Bồi dưỡng hsg vật lí 9

Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net ĐỀ CƯƠNG BDHSG MÔN VẬT LÝ LỚP PHẦN NHIỆT HỌC A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I SỰ TRUYỀN NHIỆT Công thức tính nhiệt lượng: + Nhiệt lượng vật thu vào Q= m.c.(t2 – t1) (t2>t1) Q: nhiệt lượng vật thu vào (J) m: khối lượng vật (kg) c: nhiệt dung riêng chất (J/kg.K) t1 : nhiệt độ ban đầu (0C) t2 : nhiệt độ sau (0C) + Công thức tính nhiệt lượng toả : Q = m.c (t1 – t2) (t2 < t1) Nhiệt dung riêng chất cho biết nhiệt lượng cần truyền cho kg chất tăng thêm 10C Mối quan hệ hai đơn vị J Cal : 1J =0,24 Cal 1Cal =4,18J (4,2 J) 2.Phương trình cân nhiệt: HS cần nắm nguyên lí truyền nhiệt Qt.ra = Qt.vào Trong Qt.ra : Tổng nhiệt lượng vật toả Qt.vào : Tổng nhiệt lượng vật thu vào Sự trao đổi nhiệt hai vật: Từ Qt.ra = Qt.vào => Q1 = Q2  m1 c1 (t1 – t ) = m2 c2 (t – t2 ) ( 1) m1: khối lượng vật – Vật toả nhiệt(kg) c1: nhiệt dung riêng chất làm vật (J/kg.K) t1 : nhiệt độ ban đầu vật (0C) t : nhiệt độ sau vật – có cân nhiệt (0C) m2: khối lượng vật – Vật toả nhiệt (kg) c2: nhiệt dung riêng chất làm vật (J/kg.K) t2 : nhiệt độ ban đầu vật (0C) t : nhiệt độ sau vật – có cân nhiệt (0C) Phương trình (1) viết dạng ( với t2< t < t1) m1 c1 (t1 – t ) + m2 c2 (t2 – t ) = Áp dụng cho hệ vật gồm nhiều vật trao đổi nhiệt với nhau: m1 c1 (t1 – t ) + m2 c2 (t2 – t ) + + mn cn (tn – t ) = Năng suất toả nhiệt nhiên liệu Nhiệt lượng 1kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn toả gọi suất toả nhiệt nhiên liệu Kí hiệu : q, đơn vị J/kg Công thức tính nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn toả ra: Q = m.q Trong đó: Q nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn toả (J) m khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg) Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net q suất toả nhiệt nhiên liệu (J/kg) II SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT Quá trình chuyển thể: Nóng chảy Rằn Ở nhiệt độ xác định Đông đặc Hoá Lỏng Khí Ở nhiệt độ sôi Ngưng tụ Nhiệt nóng chảy (đông đặc): nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg chất chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng nhiệt độ nóng chảy Kí hiệu: λ , đơn vị : J/kg  Công thức tính nhiệt lượng cần cung cấp cho vật chuyển thể nhiệt độ nóng chảy( đông đặc) : Q = m λ Trong đó: Q nhiệt lượng cần cung cấp (J) m khối lượng (kg) λ nhiệt nóng chảy chất đó( J/kg) Nhiệt hoá hơi: nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg chất hoá hoàn toàn nhiệt độ sôi Kí hiệu: L, đơn vị: J/kg Công thức: Q = m L Trong đó: Q nhiệt lượng cần cung cấp (J) m khối lượng (kg) L nhiệt hoá chất đó( J/kg) Đồ thị thay đổi nhiệt độ theo thời gian: 4.1 Dạng đồ thị nhiệt độ tăng theo thời gian ( đồ thị thu nhiệt) t(0C) ts tnc t0 t (Ph) 4.2 Dạng đồ thị nhiệt độ giảm theo thời gian ( đồ thị toả nhiệt) t (0C) t (0C) ts t (0C) tnc t (0C) t0 Trang t (ph) Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net III ĐỘNG CƠ NHIỆT: động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hoá thành Hiệu suất động nhiệt (hoặc việc sử dụng nhiệt ) Qi A H= 100% = 100% Qtp Q Qi: nhiệt lượng chuyển hoá thành công có ích (J) Qtp: phần lượng mà động nhiệt tiêu thụ ( nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn toả ra) (J) Qtp = Qi + Qhp Qhp: nhiệt lượng hao phí toả môi trường hay ma sát IV MỘT SỐ KIẾN THỨC CÓ LIÊN QUAN -Khối lượng riêng : D = m => m = DV V Đơn vị đo khối lượng riêng : kg/m3 hay g/ cm3 1kg/m3 = 0,001g/cm3 -Trọng lượng riêng : d = p => P= dV V - Trọng lượng riêng chất tỉ lệ với khối lượng riêng d = 10D - Trọng lượng chất tỉ lệ với khối lượng P = 10m - Công thức tính công : A= F.S A : Công học (J), F : Lực tác dụng (N) ,S : quãng đường dịch chuyển (m) - Công thức tính công suất P = A t P ; công suất (W), A :công (J), t: thời gian (s) - Điều kiện vật nổi, chìm công thức tính lực đẩy Ác si mét B CÁC DẠNG BÀI TẬP + Công thức tính nhiệt lượng + Phương trình cân nhiệt + Trộn nhiều lần bình chứa chất lỏng có nhiệt độ khác + Sự nóng chảy chất - Sự hoá chất + Đồ thị nhiệt lượng – Nhiệt độ + Đồ thị thay đổi nhiệt độ theo thời gian BÀI TOÁN 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để m(kg) chất A thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2 Phương pháp giải: áp dụng công thức: Q = mA cA(t2-t1) Nếu t2> t1 Vật thu lượng áp dụng công thức: Q = mA cA(t1-t2) Nếu t2< t1 Vật toả lượng - mA: khối lượng chất A - đơn vị (kg) - cA: Nhiệt dung riêng chất A - đơn vị J/kg.độ - t1: Nhiệt độ ban đầu vật A- đơn vị 0C - t2: Nhiệt độ lúc sau vật A- đơn vị 0C Nhận xét toán 1: Từ toán người ta yêu cầu ta tính : + Nhiệt lượng vật A toả vật A thu vào dựa vào nhiệt độ đầu cuối + Khối lượng vật A biết cA, Q, t1, t2 + Nhiệt dung riêng chất A (xác định chất A) biết Q, mA, t1, t2 Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net + Tính nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối biết cA, Q, m Một số ví dụ Bài Tính nhiệt lượng tỏa 10l nước nhiệt độ 800 C nguội 300C biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.độ Bài truyền nhiệt lượng 260J cho 100g kim loại kim loại tăng lên 15 C đến 350C xác định kim loại gì? Bài Tính nhiệt lượng cần thiết để cung cấp đun nóng 1,5l rượu nguyên chất từ C đến 250C Biết khối lượng riêng rượu 0,8g/cm3 c = 2500J/kg.K Bài Một miếng đồng có khối lượng 0,8 kg, đun nóng 240 0C cần phải cung cấp nhiệt lượng 54720J Xác định nhiệt độ ban đầu miếng đồng Cho c = 380J/kg.K Bài Một thỏi đồng có khối lượng m, đun nóng đến 815 0C mang để nguội 450C, tỏa nhiệt lượng 438,9kJ Xác định khối lượng thỏi đồng nói Ở toán thay chất A hai hay nhiều chất (hệ chất) ta có toán thứ hai ví dụ sau: BÀI TOÁN 2: Tính nhiệt lượng cần thiết cung cấp để ấm nhôm có khối lượng m 1(kg) đựng m2 (kg) nước thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2 Phương pháp giải: - Do tính chất cân nhiệt độ: t1 nhôm = t1 nước t2 nước = t2 nhôm - Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ nhôm: Q1 = m1C1( t2 – t1) - Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ nước Q2 = m2C2( t2 – t1) - Nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ ấm nhôm đựng nước là: Q = Q1 + Q2 =( t2 – t1)( m1C1+ m2C2) Nhận xét toán 2: Cũng giống với toán 1, toán yêu cầu ta tính: - Nhiệt lượng cần cung cấp cho hệ vật tăng từ t1 đến t2 - Nhiệt lượng toả hệ vật giảm t1 xuống t2 - Tìm khối lượng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ hệ chất, thời gian đun - Nếu hệ chất có từ chất trở lên phương pháp giải hoàn toàn tương tự Một số ví dụ Ví dụ 1: Người ta đun sôi 2kg nước từ nhiệt độ 27 0C ấm nhôm cần nhiệt lượng 629260J Tính khối lượng ấm Biết nhiệt dung riêng nước nhôm 4200J/kg.K 880J/kg.K Cách giải: + Áp dụng nguyên lí truyền nhiệt (nhiệt độ ấm nhiệt độ nước) t1 nước = t1 ấm ; t2 nước = t2 ấm + Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ nhôm Q2 = m2 c2 (t2 – t1) + Xác định nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ nước Q2 = Q – Q1 = m1 c1 (t2 – t1) Q − Q1  Khối lượng nước m2 = c1 (t2 − t1 ) Ví dụ 2: Hai nồi có khối lượng nhau, làm nhôm Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net làm đồng Người ta dùng hai để nấu lượng nước 10 0C sôi Chiếc nồi nhôm cần nhiệt lượng 228600J nồi đồng cần nhiệt lượng 206100J Tính khối lượng nước đem nấu Cho NDR nhôm, đồng nước c1 = 880J/kg.K ; c2 = 380J/kg.K c = 4200J/kg.K Cách giải: + Xác định khối lượng nồi : m khối lượng nước đem nấu: m’ + Lập biểu thức tính nhiệt lượng thu vào đun ấm : Q1 = m c1 ∆t + m’c ∆t (1) Q2 = mc2 ∆t + m’c ∆t (2) + Xác định nhiệt lượng cần cung cấp cho nước sôi hai trường hợp Nhau, từ tính khối lượng ấm : Q1 - Q2 = m( c1 - c2) ∆t ( c1 - c )∆t  m= Q1 − Q2 Thay m vào (1) (2) tìm khối lượng nước đem nấu m’ Ví dụ 3: Một bếp dầu dùng để đun nước Khi đun 1kg nước 200C sau 10 phút nước sôi Cho bếp dầu cung cấp nhiệt cách đặn a/ Tìm thời gian cần thiết để lượng nước bay hoàn toàn Cho nhiệt dung riêng nhiệt hoá nước 4200J/kg.K 2,3.106J/kg Bỏ qua thu nhiệt ấm b/ Giải lại câu a ấm có khối lượng 200g nhiệt dung riêng nhôm 880J/kg.K Cách giải: - Xác định nhiệt lượng mà bếp toả phút từ dự kiện toán thông qua công thức tính: Q mc(t2 − t1 ) t1 = = t 10 - Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho nước hoá hoàn toàn nhiệt độ sôi Q’ = m.L Q' - Thời gian nước hoá hoàn toàn : t2 = t1 - Thời gian từ lúc bắt đầu đun hoá hoàn toàn t’ = t + t2 Câu b tương tự tính thêm phần nhiệt lượng ấm nhôm thu vào tăng nhiệt độ từ 200C đến 1000C ( nước sôi hoá nhiệt độ ấm không thay đổi) Từ tính nhiệt lượng bếp cung cấp phút - Dạng toán kết hợp với hiệu suất cung cấp nhiệt bếp Vấn đề cần lưu ý: Đối với dạng toán này, cần phân tích giúp HS nắm được: + Nguyên lí truyền nhiệt + Kĩ phân tích toán, tìm yếu tố chung vận dụng kiến thức công thức tính nhiệt lượng để giải toán + Hệ thống công thức suy luận BÀI TOÁN 3: Xác định khối lượng, nhiệt dung riêng, độ tăng nhiệt độ vật( toả hay thu nhiệt) từ cân nhiệt Nhận xét: Khi để vật có nhiệt độ cao tiếp xúc với vật có nhiệt độ thấp chúng trao đổi nhiệt với nhau, thông thường vật nóng nguội vật lạnh nóng lên Điều có nghĩa có phần nhiệt lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh nhiệt độ hai vật cân bằng: Qtoả = Qthu Từ nhận xét ta có phương pháp giải sau vật chuyển thể: - Xác định rõ ràng vật toả nhiệt, vật thu nhiệt( vật có nhiệt độ ban đầu lớn vật toả nhiệt, vật có nhiệt độ ban đầu nhỏ vật thu nhiệt) - Viết phương trình nhiệt lượng( toả hay thu vào) vật Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net - Giả sử nhiệt độ hai vật cân t’ t1< t < t2 Q1 = m1C1( t – t1) Q2 = m2C2( t2 – t) - Áp dụng phương trình cân nhiệt Q1 = Q2 - Giải phương trình, tính toán suy đại lượng cần tìm Một số ví dụ : Ví dụ 1: Để có 1,2 lít nước nhiệt độ 36 0C người ta trộn nước 15 0C với nước 85 C Tính lượng nước loại Cách giải: + Xác định mốc nhiệt độ => Xác định vật toả nhiệt, vật thu nhiệt + Xác định khối lượng nước loại, kết hợp với dự kiện toán: m = m1 + m2 (1) + ADPTCB nhiệt : Qtoả = Qthu  m1c ( t – t1) = m2 c( t2 – t) (2)  Kết hợp phương trình (1) (2) tìm khối lượng nước loại Ví dụ 2: Có cốc nước có khối lượng nhiệt độ t 0’ 1,5t0, 2t0, 2,5t0 Trộn chúng lại với Hãy tìm: a/ Nhiệt độ cân hỗn hợp b/ Tính nhiệt lượng cần truyền cho 1kg hỗn hợp nóng lên nhiệt độ gấp đôi nhiệt độ ban đầu Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K nhiệt độ ban đầu t = 200C Cách giải: a/ Tương tự áp dụng phương trình cân nhiệt cho nhiều vật trao đổi nhiệt với Ta có: m c (t1 – t ) + m c (t2 – t ) + m c (t3 – t ) + m c (t4 – t ) = t +t +t +t  t= 4 b/ Áp dụng công thức tính nhiệt lượng kết hợp với kiện toán tính Q thu vào 1kg hỗn hợp Ví dụ 3: Một ca vạch chia dùng để múc nước thùng chứa I thùng chứa II đổ vào thùng chứa III Nhiệt độ nước thùng chứa I t = 20 0C, thùng II t2 = 80 0C Thùng chứa III có sẵn lượng nước nhiệt độ t = 40 0C tổng số ca nước vừa đổ thêm Cho mát nhiệt lượng môi trường xung quanh Hãy tính số ca nước cần múc thùng I thùng II để nước thùng III có nhiệt độ 50 0C ? Cách giải: Gọi m khối lượng ca nước, n số ca nước thùng I, n số ca nước thùng II Vậy số ca nước thùng III n1+ n2, nhiệt độ cân nước thùng III 50 C Ta có : Nhiệt lượng thu vào số nước từ thùng I là: Q1 = m1.c.(50-20) = n1.m.c.30 (1) Nhiệt lượng tỏa số nước từ thùng II là: Q2 = m2.c.(80-50) = n2.m.c.30 (2) Nhiệt lượng thu vào số nước từ thùng III : Q3 =(n1+n2).m.c.(50 - 40) =(n1+n2).m.c.10 (3) Do trình cân nên ta có : Q1 + Q3 = Q2 (4) Thay hệ thức (1), (2), (3) vào hệ thức (4) ta được: 2n1= n2 Như mức thùng II: n ca phải múc thùng I: 2n ca số nước có sẵn thùng III là: 3n ca (n nguyên dương ) Ví dụ 4: Người ta thả chai sữa trẻ em vào phích đựng nước nhiệt độ t = 40 C Sau đạt cân nhiệt, chai sữa nóng tới nhiệt độ t = 360C, người ta lấy chai sữa tiếp tục thả vào phích chai sữa khác giống chai sữa Hỏi chai sữa Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net cân làm nóng tới nhiệt độ nào? Biết trước thả vào phích, chai sữa có nhiệt độ t0 =180C Cách giải Gọi q1 nhiệt lượng phích nước toả để hạ 0C , q2 nhiệt lượng cung cấp cho chai sữa để nóng thêm 10C , t2 nhiệt độ chai sữa thứ hai cân Theo phương trình cân nhiệt ta có: + Lần 1: q1(t – t1) = q2(t1 - t0) + Lần 2: q1(t1 – t2) = q2(t2 - t0) + Từ (1) (2) giải ta có t 2=32,70C Ví dụ 5: Một thau nhôm có khối lượng 0,5 kg chứa kg nước nhiệt độ 200C a/ Thả vào thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lò Nước nóng đến 21,2 C, tìm nhiệt độ bếp lò Biết nhiệt dung riêng nhôm, nước đồng 880J/kg.K, 4200J/kg.K, 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 thau nước Tìm nhiệt độ thực bếp lò Cách giải Câu a: - Xác định nhiệt độ bếp lò nhiệt độ ban đầu thỏi đồng: t - Lập công thức tính nhiệt lượng thu vào thau nước: Q12 = (m1c1 + m2c2).( t – t1) - Lập công thức tính nhiệt lượng toả thỏi đồng: Q3 = m3c3( t3 – t) -ADPTCBN : Q3 = Q12 ( bỏ qua nhiệt lượng cung cấp cho môi trường)  Giải toán tìm nhiệt độ thỏi đồng Câu b: Vì có toả nhiệt môi trường nên phương trình cân nhiệt viết lại: Q3 = Q12 + 10%Q12  Giải lại toán tìm nhiệt độ t3 Ví dụ 6: Đổ 738g nước nhiệt độ 15oC vào nhiệt lượng kế đồng có khối lượng 100g, sau thả vào nhiệt lượng kế miếng đồng có khối lượng 200g nhiệt độ 100oC Nhiệt độ bắt đầu có cân nhiệt 17 oC Biết nhiệt dung riêng nước 4186J/kg.K Hãy tính nhiệt dung riêng đồng ( Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2012 – 2013) Tương tự toán này, thay đổi dự kiện toán yêu cầu HS tìm khối lượng thỏi đồng hay nhiệt dung riêng đồng hay khối lượng nước chứa thau ban đầu Ví dụ 6: Một bình cách nhiệt chứa đầy nước nhiệt độ t0 = 200C Thả vào bình miếng nhôm nung nóng tới 100 0C, sau cân nhiệt, nhiệt độ nước bình t1 = 30,30C Thả tiếp vào bình miếng nhôm giống miếng nhôm trên, sau cân nhiệt, nhiệt độ nước bình t = 42,60C Xác định nhiệt dung riêng nhôm Cho khối lượng riêng nhôm, nước 2700kg/m 3, 1000kg/m3 Nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K (Trích đề thi HSG Huyện Đơn Dương – năm 2012 – 2013) Gợi ý cho HS: Ở toán thuộc toán cân nhiệt có liên quan đến đo thể tích vật rắn không thấm nước bình chia độ V vật = Vnước tràn Tính khối lượng nước bình thông qua công thức m = D.V Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net Ví dụ 7: Một lọ thuỷ tinh nặng 80g chứa 100g rượu, người ta đun lọ tới 750C nhúng vào nhiệt lượng kế thau nặng 500g chứa 1,15kg nước Hệ thống tăng nhiệt độ từ 100C đến 13,80C Lấy lọ ra, thêm vào 50g rượu đun lọ đến 75 0C nhúng vào nhiệt lượng kế trên, lần hệ thống nhiệt lượng kế tăng từ 120C đến 17,130C Tìm nhiệt dung riêng thuỷ tinh rượu Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K thau 420J/kg.K ( Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 1997 – 1998) Cách giải: Lập phương trình cân nhiệt cho hai lần nhúng Cụ thể: Lần 1: (m1c1 + m2c2)(t1 – t) = (m3c3 + m4c4)(t – t3) (1) Lần 2: (m’1c1 + m2c2)(t1 – t’) = (m3c3 + m4c4)(t’ – t4) (2) Kết hợp phương trình ta tìm c nhiệt dung riêng thuỷ tinh c nhiệt dung riêng rượu Nếu có chuyển thể chất ta phải tính thêm nhiệt lượng cần cung cấp toả Qthu Qtoả áp dụng phương trình cân nhiệt để tìm đại lượng lại Một số ví dụ: Ví dụ 1: Người ta rót vào khối nước đá khối lượng m1 = 2kg lượng nước m2 = 1kg nhiệt độ t2 = 100C Khi có cân nhiệt, lượng nước đá tăng thêm m’ = 50g Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Biết nhiệt dung riêng nước đá, nước c = 2000J/kg.K, c2 = 4200J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105J/kg.K Bỏ qua trao đổi nhiệt với dụng cụ làm thí nghiệm Cách giải: - Căn vào dự kiện toán, xác định nhiệt độ cân hệ thống (do có lượng nước đá tăng thêm nhỏ lượng nước rót vào nên nhiệt độ cuối hệ 00C) - Xác định mốc nhiệt độ vật, xác định vật toả nhiệt vật thu nhiệt - Áp dụng phương trình cân nhiệt công thức tính nhiệt lượng để tìm đại lượng mà toán yêu cầu Ví dụ 2: Một cốc hình trụ có khối lượng m, bên chứa lượng nước có khối lượng m nhiệt độ t1=10oC Người ta thả vào cốc cục nước đá có khối lượng M nhiệt độ 0oC cục nước đá tan phần ba khối lượng Rót thêm lượng nước có nhiệt độ t2 = 40oC vào cốc, cân nhiệt nhiệt độ cốc nước lại 10oC mực nước cốc có chiều cao gấp đôi chiều cao mực nước sau thả cục nước đá Hãy xác định nhiệt dung riêng c chất làm cốc Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, dãn nở nhiệt chất làm cốc Biết nhiệt dung riêng nước c = 4,2.103J/kg.độ, nhiệt nóng chảy nước đá λ=336.103J/kg ( Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2011 – 2012) Cách giải: - Do nước đá không tan hết nên cân nhiệt hệ có nhiệt độ 0oC Phương trình cân nhiệt diễn tả trình cục nước đá tan phần ba là: M M λ =m(c+c1).(10 - 0) → λ =m(c+c1).10 (1) 3 - Mặc dù nước đá tan có phần ba thấy dù nước đá có tan hết mức nước cốc không thay đổi Do lượng nước nóng đổ thêm vào để mức nước trạng thái cuối tăng lên gấp đôi phải là: m + M Ta có phương trình cân nhiệt: Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net 2M 2M λ + Mc(10 - 0) + m(c+c1)(10 - 0) = (M+m)c (40 -10) ↔ λ 3 3 +10Mc+10m(c+c1)=30(M+m)c ↔ ( λ − 20c) M = m(2c-c1)10 ↔ ( λ − 20c) M = m(2c-c1)10 (2) Từ (1) (2) ta có: → c1= λ c + c1 = → 60c2=(3λ-60c)c1 2λ − 60c 2c − c1 20c = 1400J/kg.độ λ − 60c Ví dụ 3: Thả cục nước đá 00C, có khối lượng M = 500g vào cốc A đựng 670g nước 250C Người ta thấy nước đá không tan hết Vớt cục nước đá lại cho vào cốc B đựng 709g nước nhiệt độ 400C a/ Cục nước đá có tan hết cốc B không, sao? b/ Tính nhiệt độ cuối nước cốc B Biết nhiệt dung riêng nước c = 4180 J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá ( Trích đề thi HSG TP Bảo Lộc – năm 2012 – 2013) Cách giải: Câu a: Tìm lượng nước đá lại sau có cân nhiệt bình Tính nhiệt lượng nước đá thu vào để tan chảy hoàn toàn cục nước đá nhiệt lượng nước cốc B toả hạ nhiệt độ đến 00C Căn PTCBN để so sánh khẳng định Câu b: Có hướng giải sau so sánh nhiệt lượng toả thu vào: + Tìm nhiệt lượng hệ tăng nhiệt độ 00C đến t0C Q = Qtoả - Qthu = (m1’c1 + m2c2).t + Tìm nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn tăng nhiệt độ đến t 0C Tìm nhiệt lượng nước cốc B toả hạ nhiệt độ từ 400C xuống t0C Ví dụ 4: Một bình nhiệt lượng kế nhôm có khối lượng m1 = 200g chứa m2 = 400g nước nhiệt độ t1 = 200C a/ Đổ thêm vào bình khối lượng nước m nhiệt độ t = 50C Khi cân nhiệt nhiệt độ nước bình t = 100C Tìm khối lượng nước đổ vào bình b/ Sau đó, người ta thả vào bình khối nước đá có khối lượng m3 nhiệt độ t3 = -5 C Khi cân nhiệt, thấy bình lại 100g nước đá Tìm khối lượng m khối nước đá thả vào bình Cho nhiệt dung riêng nhôm, nước, nước đá c1 = 880J/kg.K, c2 = 4200J/kg.K, c3 = 2100J/kg.K nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.10 5J/kg ( Trích đề thi HSG Huyện Đức Trọng – năm 2012 – 2013) Cách giải: a-Khi đổ m kg nước vào bình ta có : (m1c1 + m2c2)(t1 –t) = mc2(t – t2) (m1c1 + m2 c2 )(t1 − t ) c2 (t − t )  Thay số giải m ≈ 0,88(kg)  m= b Khi thả khối nước đá vào bình Do nước đá sót lại 100g chưa tan hết nên nhiệt độ bình lúc t’ = 00C Ta có phương trình cân nhiệt: (m1c1 + m2c2 + mc2)(t – t’) = m3c3(t’ – t3) + (m3-0,1) λ Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net (m1c1 + m2 c2 + mc2 )t + 0,1λ  m3 = λ − c3t3 Thay số giải m3 ≈ 0,255(kg) = 255g Ví dụ 5: Trong cục nước đá lớn 0C, có hốc tích V = 160cm Người ta rót vào hốc 60g nước nhiệt độ 75 0C Hỏi nước nguội hẳn 00C thể tích phần hốc rỗng bao nhiêu? Cho khối lượng riêng nước, nước đá 1g/cm 3, 0,9g/cm3 Nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,36J/kg (Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2005 – 2006) Cách giải: - ADPTCBN tìm khối lượng nước đá nóng chảy m - Thể tích nước đá nóng chảy thông qua công thức D = 2' => V’ V - Thể tích hốc nước đá V’’ = V + V’ m1 + m2 - Thể tích nước chứa hốc Vn = Dn => ∆V = V’’ – Vn Ví dụ 6: Trong bình nhiệt lượng kế ban đầu có chứa lượng nước m = 400g nhiệt độ t0 = 250C Người ta đổ thêm vào bình khối lượng nước m nhiệt độ tx, cân nhiệt, nhiệt độ nước t1 = 200C Sau đó, cho thêm cục nước đá có khối lượng m2 nhiệt độ t2 = - 100C vào bình cuối bình có M = 700g nước nhiệt độ 0C Bỏ qua trao đổi nhiệt chất bình với nhiệt lượng kế môi trường Hãy tìm m 1, m2 tx Cho biết nhiệt dung riêng nước, nước đá c1 = 4200J/kg.K, c2 = 2100J/kg.K nhiệt nóng chảy nước đá 336000J/kg.K (Trích đề thi vào trường chuyên khoá ngày 14/06/ 2006) Ví dụ 7: Người ta bỏ m1 = 1kg nước đá vào bình đựng m2 = 400g nước nhiệt độ t2 = C Khi cân nhiệt khối lượng nước tăng thêm m3 = 10g a/ Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá b/ Nếu nước đá hấp thụ 80% nhiệt lượng truyền phải đổ thêm khối lượng nước nhiệt độ vào bình để nước đá nóng chảy hoàn toàn 0C Cho nhiệt dung riêng nước đá c = 2100J/kg.K, nước 4200J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg ( Trích đề thi HSG Huyện Đức Trọng – năm 2003 – 2004) Ví dụ8: 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 = 2,3.106J/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường bên 1/ Tính nhiệt độ sau hỗn hợp khối lượng nước bình 2/ Nếu tiếp tục dẫn vào nhiệt lượng kế 0,4 kg nước Tính nhiệt độ sau hỗn hợp khối lượng nước bình lúc ( Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2010 – 2011) BÀI TOÁN 4: Đun nóng m(kg) chât A từ nhiệt độ t 1-> t2 loại nhiên liệu (dầu, ga, củi….) Xác định khối lượng nhiên liệu cần đốt cháy Phương pháp giải: Trang 10 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net -Xác định nhiệt lượng cần thiết để đun nóng chất A từ nhiệt độ t1 đến t2 Q1 = mC1( t2 – t1) (J) -Trường hợp lí tưởng: Q = Q1 =>khối lượng nhiên liệu cần đốt cháy : m =Q1/ q -Trường hợp có hao phí: + Nhiệt lượng cần đốt chaý là: Q= m.q.H.(Với H hiệu suất toả nhiệt) + Áp dụng Q = Q1 => khối lượng cần đốt cháy là: m =Q1/ H.q Bài tập áp dụng: Bài 1: Để đun sôi 50 lít nước từ 200C bếp than Biết hiệu suất bếp 85%.Xác định lượng than củi cần thiết để đun lượng nước Cho suất toả nhiệt than củi q = 30.106/kg Bài 2: Đun 45 lít nước từ 200C đến điểm sôi xác định hiệu suất bếp dầu Biết đun lượng nước nói trên, phảI tốn 0,5kg dầu hoả Bài 3:Dùng bếp dầu để đun sôi ấm nước nhôm khối lượng 500g chứa 5l nước nhiệt độ 200C a/ Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôI ấm nước b/ Bếp có hiệu suất 80% Tính thể tích dầu cần thiết.Cho khối lượng riêng dầu D = 800kg/m3 BÀI TOÁN 5: Xác định nhiệt lượng cần thiết để vật(chất) chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng sang từ lỏng sang Phương pháp giải: -Xác lập sơ đồ hấp thụ nhiệt: Chất (A) t1 -Q1 ->(A) tnc - Q2 ->(A)nc—Q3 >Asôi—Q4 >(A)hơi - Bài toán xem có trình hấp thụ nhiệt: + Chuyển từ nhiệt độ t1 sang nhiệt độ nóng chảy: Q1 = mc1( tnc– t1) + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy sang nóng chảy hoàn toàn: Q = m1 λ + Chuyển từ nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn đến nhiệt độ sôi: Q3 = mc2( tsôi– tnc) + Chuyển từ nhiệt độ sôi sang bốc hoàn toàn; Q4 = m.L Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho trình tổng nhiệt lượng Q= Q1+ Q2 +Q3 + Q4 Dạng tập thường kết hợp với dạng tập sử dụng phương trình cân nhiệt suất toả nhiệt nhiên liệu BÀI TOÁN 6: ĐỘNG CƠ NHIỆT Động nhiệt mà lượng nhiên liệu cháy chuyển hoá thành Bài tập thuộc dạng này, thường lại rơi vào chủ đề tính công công suất, tính hiệu suất lượng toả nhiệt nhiên liệu Hiệu suất động điện tỷ số phần lượng chuyển hoá thành công có ích động lượng toàn phần nhiên liệu cháy tạo Phương pháp giải: Áp dụng công thức sau: A =F.s P =A/t P =F.v H= Aci/ Atp Năng suất toả nhiệt nhiên liệu: Q =m.q Bài tập áp dụng: Trang 11 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net Bài 1: ô tô có công suất 15000W tính công máy sinh Biết hiệu suất máy 25% Hãy tính lượng xăng tiêu thụ để sinh công Biết suất toả nhiệt xăng 46.106/kg Bài2: Tính lượng than mà động nhiệt tiêu thụ Biết động thực công 40500kJ, suất toả nhiệt than 36.10 6J/kg hiệu suất động 10% Bài 3: Một ô tô chạy 100km với lực kéo không đổi 700N tiêu thụ hết lít xăng Tính hiệu suất động Cho khối lượng riêng xăng D = 700kg/m Bài 4: Với lít xăng, xe máy có công suất 1,4kW chuyển động với vận tốc 36km/h quãng đường dài bao nhiêu? Cho hiệu suất động 30% khối lượng riêng xăng 700kg/m3 suất toả nhiệt xăng 46.106J/kg Bài 5: Một máy bơm nước chạy nhiên liệu dầu, có suất toả nhiệt 46.106J/kg có công suất 20% Biết máy đưa 800m nước lên cao 10m Tính mức nhiên liệu cần thiết BÀI TOÁN 7: KẾT HỢP NHIỆT VÀ CƠ HỌC Phương pháp giải: Áp dụng công thức sau: - Điều kiện vật nổi, chìm công thức tính lực đẩy Ác si mét - Khối lượng riêng : D = - Trọng lượng riêng : d = m => m = DV V p => P = dV V - Diện tích hình tròn: S = π R2 - Thể tích hình trụ: V = S.h - Thể tích hình cầu: V= π R 3 - Viết phương trình cân nhiệt dựa công thức tính nhiệt lượng để giải toán Một số ví dụ: Ví dụ 1: Trong bình kín có cục nước đá khối lượng M = 0,1kg mặt nước, cục nước đá có cục chì khối lượng m = 5g Hỏi phải tốn nhiệt lượng để cục chì bắt đầu chìm xuống nước Cho khối lượng riêng chì 11,3g/cm 3, nước đá 0,9g/cm3, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.10 5J/kg.K Nhiệt độ nước bình 00C Cách giải - Để cục chì bắt đầu chìm, không cần toàn cục nước đá tan hết Chỉ cần trọng lượng riêng trung bình nước chì nhỏ trọng lượng riêng nước M +m  10( ) ≤ 10Dn Với M1 khối lượng nước đá bắt đầu chìm V M1 m + V thể tích nước đá chì: V = Dd Dch M1 m +  M1 + m ≤ Dn ( ) Dd Dch ( Dch − Dn ) Dd  M1 ≤ m ( Dn − Dd ) Dch  Khối lượng nước đá phải tan là: ∆ M = M – M1  Nhiệt lượng cần thiết: Q ≥ ∆M λ Hay: Để cục chì bắt đầu chìm: P1 + Pch = FA  10M1 + 10m = 10Dn ( V1 + Vch) Trang 12 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net M1 m + ) Dd Dch Dn Dn  M1 (1 ) = m( - 1) Dd Dch ( Dch − Dn ) Dd  M1 ≤ m ( Dn − Dd ) Dch  Khối lượng nước đá phải tan là: ∆ M = M – M1  Nhiệt lượng cần thiết: Q ≥ ∆M λ Ví dụ 2: Người ta đặt viên bi đặc sắt bán kính R = 6cm nung nóng đấn nhiệt độ t = 3250C lên khối nước đá lớn 0C Hỏi viên bi chui vào nước đá đến độ sâu bao nhiêu? Bỏ qua dẫn nhiệt nước đá nóng lên nước đá tan Cho khối lượng riêng sắt D = 7800kg/m 3, nước đá D0 = 915kg/m3 Nhiệt dung riêng sắt 460J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.10 5J/kg Cách giải - Do khối lượng tảng nước đá lớn nên cân nhiệt nhiệt độ nước đá C - Nhiệt lượng khối sắt toả để hạ nhiệt độ xuống 00C Q = mc (t- 0) = D.V ct  Q = π R Dct - Nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng chảy là: Q0 = m λ - Áp dụng PTCBN ta có : π R Dct = m0 λ 3 4π R Dct  m0 = 3λ m0 4π R Dct = - Thể tích đá tan : Vt = D0 3λ D0 - Từ Vt mấu chốt giúp HS tìm độ sâu mà viên bi chui vào Ví dụ 3: Một bình cách nhiệt hình trụ chứa khối nước đá cao 25cm nhiệt độ -20 0C Người ta rót nhanh lượng nước vào bình đến mặt nước cách đáy bình 45cm Khi cân mực nước bình giảm 0,5cm so với vừa rót xong Cho biết khối lượng riêng nước nước đá D n = 1000kg/m3, Dđ = 900kg/m3 Nhiệt dung riêng nước, nước đá, nhiệt nóng chảy nước đá tương ứng : 4200J/kg.K, 2100J/kg,K 3,4.105J/kg Xác định nhiệt độ nước rót vào Cách giải + Xác định nước đá tan chảy hay tăng thêm từ xác định nhiệt độ cân [ Mực nước bình giảm so với vừa rót nước đá bình tan thành nước (Dđ < Dn) ] + Khối lượng nước đá tan dựa vào công thức tính KLR thể tích hình trụ mđ = mn  ShDđ = S(h – 0,005)Dn với h chiều cao cột nước đá tan + Vận dụng công thức tính nhiệt lượng thu vào toả nước nước đá + Áp dụng PTCBN giải toán theo yêu cầu Tương tự với toán GV thay đổi dự kiện để tìm nhiệt độ ban đầu nước đá, nhiệt dung riêng Hay cho dự kiện nước bình tăng có cân nhiệt  M1 + m = Dn ( Trang 13 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net BÀI TOÁN 8: KẾT HỢP NHIỆT VÀ ĐIỆN HỌC Phương pháp giải: Áp dụng công thức sau: - Công thức tính nhiệt lượng toả : Q = Pt = U2 R - Viết phương trình cân nhiệt dựa công thức tính nhiệt lượng để giải toán Một số ví dụ: Ví dụ 1: Trong bếp điện có hai dây điện 2r trở mắc sơ đồ hình vẽ bên.Người ta đóng khóa K vào vị trí để đun sôi ấm nước đầy Sau người r ta đóng khóa K vào vị trí đun sôi ấm nước đầy So sánh thời gian hai lần đun sôi ấm nước K Cách giải Gọi U hiệu điện hai đầu bếp điện, R điện trở bếp điện P công suất bếp điện Ta có P = U2 R Khi khóa K vị trí 1, dòng điện chạy qua điện trở 2r Do R1 = 2r nên P1 = U2 (1) 2r Khi khóa K vị trí 2, dòng điện chạy qua hai điện trở mắc nối tiếp r 2r U2 (2) 3r P1 = Từ (1) và(2) ta có : P2 Do R2 = 3r nên P2 = Trong hai lần đun nước, nhiệt lượng bếp cung cấp cho nước nhau, đó: P1t1 = P2t2 ⇒ t1 = 1,5t2 Ví dụ 2: Đun sôi ấm nước bếp điện có hiệu suất 100% Ấm toả nhiệt không khí, nhiệt lượng hao phí tỉ lệ thuận với thời gian đun Khi đun hiệu điện U1 = 200V sau phút nước sôi, U2 = 100V sau 25 phút nước sôi Hỏi đun U3 = 150V sau nước sôi Cách giải - Xác định công suất toả nhiệt trường hợp ấm không đổi Tuy nhiên nhiệt lượng ấm toả môi trường trường hợp khác nhau, thời gian đun khác - Viết công thức tính nhiệt lượng toả bếp nhiệt lượng nước thu vào ứng với trường hợp - Trong trường hợp nhiệt lượng nước thu vào để sôi Kết hợp phương trình tìm công suất toả nhiệt môi trường tìm thời gian đun trường hợp thứ t(0C) Ví dụ 3: Một bình cách nhiệt có dây đốt nóng bên chứa 2kg nước đá 2kg chất X dễ nóng chảy không hoà tan nước Nhiệt độ bình -40 0C, dây đốt nóng bắt đầu hoạt động ( Công suất toả nhiệt dây đốt nóng không đổi) Nhiệt độ bình biến D thiên theo thời gian đồ thị hình bên Nhiệt dung 0riêng nước đá 2000J/kg.K Hãy xác định nhiệt nóng chảy chất rắn X nhiệt dung riêng chất X thể lỏng Biết nhiệt dung riêng chất X thể rắn 1000J/kg.K (Trích đề thi HSG B TỉnhC– năm 2004 – 2005) -20 Cách giải Trang 14 -40 A 12 t(ph) Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net - Xác định công suất toả nhiệt bếp P không đổi - Xác định thời gian cho gai đoạn cung cấp nhiệt T1, T2, T3 - Xác định trình thu nhiệt chuyển thể chất giai đoạn - Viết phương trình nhiệt cho giai đoạnAB, BC, CD - Vận dụng kĩ toán học để giải toán theo yêu cầu Ví dụ 4: Một ấm điện có điện trở R1 R2 Nếu mắc R1 R2 nối tiếp với thời gian đun sôi nước đựng ấm 50 phút Nếu R R2 mắc song song với thời gian đun sôi nước ấm lúc 12 phút Bỏ qua nhiệt với môi trường điều kiện đun nước Hỏi dùng điện trở thời gian đun sôi nước tương ứng bao nhiêu? Biết hiệu điện U không đổi BÀI TOÁN 9: ĐỒTHỊ NHIỆT LƯỢNG – NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỒ THỊ SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO THỜI GIAN Phương pháp giải: - Đọc đồ thị kết hợp với kiến thức nhiệt học để xác định trạng thái vật giai đoạn - Ứng với giai đoạn, viết phương trình tính nhiệt nhiệt lượng thu vào toả - Vận dụng kĩ toán học để giải toán theo yêu cầu Một số ví dụ:  Ví dụ1: Sự biến thiên nhiệt độ khối nước đá đựng ca nhôm cho đồ t(0C thị hình vẽ bên Tính khối lượng nước đá khối lượng ca Nhôm Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K,Nhôm 880J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg Q(kJ) Cách giải 170 175 - Đọc đồ thị xác định được: + Nhiệt độ ban đầu nước đá 00C, nhiệt độ sau 20C + Nhiệt lượng nước đá thu thu vào để nóng chảy Q1 = 170kJ = m λ  m nước đá + Nhiệt lượng để nước ca nhôm tăng nhiệt độ là: Q2 = Q – Q1 = 175 -170 = 5kJ Q2 = (mc + m’c’) (t -0)  Khối lượng ca nhốm m’ t(0C)  ví dụ2: Tương tự với dạng đồ thị sau: Cách giải - Tương tự ví dụ 1, ý tính khối lượng 100 nước có ca thông qua đoạn AB A B 196 Q(kJ Trang 15 ) 656 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net  Ví dụ 3: Dùng thiết bị nung nóng khối t(0C) chì Đồ thị biểu diễn nóng chảy chì biểu diễn hình vẽ a/ Xác định nhiệt độ nóng chảy chì 327 b/ Xác định nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 0,5kg chì nóng chảy hoàn toàn Cho nhiệt dung riêng chì 125J/kg.K, nhiệt nóng chảy chì 21000J/kg 50 t(ph) Cách giải - Trên đồ thị khoảng thời gian cung cấp nhiệt lượng nhiệt độ chì không đổi Do nhiệt độ điểm nóng chảy Vậy nhiệt độ nóng chảy chì 3270C - Nhiệt lượng cần thiết để chì nóng chảy hoàn toàn Q = mc (t2 – t1) + m λ  Ví dụ 4: Người ta đổ m = 40g chất lỏng vào cốc kim loại, bắt đầu đun nóng đèn cồn, liên tục đo nhiệt độ cốc thu đồ thị phụ thuộc nhiệt độ cốc vào thời gian hình vẽ Xác định nhiệt dung riêng cx nhiệt hoá Lx chất lỏng Biết giây đèn cồn đốt hết 11mg cồn có suất toả nhiệt q = 27kJ/g Bỏ qua nhiệt lượng hao phí toả môi trường Cách giải - Dựa vào đồ thị ta thấy: + Thời gian đun chất lỏng từ 200C đến 800C ( điểm sôi) thời gian t = 60s + Thời gian để chất lỏng hoá hoàn toàn nhiệt độ sôi t’ = 120s - Nhiệt lượng đèn cồn cung cấp làm tăng nhiệt độ chất lỏng m 'qt Q = m’qt = mcx(t2 – t1)  cx = m(t2 − t1 ) - Nhiệt lượng đèn cung cấp để chất lỏng hoá hơi: m 'qt ' Q’ = m’qt’ = mLx  Lx = m t0 C 140 80 20 t(s) 60  Ví dụ 5: Sự biến thiên nhiệt độ theo nhiệt lượng t 0C toả trình nước thành nước thành nước đá vẽ đồ thị hình vẽ Hãy xác định khối lượng ban đầu nước khối lượng nước đá hình thành 100 Cách giải + Ứng với đoạn AB: nước ngưng tụ Nhiệt lượng nước toả Q1 = 2,76 106 J 180 240 Q(106J) 2,76 3,434 Trang 16 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net Q1 L + Ứng với đoạn BC: nước hạ nhiệt độ đến 00 c Q2 = cm ∆ t = 0,504 106J + Ứng với đoạn CD: phần nước đông đặc: Q3 = Q - (Q1 + Q2) Q  m’ = λ  Ví dụ 6: t 0C Cho đồ thị biểu diễn thay đổi nhiệt độ Của khối chất lỏng theo nhiệt lượngđược cung cấp 80 Biết NDR chất lỏng c = 2500J/kg.K a/ Xác định nhiệt hoá chất lỏng b/ Hãy nêu cách xác định nhiệt hoá chất lỏng thực nghiệm với dụng cụ: 20 Cốc, bếp đun, nhiệt kế, đồng hồ bấm giây Nhiệt dung c chất lỏng xem biết Bỏ qua nhiệt cung cấp cho cốc 12,6 1,8 bếp toả nhiệt cách đặn (Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2007 – 2008)  Ví dụ 7: Sự biến thiên nhiệt độ khối nước đá đựng ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp cho đồ thị bên Tìm khối lượng nước đá khối lượng ca nhôm Cho: Cnước = 4200 J/Kg.K; Cnước đá = 1800J/Kg.K; t0C Cnhôm= 880J/Kg.K; λnước đá= 3,4.105J/Kg + Khối lượng nước ban đầu m = x105 (J) O (Trích đề thi HSG Tỉnh – năm 2009 – 2010) 896 70752 Q(J) -2 BÀI TOÁN 10: THỰC HÀNH NHIỆT Phương pháp giải: - Vận dụng kiến thức phương trình cân nhiệt, công thức tính nhiệt lượng, công thức tính nhiệt nóng chảy – nhiệt hoá hơi, công suất toả nhiệt bếp kết hợp với thao tác thực thí nghiệm để giải toán Một số ví dụ:  Ví dụ1: Trình bày cách xác định nhiệt hoá chất lỏng thực nghiệm với dụng cụ: Cốc, bếp đun, nhiệt kế, đồng hồ bấm giây Nhiệt dung c chất lỏng xem biết Cách giải - Dựa vào công thức tính nhiệt lượng cần cung cấp cho chất lỏng hoá hoàn toàn Q nhiệt độ sôi Q = m.L  L = nên ta thực sau: m + Lấy cốc chất lỏng, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ ban đầu t10C Trang 17 Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net + Đun cốc chất lỏng bếp sôi Dùng nhiệt kế xác định nhiệt độ sôi chất lỏng t20C Nhờ đồng hố bấm giây ta xác định thời gia đun chất lỏng sôi T1 + Tiếp tục đun, ta xác định thời gian T kể từ lúc chất lỏng sôi hoá hoàn toàn Bỏ qua thu nhiệt cốc xem bếp toả nhiệt mộc cách đặn ta có: Q1 = PT1 = mc(t2 – t1) (1) Với P công suất toả nhiệt nguồn nhiệt Q2 = PT2 = mL (2) c(t2 − t1 )T2  Từ (1) (2) ta có: L = T1  Ví dụ 2: Xác định nhiệt dung riêng dầu Biết dụng cụ cần có là chai dầu cần xác định nhiệt dung riêng, bình nước (biết nhiệt dung riêng nước), hai cốc thủy tinh giống nhau, cân rôbecvan hộp cân, cát khô, nhiệt lượng kế (biết nhiệt dung riêng chất làm cốc nhiệt lượng kế), nhiệt kế, nguồn nhiệt ( Trích đề thi HSG TP Bảo Lộc – Năm 2013 – 2014) Cách giải - Dùng cân Rôbecvan xác định khối lượng bình nhiệt lượng kế, khối lượng nước khối lượng dầu Sao cho mK = mn = md = m - Dùng nguồn nhiệt đun nước đến nhiệt độ t1 - Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ ban đầu dầu t2 - Đổ dầu vào nước khuấy xác định nhiệt độ cân t - ADPTCBN ta có : (mcK + mcn)(t1 – t) = mcd(t – t2) (cK + cn )(t1 − t )  cd = (t − t2 )  Ví dụ 3: Xác định nhiệt nóng chảy nước đá với dụng cụ: bình chia độ, nhiệt kế, cốc nước, cục đá tecmôt có nước, khăn búa Cách giải - Đập nước đá thành vụn nhỏ, dùng khăn hút đổ nước đá 0C vào tecmốt chứa nước tích V1 vừa đủ để nước đá nóng chảy hoàn toàn thành nước 00C - Gọi khối lượng nước đá m1 nước m2 ta có: m2ct m1 λ = m2c(t - 0)  λ = m1 ( Xác định khối lượng ban đầu nước BCĐ trước đổ vào tecmốt, sau nước đá nóng chảy hoàn toàn để từ suy khối lượng nước đá thông qua thể tích) HẾT Trang 18 ... lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh nhiệt độ hai vật cân bằng: Qtoả = Qthu Từ nhận xét ta có phương pháp giải sau vật chuyển thể: - Xác định rõ ràng vật toả nhiệt, vật thu nhiệt( vật có nhiệt... tăng nhiệt độ vật( toả hay thu nhiệt) từ cân nhiệt Nhận xét: Khi để vật có nhiệt độ cao tiếp xúc với vật có nhiệt độ thấp chúng trao đổi nhiệt với nhau, thông thường vật nóng nguội vật lạnh nóng... đầu lớn vật toả nhiệt, vật có nhiệt độ ban đầu nhỏ vật thu nhiệt) - Viết phương trình nhiệt lượng( toả hay thu vào) vật Trang Diễn đàn dạy học: http://buiphan.net - Giả sử nhiệt độ hai vật cân