Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh khá, giỏi lớp 8 giải bài tập phần nhiệt học

Về phần nhiệt học, hiện nay đã có nhiều tài liệu trên mạng, sách thamkhảo về bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý nhưng hầu hết còn ít bài tập, chưa chianhỏ và rõ các dạng, thứ tự sắp xếp các

MỤC LỤC

PHÒNG GIÁO DỤC ĐÀO TẠO YÊN ĐỊNH

TRƯỜNG THCS QUÝ LỘC

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH KHÁ GIỎI

LỚP 8 GIẢI BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC

Người thực hiện:Nguyễn Thị Thanh Thùy Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Quý Lộc SKKN thuộc môn: Vật lý

Năm 2017

MỤC LỤC Trang

1 Mở đầu 1

2 Nội dung 3

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến 3

2.2 Thực trạng của vấn đề 3

2.3 Giải pháp thực hiện 3

2.3.1 Dạng 1.Bài tập về PTCBN khi chưa biết vật tỏa, thu nhiệt 3

2.3.1.1 Giải bài toán bằng cách giả sử 4

2.3.1.2 Giải bài toán bằng cách lập luận tìm vật tỏa, thu nhiệt 4

2.3.2 Dạng 2 Bài tập về PTCBN khi đã biết vật tỏa, thu nhiệt 4

2.3.2.1 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với các vật có cùng nhiệt độ ban đầu ( trao đổi xong lấy vật ra) 4

2.3.2.2 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với các vật có cùng nhiệt độ ban đầu ( trao đổi xong không lấy vật ra) 6

2.3.2.3 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với 2 vật có nhiệt độ khác nhau 7

2.3.3 Dạng 3 Bài tập về phương trình cân bằng nhiệt khi có sự chuyển thể của các chất 12 2.3.3.1 Bài toán chuyển thể của nước và nước đá ở 00C 12

2.3.3.2 Bài toán chuyển thể của nước và hơi nước ở 1000C 13

2.3.4 Dạng 4.Bài tập về sự chuyển thể kết hợp với lực đẩy Ác- si- mét 14

2.3.5 Dạng 5 Bài tập về đồ thị 14

2.3.6 Dạng 6.Bài tập về hệ số tỏa nhiệt 15

2.3.6.2 Nguồn nhiệt cung cấp là đại lượng không đổi P 15

2.3.6.1 Nguồn nhiệt cung cấp tính theo công suất nhiệt của điện trở P = I2 R 15

2.3.6.3 Nguồn nhiệt cung cấp dưới dạng Q = µC.∆t 16

2.3.7 Dạng 7 Bài tập thực nghiệm về nhiệt học 17

2.3.7.1 Xác định nhiệt dung riêng của vật rắn 17

2.3.7.2 Xác định nhiệt dung riêng của chất lỏng 17

2.3.7.3 Xác định nhiệt nóng chảy của một chất 17

2.3.7.4 Xác định nhiệt hóa hơi của một chất 18

2.3.7.5 Xác định khối lượng các chất có trong hợp kim 18

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 19

3 Kết luận, kiến nghị 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa Vật lý 8( Bộ GD - ĐT)

2 Sách giáo viên Vật lý 8( Bộ GD - ĐT)

3 Bài tập vật lý 8 ( Bộ GD – ĐT)

4 Chuẩn kiến thức kỹ năng Vật lý 8 (Bộ GD - ĐT)

5 500 Bài tập vật lý THCS – Phan Hoàng Văn- NXB ĐHQG TP HCM

6 Tuyển chọn đề thi HSG THCS Vật lý – Nguyễn Đức Tài – NXB ĐHSP

7 Tuyển chọn đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chuyên môn Vật lý – Nguyễn Quang Hậu – NXB Hà Nội

8 Tuyển chọn đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chuyên môn Vật lý - Nguyễn Đức Tài – NXB ĐHSP

9 Tạp chí vật lý tuổi trẻ

10 Một số đề thi học sinh giỏi cấp huyện, tỉnh

11 Các chuyên đề, tài liệu của đồng nghiệp

DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SKKN ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG CẤP PHÒNG GDĐT, SỞ GDĐT

VÀ CÁC CẤP CAO HƠN ĐÁNH GIÁ

1 Sử dụng sơ đồ tư duy trong

môn Vật lý để ghi nhớ và khắc

sâu kiến thức cho học sinh lớp 8

1- Mở đầu

1.1 Lý do chọn đề tài

Nghị quyết TW II khóa VIII đã nêu rõ mục tiêu giáo dục là nâng cao chấtlượng giáo dục, đổi mới nội dung và phương pháp, rèn luyện thành nếp tư duysáng tạo cho người học Trong mục tiêu ấy thì công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

là một nhiệm vụ then chốt trong mỗi nhà trường, với mỗi giáo viên Có thể nói,kết quả bồi dưỡng học sinh giỏi phụ thuộc vào hai yếu tố quan trọng đó là thầy

và trò Tuy nhiên, khả năng tư duy, nhận dạng, phân loại bài toán để xác địnhđược yêu cầu của bài toán là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh vì thờigian học trên lớp ít và các em chưa làm quen với tư duy trừu tượng

Để công tác dạy học đạt kết quả cao, người thầy phải không ngừng họctập, bồi dưỡng chuyên môn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề Vì vậy, trong quátrình giảng dạy giáo viên phải xây dựng được một hệ thống bài tập có logic vàphương pháp giải phù hợp cho từng loại bài tập Đặc biệt lưu ý trong quá trìnhbiên soạn, giảng dạy giáo viên phải chú ý đến các cách giải khác nhau cũng nhưsai lầm hay chỗ yếu mà học sinh chưa biết cách khai thác

Với bộ môn vật lý, một môn học khoa học tự nhiên vừa áp dụng toán họcvừa liên quan đến các sự vật hiện tượng vật lý rất gần gũi với các em Tuynhiên, nếu người thầy khai thác không khéo, hệ thống bài tập và phương phápkhông phù hợp thì cũng rất khó để các em thấy yêu thích và say mê Có thể dễdàng nhận thấy vật lý THCS được chia làm bốn mảng lớn: Cơ học, Nhiệt học,Điện học, Quang học

Về phần nhiệt học, hiện nay đã có nhiều tài liệu trên mạng, sách thamkhảo về bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý nhưng hầu hết còn ít bài tập, chưa chianhỏ và rõ các dạng, thứ tự sắp xếp các dạng bài tập một cách logic cũng như cácđiểm cần lưu ý cho học sinh trong quá trình làm bài tập Đây chính là điều màtrong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy rất cần thiết với giáo viên và học sinh

Vì những lí do trên tôi mạnh dạn thực hiện và viết đề tài “Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh khá, giỏi lớp 8 giải bài tập phần nhiệt học”

1.3 Đối tượng nghiên cứu:

Các dạng bài tập nhiệt học, học sinh tham gia đội tuyển học sinh giỏi Vật

lý trường THCS Quý Lộc, Yên Định, Thanh Hóa

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu kĩ chương trình, các tàiliệu về Nhiệt học vật lý THCS

- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: Khảo sát thực trạng, năng lực hệthống và giải bài tập nhiệt học của học sinh

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm trong thực tiễn giảng dạy

- Phương pháp thống kê, xử lí số liệu: Chấm bài để đánh giá mức độ tiếpthu kiến thức và vận dụng của học sinh trước và sau khi áp dụng sáng kiến kinhnghiệm.

1.5 Những điểm mới của sáng kiến:

- Hệ thống bài tập chi tiết, tỉ mỉ đến từng dạng nhỏ nhất, hợp lí nhất

- Có nhiều cách giải khác nhau đảm bảo đúng bản chất vật lý của sự vật,hiện tượng; trong đó có những cách giải hay và gọn

- Có kèm phương pháp hướng dẫn học sinh; những lưu ý một số sai lầmhọc sinh hay mắc phải khi giải bài tập

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Bài tập vật lý là một vấn đề đặt ra đòi hỏi người học phải giải quyết nhờnhững suy luận logic, phép tính toán và những thí nghiệm dựa trên các định luật

và phương pháp vật lý Có thể phân loại bài tập vật lý theo các cách sau:

- Dựa vào phương tiện giải : Bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thínghiệm (không nghiên cứu), bài tập đồ thị

- Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật

lý thành các dạng: Bài tập cơ bản, áp dụng, bài tập tổng hợp và nâng cao

Trình tự giải một bài tập vật lý:

Bước 1 Tìm hiểu kĩ đề bài

Bước 2 Xác lập mối quan hệ cơ bản giữa các dữ liệu

Bước 3 Rút ra kết quả cần tìm

Bước 4 Kiểm tra lại kết quả về tính toán, đơn vị, sự phù hợp với thực tế

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Qua thực tiễn dạy và học, tôi nhận thấy giáo viên và học sinh còn gặplúng túng trong quá trình giải bài tập vật lý phần nhiệt học, học sinh chưa tìmđược chỗ sai của cách giải, có bài tập giải được nhưng lại biến đổi dài dòngphức tạp Việc phân dạng và hệ thống hóa các dạng bài tập nhiệt học cho họcsinh giỏi trong các tài liệu chưa thật sự đầy đủ, rõ ràng; chưa khái quát hóa cácdạng một cách tỉ mỉ và đầy đủ nhất cho học sinh trong quá trình học cũng như

ôn tập nên kết quả kiểm tra phần nhiệt học chưa cao

Kết quả cụ thể như sau:

Thời điểm

Số BT làm được

- Giải theo các cách khác nhau để chỉ rõ cho học sinh thấy tính đúng đắncủa các định luật, công thức vật lý mà cụ thể nhất là tính đúng đắn của định luậtbảo toàn năng lượng trong phần nhiệt học

- Phân tích tìm ra chỗ sai, chỗ nhầm lẫn khi phân tích hiện tượng và ápdụng công thức vật lý vào hiện tượng của bài toán

2.3.1 Dạng 1 Bài tập về phương trình cân bằng nhiệt khi chưa biết vật nào tỏa nhiệt, vật nào thu nhiệt.

2.3.1.1 Giải bài toán bằng cách giả sử.

Ví dụ 1 : Một hệ vật gồm n vật có khối lượng mỗi vật lần lượt là m1 , m2 , ,mn

ở nhiệt độ ban đầu t1, t2 , , tn được làm bằng các chất có nhiệt dung riêng c1 ,

c2 , , cn trao đổi nhiệt với nhau Tìm nhiệt độ cân bằng của hệ ?

Hướng dẫn giải : Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ Giả sử trong hệ có k vật đầutiên tỏa nhiệt, (n-k) vật sau thu nhiệt Theo pt cân bằng nhiệt : Qtỏa = Qthu

Ví dụ 2 : Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hóa học với nhau có khối

lượng lần lượt là: m1 = 1kg , m2 = 2kg , m3 = 3kg Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độcủa chúng lần lượt là: c1 = 2000J/kg.K , t1 = 100C; c2 = 4000J/kg.K , t2 = 200C; c3 =3000J/kg.K , t3 = 400C Hãy tìm nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt

Hướng dẫn giải :Giả sử vật m3 tỏa nhiệt, 2 vật còn lại thu nhiệt Từ PTCBN t = 28,420C

2.3.1.2 Giải bài toán bằng cách lập luận tìm ra vật tỏa nhiệt, vật thu nhiệt

Ví dụ: (Chuyên ĐHQG Hà Nội 2009) Cho 3 bình nhiệt lượng kế,mỗi bình chứacùng một lượng nước như nhau m= 1kg Bình 1 chứa nước ở nhiệt độ t1 =400C,bình 2 ở nhiệt độ t2 =350C, còn bình 3 ở nhiệt độ t3 chưa biết Lần lượt đổ khốilượng nước ∆m từ bình 1 sang bình 2, sau đó từ bình 2 sang bình 3 và cuối cùng

từ bình 3 sang bình 1 Khi cân bằng nhiệt thì 2 trong 3 bình có cùng nhiệt độ t =

360C Bỏ qua hao phí Tìm t3 và ∆m? [7]

Hướng dẫn giải: Vì trút nước từ bình 2 sang bình 3 nên khi cân bằng nhiệt, bình

2 và 3 không thể cùng ở 360C Tương tự, 2 bình 1,3 không thể cùng ở 360C Do

đó, chỉ có 2 bình 1,2 cùng cân bằng nhiệt ở 360C : t2’=t1’ = t’ = 360C.Bình 3 cânbằng nhiệt ở nhiệt độ t3’

Sau quá trình trút nói trên khối lượng các bình không đổi chỉ có nhiệt độ thay đổi.Nhiệt lượng bình 1 tỏa ra: Q1 tỏa = m ( t1 – t1’) = m ( 40 – 36 ) = 4m

Nhiệt lượng bình 2 thu vào: Q2 thu = m ( t2’ – t2) = m ( 36 – 35) = m

Vì Q1 tỏa > Q2 thu nên bình 3 thu nhiệt:Q3 thu= m (t3’- t3 ) = Q1 tỏa – Q2 thu = 4m – m = 3m.Suy ra t3’ – t3 = 30C

PT cân bằng nhiệt khi trút lượng nước ∆m từ bình 1 sang bình 2:

∆m.c (40 – 36) = m.c (36 – 35) → ∆m = m/4 = 0,25kg

PT cân bằng nhiệt khi trút lượng nước ∆m từ bình 1 sang bình 2:

∆m.c (36 – t3’ ) = m.c (t3’ – t3 )→0,25 c (36 - t3’ ) = 1.c 3→ t3’ = 240C Suy ra t3 = 210C

2 .3.2 Dạng 2: Bài tập về phương trình cân bằng nhiệt khi đã biết vật nào tỏa nhiệt, vật nào thu nhiệt.

2.3.2.1 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với các vật có cùng nhiệt độ ban đầu (trao đổi xong lấy vật ra cho trao đổi nhiệt với vật tiếp theo).

Ví dụ 1: Một người thả một chai sữa của trẻ em vào phích nước ở nhiệt độ t = 400C Saumột thời gian, chai sữa nóng tới t1 = 360C, người ta lấy chai sữa này ra và thả vào phích mộtchai sữa thứ hai giống chai sữa trên Hỏi chai sữa thứ hai này sẽ được làm nóng đến nhiệt

độ nào ? Biết rằng trước khi thả vào phích , các chai sữa đều có nhiệt độ t0 = 180C [6]

Hướng dẫn giải Gọi q0, q lần lượt là nhiệt dung của chai sữa, phích nước

t2 là nhiệt độ cân bằng sau khi thả vào phích nước của chai sữa thứ hai

PTCBN khi thả chai sữa thứ nhất vào phích :

q0(t1 – t0) = q(t–t1) ↔ q0(36 – 18) = q(40–36) (1)

PTCBN khi thả chai sữa thứ hai vào phích :

q0(t2 – t0) = q(t–t2) ↔ q0(t2 – 18) = 4,5q0 (36–t2) (2)

Từ (1) tính được q = 4,5q0 Thay q = 4,5q0 vào (2) tính được t2 = 32,720C

Ví dụ 2(Hải Dương):Có ba chai sữa giống nhau, đều có nhiệt độ t0 = 200C Người

ta thả chai sữa thứ nhất vào phích đựng nước ở nhiệt độ t = 420C Khi đạt cânbằng nhiệt, chai sữa thứ nhất nóng tới nhiệt độ t1 = 380C, lấy chai sữa này ra vàthả vào phích nước đó một chai sữa thứ hai Đợi đến khi cân bằng nhiệt xảy ra,người ta lấy chai sữa ra rồi tiếp tục thả chai sữa thứ ba vào Hỏi ở trạng thái cânbằng nhiệt chai sữa thứ ba này có nhiệt độ là bao nhiêu? Giả thiết không có sựmất mát năng lượng nhiệt ra môi trường xung quanh

Hướng dẫn giải : Gọi q là nhiệt lượng do phích nước tỏa ra để hạ nhiệt độ xuống

10C, q0 là nhiệt lượng để chai sữa tăng lên 10C

Gọi t2, t3 lần lượt là nhiệt độ cân bằng sau khi thả vào phích nước của chai sữa thứ 2 và 3+ Sau lần đổ thứ nhất: q (t – t1) = q0 (t1 –t0) ↔ q (42 – 38) = q0(38 – 20 ) (1)

+ Sau lần đổ thứ hai: q (t1 – t2) = q0(t2 –t0) ↔ q (38 – t2 ) = q0(t2 – 20 ) (2)

+ Sau lần đổ thứ ba: q (t2 – t3) = q0(t3 –t0) ↔ q (t2 – t3 ) = q0(t3 – 20 ) (3)

Từ (1) tính được q = 4,5q0 Thay vào (2) tính được t2 = 34,70C, t3  32,040C

Ví dụ 3(ĐHQG Hà Nội 2008) : Có một số chai sữa hoàn toàn giống nhau, đều

đang ở nhiệt độ tx0C người ta thả từng chai lần lượt vào một bình cách nhiệt chứa nước, sau khi cân bằng nhiệt thì lấy ra rồi thả chai khác vào Nhiệt độ nướcban đầu trong bình là t0 = 360C, chai thứ nhất khi lấy ra có nhiệt độ t1 = 330C, chai thứ hai khi lấy ra có nhiệt độ t2 = 30,50C Bỏ qua sự hao phí nhiệt

a, Tìm nhiệt độ tx

b, Đến chai thứ bao nhiêu thì khi lấy ra nhiệt độ nước trong bình bắt đầu nhỏ hơn 260C

Hướng dẫn giải : Gọi q1 là nhiệt lượng tỏa ra của nước trong bình khi nó giảm

10C; q2 là nhiệt lượng thu vào của chai sữa khi nó tăng lên 10C

a.Phương trình cân bằng nhiệt giữa bình với chai sữa thứ nhất:q1(t0 – t1) = q2 (t1 – tx)

(1)

Phương trình cân bằng nhiệt giữa bình với chai sữa thứ 2: q1 (t0 – t1) = q2 (t2 – tx) (2)

Chia (1) và (2) rồi thay số với t0 = 360C, t1 = 330C, t2 = 30,50C ta được: tx = 180C

b Thay tx = 180C vào (1) và (2) 2

1

1 5

q q

q

q  18 5 .(36 18) 26 n 5

6

n n

2.3.2.2 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với các vật có cùng nhiệt độ ban đầu (trao đổi xong không lấy vật ra mà tiếp tục cho trao đổi nhiệt với vật tiếp theo).

PP : Cách 1 : Lần 1 vật chính ở nhiệt độ t trao đổi nhiệt với một vật có nhiệt độ t 0 đạt đến nhiệt độ t 1 Lần thứ hai, vật chính và một vật mới ở nhiệt độ t 1 trao đổi nhiệt với một vật thứ hai có nhiệt độ t 0 đạt đến nhiệt độ t 2 Tương tự cho các lần sau, vật chính

và hai vật mới ở nhiệt độ t 2 trao đổi nhiệt với một vật thứ ba có nhiệt độ t 0 đạt đến nhiệt độ

t 3

Cách 2 : Ta có thể xem lần 1 vật chính ở nhiệt độ t trao đổi nhiệt với một vật có nhiệt

độ t 0 đạt đến nhiệt độ t 1 Lần thứ hai, xem vật chính ở nhiệt độ t trao đổi nhiệt với hai vật có nhiệt độ t 0 đạt đến nhiệt độ t 2 Tương tự cho các lần sau, xem vật chính ở nhiệt độ t trao đổi nhiệt với ba vật có nhiệt độ t 0 đạt đến nhiệt độ t 3

Ví dụ 1(QH Huế): Một nhiệt lượng kế ban đầu không chứa gì, có nhiệt độ t0 Đổvào nhiệt lượng kế một ca nước nóng thì thấy nhiệt độ của nhiệt lượng kế tăngthêm 50C Lần thứ hai, đổ thêm một ca nước nóng như trên vào thì thấy nhiệt độ củanhiệt lượng kế tăng thêm 30C nữa Hỏi nếu lần thứ ba đổ thêm vào cùng một lúc 5 canước nóng nói trên thì nhiệt độ của nhiệt lượng kế tăng thêm bao nhiêu độ nữa?

Hướng dẫn giải

Gọi: q là nhiệt dung của nhiệt lượng kế, t là nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng kế

q0 là nhiệt dung của một ca nước nóng , t0 là nhiệt độ của nước nóng

Cách 1 : Viết phương trình cân bằng nhiệt theo thứ tự trao đổi nhiệt lần lượt

Khi đổ thêm một ca nước nóng: q.[t – (t1 +5)] = 5q0 (1)

Khi đổ thêm 1 ca nước nóng lần 2: q [t – (t1 +5 + 3)] = 3( q0 + q ) (2)

Khi đổ thêm 5 ca nước nóng lần ba: 5q [t – (t0 +5 + 3+t )] = (q0 + 2q) t (3)

Từ (1) và (2) ta có: 5q0 – 3q = 3q0 + 3q ↔ q0 = 3 q (4)

Từ (2) và (3) ta có: 5 (3q0 + 3q) – 5q t = (q0 + 2q) t (5)

Thay (4) vào (5) ta được: t = 60C

Cách 2 : Viết phương trình cân bằng nhiệt bằng cách gộp sự trao đổi nhiệt cùng lúc

PTCBN khi đổ thêm một ca nước nóng, nhiệt lượng kế tăng thêm ∆t1 = 50C :

PTCBN khi đổ thêm 5 ca nước nóng nữa (ta xem như đổ 7 ca nước nóng ở nhiệt

độ ban đầu t0, nhiệt lượng kế tăng thêm ∆t3 nữa) , nhiệt độ nhiệt lượng kế bây giờ

là t + 5 +3 + ∆t3= t +8 +∆t3 PTCBN : 7q0 [t0 – (t +5 + 3 +∆t3)] = q(8+∆t3) (3)

0

t  t= 20C vào (3) ta được: 7q0 [20–(5 + 3 +∆t3)] =3 q0 (8+∆t3)↔∆t3 = 60C

Ví dụ 2: Có hai bình cách nhiệt cùng đựng một chất lỏng nào đó Một học sinh lần

lượt múc từng ca chất lỏng ở bình 1 đổ vào bình 2 và ghi lại nhiệt độ của bình 2 khicân bằng nhiệt sau mỗi lần đổ, được kết quả là: 100C ; 150C ; 180C Tính nhiệt độcủa chất lỏng ở bình 1 Coi nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng ở múc từ bình 1 đổ vào

bình 2 là như nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh [8]

Hướng dẫn giải :

Gọi m, m2 và t 1, t2 là khối lượng và nhiệt độ ban đầu của một ca nước ở bình 1 và bình 2

Cách 1 : Viết phương trình cân bằng nhiệt theo thứ tự trao đổi nhiệt lần lượt

Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau các lần đổ là:

Cách 2 : Viết phương trình cân bằng nhiệt bằng cách gộp sự trao đổi nhiệt cùng lúc

Gọi: m0 là khối lượng, t0 là nhiệt độ ban đầu của từng ca chất lỏng múc từ bình 1

M là khối lượng, t là nhiệt độ ban đầu của bình 2

PTCBN khi đổ một ca chất lỏng từ bình 1 vào, nhiệt độ bình 2 là t1 = 100C :

1(t 15) 15 10

t = 30 2(t 18) 18 10

Ví dụ 3: Có hai bình mỗi bình đựng một chất lỏng nào đó Một học sinh lần lượt

múc từng ca chất lỏng ở bình 2 đổ vào bình 1 và đo nhiệt độ cân bằng nhiệt ởbình 1 sau 4 lần đổ cuối: 200C, 350C, không ghi, 500C Tính nhiệt độ cân bằng ởlần bị bỏ sót không ghi và nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 đổ vàobình 1 Coi nhiệt độ và khối lượng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 đều như

nhau; bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường [6]

Hướng dẫn giải :

Đặt q1 = m1.C1 là nhiệt dung tổng cộng của bình 1 và chất lỏng sau lần đổ thứnhất, q2 = m2.C2 là nhiệt dung mỗi ca chất lỏng đổ vào, t2 là nhiệt độ của mỗi cachất lỏng đó và tx là nhiệt độ bị bỏ sót không ghi

Theo bài ra, nhiệt độ ở bình 1 tăng dần chứng tỏ nhiệt độ mỗi ca chất lỏng

đổ vào cao hơn nhiệt độ bình 1 và mỗi ca chất lỏng đổ vào lại truyền cho bình 1một nhiệt lượng

Cách 1 : Viết phương trình cân bằng nhiệt theo thứ tự trao đổi nhiệt lần lượt

+ Ta có phương trình cân bằng nhiệt ứng với 3 lần trút cuối là:

(q1 + q2 )(35 - 20) = q2 (t2 - 35) ↔15q2 = q1(t - 50) (1)

(q1 +2 q2 ) (tx - 35) = q2 (t2 - tx) ↔q2 (tx – 35 ) = q1 (t2 - 3 tx + 70) (2)

(q1 +3 q2 ) (50 - tx) = q2 (t2 - 50)↔q2 (50 - tx ) = q1 (t2 + 3 tx -200) (3)

t 35 t 3t 200





Thay (*) vào (**) và biến đổi theo ẩn tx ta được: tx = 440C

Thay tx = 440C vào (*) ta được t2 = 800C

Cách 2 : Viết phương trình cân bằng nhiệt bằng cách gộp sự trao đổi nhiệt cùng lúc

Ta có phương trình cân bằng nhiệt ứng với 3 lần trút cuối là:

q1 (35 - 20) = q2 (t2 - 35) (1)

q1 (tx - 20) = 2 q2 (t2 - tx) (2)

q1 (50 - 20) = 3q2 (t2 - 50)(3)

Từ (1) và (3) suy ra : t2 = 800C.Thay t2 = 800C , từ (1) vào (2) suy ra tx = 440C

Nhận xét : Vì hiện tượng trong bài cho phép bỏ qua nhiệt lượng hao phí nên khi

giải theo cách 2 đảm bảo được định luật bảo toàn năng lượng và bài toán vẫn cho kết quả đúng Với loại bài toán này ta thấy giải theo kiểu tư duy gộp sự trao đổi nhiệt của ba ca cùng một lúc rất thuận tiện trong việc biến đổi và cho phép

ta tính ra kết quả nhanh chóng.

2.3.2.3 Một vật lần lượt trao đổi nhiệt với hai vật có nhiệt độ khác nhau.

Ví dụ 1 Trong hai bình cách nhiệt có chứa hai chất lỏng khác nhau, ở nhiệt độ

ban đầu khác nhau Người ta dùng một nhiệt kế lần lượt nhúng vào các bình chấtlỏng trên: lần 1 vào bình 1; lần 2 vào bình 2; lần 3 vào bình 1;…quá trình cứ nhưthế nhiều lần Trong quá trình nhúng, người ta chờ đến khi cân bằng nhiệt mớirút nhiệt kế ra, khi đó số chỉ của nhiệt kế lần lượt là 800C ; 160C; 780C ; 190C.a) Hỏi đến lần nhúng thứ 5 tiếp theo nhiệt kế chỉ bao nhiêu độ?

b) Sau một số rất lớn lần nhúng như vậy, nhiệt kế chỉ bao nhiêu độ? Bỏ qua sự

mất mát nhiệt khi chuyển nhiệt kế từ bình này sang bình kia [6]

Hướng dẫn giải : Gọi m1, m2, m0 lần lượt là khối lượng của bình chất lỏng

1 ; bình chất lỏng 2 và nhiệt kế Gọi nhiệt dung riêng của bình chất lỏng 1; bìnhchất lỏng 2; nhiệt kế lần lượt là c1 , c2 , c0 Đặt: q1 = m1c1 ; q2 = m2c2 ; q0 = m0c0

+ Sau khi nhúng nhiệt kế lần 2; nhiệt độ của bình chất lỏng 2 và nhiệt kế là

Sau khi nhúng nhiệt kế lần 5, nhiệt độ cân bằng là t

Từ phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu