cục nước đá có khối lượng 1,4kg 0C Biết có nước đá nước trao đổi nhiệt với nhau; nhiệt dung riêng nước Cn = 4200J/kg.K; nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg nước đá nóng chảy hồn tồn 00C 3,36.105J Khi có cân nhiệt, tìm: a Nhiệt độ nước bình? Khối lượng nước bình? b Độ chênh lệch mực nước bình có cân nhiệt so với chưa thả cục nước đá? Biết diện tích đáy bình S = 200 cm 2; khối lượng riêng nước Dn = 1000kg/m3 Tóm tắt Cho: m1 = 3kg t1 = 240C m2 = 1,4 kg t2 = 00 C cn = 4200 J/kg.k λ = 3,36 105J/kg S = 200 cm2 = 0,002m2 Dn = 1000 kg/m3 Hỏi: a t = ? m =? 13 b Phương pháp giải: a + Xác định nhiệt lượng Q1 m1 kg nước tỏa để hạ nhiệt độ xuống 00C + Tính nhiệt lượng Q2 m2 kh nước thu vào để nước chảy + So sánh Q1 với Q2 =>Kết luận trạng thái cân hệ + Viết phương trình cân + Giải phương trình tìm t b +Xác định chiều cao mực nước ban đầu chưa thả cục đá + Xác định chiều cao mực nước sau thả cục đá xảy cân nhiệt +Tính độ chênh lệch mực nước Bài giải a Nhiệt lượng nước đá thu vào để tan chảy hoàn toàn 00C là: Q2 = m2 λ = 1,4 3,36 105 = 470400 (J) Nhiệt lượng nước tỏa là: Q1 = m1 cn ∆ t = 4200.( 24 - 0) = 302400 (J) Ta thấy Q2 > Q1 chứng tỏ phần nước đá bị tan Như cân nhiệt, hỗn hợp gồm nước nước đá ⇒ Khi cân nhiệt, nhiệt độ hỗn hợp t = 00C Gọi m’ khối lượng phần nước đá tan Nhiệt lượng m1’ kg nước đá 00C thu vào để nóng chảy là: Q’2 = m’.λ Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có: Q1 = Q’2 Q1 = m’ λ =>m’= Q1 : λ = 302400 : (3,36.105) = 0,9 kg Khối lượng nước có bình cân nhiệt là: m = m1 + m’ = + 0,9 = 3,9 (kg) b.Thể tích phần nước có bình ban đầu là: = 3000cm3 Mực nước ban đầu là: h Thể tích phần nước có bình sau có cân nhiệt là: 14 = 3900 cm3 Khối lượng phần nước lại là: m’’ = m2 – m’= 1,4 – 0,9 = 0,5 kg Phần nước đá lên chịu tác dụng hai lực cân bằng: FA = P Vc dn = 10.m’’ Vc 10.Dn = 10.m’’ Vc = m’’: Dn =0,5 : 1000 = 0,0005 m3 = 500 cm3 Mực nước sau có cân nhiệt là: = 22 cm Nước bình dâng lên thêm là: = 22- 15 = cm Đáp số: a t= 00C ; m= 3,9 kg b *Bài tập tương tự: Bài 1: Thả 1,6 kg nước đá -10 0C vào nhiệt lượng kế đựng kg nước 600C Bình nhiệt lượng kế nhơm có khối lượng 200g nhiệt dung riêng 880 J/kg.K a Nước đá có tan hết hay khơng? b.Tính nhiệt độ cuối nhiệt lượng kế Biết Cnước đá = 2100J/kg.độ , Cnước = 4190J/kg.độ , λnước đá = 3,4.105J/kg, Đáp số: a Nước đá chưa tan hết b t = 00C Bài 2: Trong bình chứa m1 = 1kg nước 100C Người ta thả vào bình cục nước đá có khối lượng m2 = 4kg t2 = -100C Cho nhiệt dung riêng th nước nước đá c1 = 4200J/kg.K c2 = 1800J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg a Tính nhiệt độ chung hệ có cân nhiệt b Tính lượng nước có bình Đáp số: a Nước bị đóng băng phần t = 00C b.0,912kg Bài 3: Có khối nước đá nặng 100g -100C a.Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đưa nhiệt độ khối nước đá lên đến 00C Cho nhiệt dung riêng nước đá 1800J/ kg.K 15 b.Người ta đặt thỏi đồng khối lượng 150g nhiệt độ 100 0C lên khối nước đá 00C Tính khối lượng nước đá bị nóng chảy Cho nhiệt dung riêng đồng 380J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4 105J/kg c.Sau tất đặt vào bình cách nhiệt có nhiệt dung khơng đáng kể Tìm khối lượng nước cần phải dẫn vào để toàn hệ thống có nhiệt độ 20 0C Cho biết nhiệt hóa hơi, nhiệt dung riêng nước 2,3.10 6J/kg , 4200J/kg.K Đáp số:a.1800 J b.0,0167kg Bài 4: Một khối nước đá có khối lượng m1 = 2kg nhiệt độ t1 = - 50C a.Tìm nhiệt lượng cần cung cấp cho khối nước đá để biến hồn tồn thành 1000C b.Bỏ khối nước đá vào xô nhôm chứa nước t2 = 500C Sau có cân nhiệt người ta thấy cịn sót lại 100g nước đá chưa tan hết, tính lượng nước ban đầu có xơ Cho biết xơ nhơm có khối lượng m2 = 0,5kg; nhiệt dung riêng nước đá, nước nhôm tương ứng là: 2100J/kg.K, 4200J/kg.K, 880J/kg.K; nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.10 5J/kg, nhiệt hoá nước 2,3.106J/kg Đáp số: a.6141 KJ b.3.07 kg c 0,0144kg Dạng 3: Bài tập trao đổi nhiệt có chuyển thể từ thể lỏng sang thể khí ngược lại *Dấu hiệu nhận biết loại tập này: Đề thường cho hai hay nhiều chất trao đổi nhiệt với có chất chất khí chất chất lỏng nên đề thường yêu cầu tìm nhiệt độ cân hỗn hợp tìm khối lượng chất cịn lại bình sau có cân nhiệt *Phương pháp giải: Bước 1: Tìm hiểu đề Bước : Căn vào điều kiện đề lập luận theo kiện đề để nhiệt độ cân hỗn hợp Bước : Thiết lập phương trình cân nhiệt theo ẩn số cần tìm 16 Bước 4: Giải phương trình cân nhiệt vừa lập kết hợp với điều kiện khác (nếu cần) để tìm ẩn số Bước5: Kiểm tra kết kết luận Các ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Dẫn 200g nước 100 0C vào bình cách nhiệt đựng nước đá -40C Nước đá bị tan hoàn toàn lên đến 15 0C Tìm khối lượng nước đá có bình ? Biết nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.10 5J/kg; nhiệt hoá nước 100oC 2,3.106J/kg; nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K; nước đá 2100J/kg.K Tóm tắt Cho: m1 = 200 g = 0,2 kg t1 = 1000C t2 = - 40C t = 150C λ = 3,4 105 J/kg L = 2,3 106 J/kg c1 = 21000J/kg.k c2 = 4200 J/kg.k Hỏi: m2 = ? Phương pháp giải + Xác định nhiệt độ cân hệ: t= 150C + Xác định nhiệt lượng chất thu vào: + m2 kg đá thu nhiệt để tăng từ -40C đến 00C +m2 kg nước đá 00C thu nhiệt để chuyển từ thể rắn sang thể lỏng + m2 kg nước 00C thu nhiệt để tăng từ 00C đến 150C + Xác định nhiệt lượng chất tỏa ra: + m1 kg nước tỏa để hóa thành chất lỏng 1000C + m1 kg nước 1000C tỏa để hạ nhiệt độ từ 1000C xuồng 150C + Viết phương trình cân nhiệt + Giải phương trình tìm m2 + Kiểm tra kết luận lại kết Bài giải Gọi m2 khối lượng nước đá cần tìm Nhiệt lượng nước tỏa để giảm nhiệt độ xuống 100C là: Q1 = m1L+ m1c1(t1 - t) 17 = 0,2.2,3.106 + 0,2.4200.85 = 460000 + 71400 = 531400 (J) Nhiệt lượng nước đá thu vào để tăng nhiệt độ đến 100C là: Q2 = m2c2(0 - t2) + m2 λ + m2c1 (t - 0) = m2.2100.4 + m2.3,4.105+ m2.4200.15 = 8400m2+ 340 000m2+ 63000m2 = 411400m2 (J) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có: Q1 = Q2 531400 = 411400m2 ⇒ m2 = 1,2917(kg) Vậy khối lượng nước đá có bình là: 1,2917kg *Bài tập tương tự Bài 1: Người ta dẫn 0,1kg nước nhiệt độ 100 0C vào nhiệt lượng kế chứa 2kg nước nhiệt độ 250C Biết nhiệt dung riêng nhiệt hoá nước C = 4200J/kg.K, L = 2,3.10 6J/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường bên ngồi a.Tính nhiệt độ sau hỗn hợp khối lượng nước bình b Nếu tiếp tục dẫn vào nhiệt lượng kế 0,4 kg nước Tính nhiệt độ sau hỗn hợp khối lượng nước bình lúc Đáp số: a t = 54,650C ; m = 2,1kg b.t’= 1000C; m’= 2,27kg Bài 2: Người ta thả miếng đồng có khối lượng m = 0,2 kg đốt nóng đến nhiệt độ t1 vào nhiệt lượng kế chứa m = 0,28 kg nước nhiệt độ t2 = 200C Nhiệt độ có cân nhiệt t3 = 800C Biết nhiệt dung riêng, khối lượng riêng đồng nước c = 400 J/(kg.K), D1 = 8900 kg/m3, c2 = 4200 J/(kg.K), D2 = 1000 kg/m3; nhiệt hoá nước (nhiệt lượng cần cung cho kg nước hố hồn tồn nhiệt độ sơi) L = 2,3.106 J/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế với môi trường a, Xác định nhiệt độ ban đầu t1 đồng b, Sau đó, người ta thả thêm miếng đồng khối lượng m nhiệt độ t1 vào nhiệt lượng kế lập lại cân nhiệt, mực nước nhiệt lượng kế mực nước trước thả miếng đồng m Xác 18 định khối lượng đồng m3 Đáp số a.9620C b.0,29 kg Bài 3: Thả cầu thép khối lượng m = 2kg nung tới nhiệt độ 6000C vào hỗn hợp nước đá 00C Hỗn hợp có khối lượng tổng cộng m2 = 2kg a.Tính khối lượng nước đá có hỗn hợp Biết nhiệt độ cuối hỗn hợp 500C Cho nhiệt dung riêng nước c = 460 J/Kg.K; c2 = 4200 J/Kg.K; nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 J/Kg b.Thực q trình có lớp nước tiếp xúc trực tiếp với cầu bị hóa nên nhiệt độ cuối hỗn hợp 48 0C Tính lượng nước hóa Cho nhiệt hóa nước L = 2,3.106 J/kg Đáp số: a 253g b 6,67, g Dạng 4: Bài tập đồ thị liên quan đến chuyển thể * Dấu hiệu nhận biết: Loại tập đề cho sẵn đồ thị yêu cầu xác định đại lượng nhiệt lượng, nhiệt nóng chảy thời gian ngược lại đề yêu cầu vẽ đồ thị biểu diễn trình thay đổi nhiệt độ vật dễ dàng nhận biết loại tập *Phương pháp giải: Bước 1: Tìm hiểu đề Bước 2: Phân tích đồ thị: Xác định đoạn gấp khúc biểu diễn trình, xác định tọa độ điểm gấp khúc để tìm giá trị cụ thể nhiệt độ nhiệt lượng cung cấp Bước 3: Sử dụng phương trình cân nhiệt cơng thức tính nhiệt lượng để tìm ẩn Bước 4: Kết luận Chú ý: +Nếu toán yêu cầu vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ vật vào nhiệt lượng cung cấp ta vẽ hệ trục tọa độ biểu diễn điểm gấp khúc nên hệ trục tọa độ Nối điểm lại đồ thị +Trong suốt trình chuyển thể nhiệt độ vật ln khơng thay đổi đồ thị biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ vào nhiệt lượng cung cấp cho vật đường thẳng nằm ngang song song với trục nhiệt lượng cung cấp 19 *Các ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho đồ thị biểu diễn thay đổi nhiệt độ khối chất lỏng theo nhiệt lượng cung cấp có dạng sau Biết nhiệt dung riêng chất lỏng 2000 J/kg.K Xác định nhiệt hóa chất lỏng Nhiệt độ ( t0) 80 B C 20 A 1,8.105 J 12,6.105J Nhiệt lượng (J) Tóm tắt: Cho: t1 = 200C t2 = 800C Q1 = 1,8.105J Q2 = 12,6.105J Hỏi: L = ? Phương pháp giải: + Phân tích đồ thị: Đoạn AB: Nhiệt độ vật tăng lêntừ 20 0C đến 800C nhận nhiệt lượng Q1 Đoạn BC: Nhiệt độ vật không thay đổi, ứng với q trình nóng chảy nhận nhiệt lượng Q = Q2 –Q1 + Dựa vào công thức tính nhiệt lượng xác định m L Bài giải Đoạn AB chất lỏng nhận nhiệt lượng 1,8 10 5J để tăng nhiệt độ từ 20 0C đến 800C Gọi m khối lượng chất lỏng ta có Q1 = m.c ( t2 – t1) = 1,8 105 (J) 20 = 1,5 kg Đoạn BC đồ thị đường nằm ngang ứng với trình chất bay Vậy chất bay 800C Nhiệt lượng chất lỏng nhận trình hóa là: Q3 = Q2 – Q1 = 12,6 105 – 1,8 105 = 10,8.105 (J) Mà Q3 = L.m Vậy nhiệt hóa chất lỏng 720000 J/kg Ví dụ 2: Người ta đun hỗn hợp gồm m kg chất rắn X dễ nóng chảy m kg nước đá nhiệt lượng kế cách nhiệt nhờ dây đun điện có công suất không đổi Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp chứa nhiệt lượng kế – 40 0C Dùng nhiệt kế nhúng vào nhiệt lượng kế vào theo dõi phụ thuộc nhiệt độ hỗn hợp theo thời gian T đồ thị phụ thuộc có dạng hình Hãy xác định nhiệt nóng chảy chất rắn X nhiệt dung riêng trạng thái lỏng Biết nhiệt dung riêng nước đá c = 2100J/kg.K, chất rắn trạng thái rắn c = 1200J/kg.K Bỏ qua trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế *Tóm tắt: Cho: t1 = 10 phút t2 = 70/3 phút t3 = 40 phút t’1 = -400C t’2 = - 200C t’3 = 00C m1 = m x = m c = 2100 J/kg.K c1 = 1200 J/kg.K Hỏi: λ = ?; cx =? *Phương pháp giải: + Phân tích đồ thị: Đoạn OA ứng với trình chất lỏng X nước đá thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ -400C đến -200C Đoạn AB nằm ngang nhiệt độ hệ -200C nên chất X thu nhiệt để nóng chảy Đoạn BC nhiệt độ hệ tăng lên nên chất lỏng X nước đá tiếp tục thu nhiệt 21 + Viết phương trình cân nhiệt trình + Giải phương trình tìm λ cx Bài giải Bỏ qua trình trao đổi nhiệt ta thấy đồ thị ứng với khoảng thời gian: t1 = 10 phút; t2 = phút; t3 = 40 phút Và có hai khoảng nhiệt độ tăng t1 = t’2 - t’1 = - 20 - (-40) = 200C t2 = t’3 – t’2 = – (-20) = 200C Gọi công suất điện P, nhiệt lượng tỏa dây đun khoảng thời gian T Q = P.T Xét đoạn OA: Nước đá chất X tồn thể rắn hấp thụ nhiệt: m.(c+c1) = P.(t1-0) m.(c+c1) t1 = P.t1 (1) Xét đoạn AB: Chất X thu nhiệt để nóng chảy hồn tồn: λ.m = P.(t2 –t1) ( 2) Từ (1) (2) = >λ= = 88000 J/kg Vậy nhiệt nóng chảy chất rắn 88000 J/kg Xét đoạn BC nước đá chất lỏng X thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ -20 oC đến 0oC m(c+cx) t2 = P.(t3 –t2) (3) Từ (1) (3) => => Cx = 3400 J/kg.K Vậy nhiệt dung riêng chất X trạng thái lỏng 3400 J/kg.K *Bài tập tương tự: Bài 1: Dùng bếp điện để đun nóng nồi đựng 2kg nước đá – 200C Sau phút nước đá bắt đầu nóng chảy a Sau nước đá nóng chảy hết b Sau nước đá bắt đầu sôi c Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ nước (và nước đá) vào thời gian đun Đáp số: a.10 phút b.30 phút Bài 2: a.Tính lượng dầu cần để đun sơi 2lít nước 20 0C đựng ấm nhơm có 22 khối lượng 200g Biết nhiệt dung riêng nước nhôm c1= 4200 J/kg.độ; c2 = 880J/kg.độ , suất toả nhiệt dầu q = 44.10 6J/kg hiệu suất bếp 30% b.Cần đun thêm nước hố hồn tồn Biết bếp dầu cung cấp nhiệt cách đặn kể từ lúc đun sơi thời gian 15phút Biết nhiệt hố nước L = 2,3.106J/kg c.Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ nước vào thời gian đun Đáp số: a 52 g b.100,57 phút 7.2 Thuyết minh phạm vi ứng dụng giải pháp a Điều kiện áp dụng: Việc hướng dẫn giải tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất mơn Vật lí áp dụng điều kiện việc giảng dạy môn Vật lí, kể nơi chưa có trang thiết bị tối thiểu cho việc dạy học b Khả áp dụng: Học sinh thuộc đội tuyển học sinh giỏi mơn Vật lí trường THCS Thái Sơn hàng năm Với giải pháp này, trước hết áp dụng cho mơn Vật lí khối lớp 8, cấp THCS Bên cạnh đó, chúng tơi nhận thấy việc mở rộng cách thức áp dụng hoàn toàn phù hợp môn Khoa học Tự nhiên khác Tốn, Vật lý, Hóa học Nội dung giải pháp được phân hóa theo mức độ từ dễ đến khó áp dụng với nhiều đối tượng cho học sinh nhà trường từ học sinh đại trà đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Giải pháp áp dụng trước tiên trường THCS Thái Sơn trình bồi dưỡng học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh mơn Vật lí mong muốn chia sẻ với đồng nghiệp 7.3 Thuyết minh lợi ích kinh tế lợi ích xã hội giải pháp a Hiệu kinh tế Khác với ngành khác sản phẩm họ sản xuất tính tiền, theo cá nhân tơi thành ngành giáo dục vơ bờ bến khơng có giá trị vật chất đo lường Tuy nhiên, áp dụng giải pháp tận dụng tối đa sở vật chất trang thiết bị mà nhà trường trang bị bảng tương tác, phịng học thơng minh, hình tivi thơng minh…từ tiết kiệm chi phí khơng cần phải chuẩn bị nhiều đồ dùng dạy học 23 b Hiệu xã hội Sau thời gian áp dụng giải pháp vào giảng dạy đội tuyển dự thi học sinh giỏi cấp huyện mơn Vật lí khối 8, khối kết thu khả quan: - Các em xác định dạng tập liên quan đến chuyển thể chất Biết bước cần làm cho dạng tập, từ tự tin hồn thành tập liên quan - Các em u thích mơn học so với trước chưa áp dụng giải pháp này, có tinh thần tự học cao hoàn thành tập tự luyện, kích thích lịng ham học hỏi, khả tìm tịi mở rộng kiến thức học sinh - Nâng cao chất lượng học sinh tham gia đội tuyển học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh môn Vật lí cho em học sinh tham gia dự thi vào lớp 10 trường THPT Chuyên lớp chuyên Vật lí - Cung cấp tài liệu tham khảo cho giáo viên tham gia thi kiến thức giáo viên, tham gia vào hội thi giáo viên giỏi cấp huyện, giáo viên giỏi cấp tỉnh *Kết giải pháp Giải pháp “Hướng dẫn giải tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất dành cho học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 8”đã áp dụng cho học sinh khối lớp 8, lớp trường THCS Thái Sơn, sử dụng làm tài liệu bồi dưỡng cho đội tuyển học sinh giỏi trường THCS Thái Sơn tham gia kì thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh Qua sử dụng nhiều năm có chỉnh sửa bổ sung tơi thu kết sau: *Cấp tỉnh: Năm 2019 - 2020: 01 giải ba Năm 2020 - 2021: 01 giải ba *Cấp huyện Khối Giải Tổng số HS Giải Giải Năm học Giải ba khuyến HSG dự thi nhì khích 2019 – 2020 2020-2021 Khối Năm học 2019 – 2020 2020-2021 Tổng số HS Giải dự thi 3 Giải nhì 24 Giải KK Giải ba 1 HSG Không thế, kỹ thực hành mơn cách trình bày kiến thức học sinh cải thiện nhiều, thể kết thi hiệu hoạt động học, tự tin học sinh Học công việc lâu dài vất vả, khó nhọc học sinh Do giáo viên ngồi nhiệm vụ truyền đạt kiến thức cịn phải tìm cách làm cho học có hiệu quả, thu hút tập trung em Vì tơi đưa số ý kiến nhỏ nhằm chia sẻ với hội thi để hi vọng nâng cao chất lượng ồi dưỡng học sinh đội tuyển Trên kinh nghiệm mang tính chủ quan thân tơi Dù cho biện pháp khơng phải hồn toàn mới, thường xuyên kết hợp, lồng ghép đa dạng hóa từ hình thức đến nội dung kiến thức phương pháp giảng dạy hiệu chất lượng đội tuyển cải thiện rõ rệt Tôi mong nhận đóng góp ý kiến anh chị đồng nghiệp Cuối xin chân thành cảm ơn BGH trường THCS Thái Sơn, tổ chun mơn giúp tơi hồn thành giải pháp này! Tôi cam kết điều khai thật không chép, vi phạm quyền Xác nhận quan, đơn vị (Chữ ký dấu) Tác giả giải pháp (Chữ ký họ tên) Nguyễn Thị An Thủy 25 ... cho bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí lớp 8, kết chưa thực mong muốn, song thành công bước đầu để mạnh dạn áp dụng chia sẻ giải pháp “? ?Hướng dẫn giải tập nhiệt học liên quan đến chuyển thể chất. .. thể chất dành cho học sinh giỏi môn Vật Lí lớp 8? ?? Mục đích giải pháp: Với giải pháp phân loại dạng tập chuyển thể giúp học sinh dễ dàng theo dõi, nhận biết vận dụng học tập Có tập mẫu tập tự luyện... quan đến chuyển thể chất dành cho học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 8? ??đã áp dụng cho học sinh khối lớp 8, lớp trường THCS Thái Sơn, sử dụng làm tài liệu bồi dưỡng cho đội tuyển học sinh giỏi trường THCS