Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải bài toán nhiệt học môn vật lý 8 ở trường THCS điền lư

I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật lý khoa học thực hành có nhiều phân môn có phần nhiệt học Đi đôi với việc dạy học thực hành, trắc nghiệm khách quan, vấn đề giải toán nhiệt cấp sở phải rèn luyện nâng cao Trong trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh, thấy học sinh gặp nhiều khó khăn việc giải toán nhiệt Trong hệ thống kiến thức vật lí THCS chương trình vật lí lớp có vị trí đặc biệt, có nhiệm vụ hoàn thiện chương trình vật lí THCS Như ta biết môn vật lí khối THCS chia làm bốn phần là: Cơ, nhiệt, điện, quang phần nhiệt học mảng quan trọng mà tuý lý thuyết có thành cao việc dạy học Vì việc nghiên cứu giải tập vật lí phận thiếu môn vật lí Các toán phần nhiệt nhìn chung không nhiều dạng, để làm dạng tập nâng cao việc nắm vững kiến thức chung, chất tượng vật lí em phải có tảng kiến thức toán học vững vàng đặc biệt là: giải phương trình hệ phương trình cách thành thạo Do đó, để nhằm giúp cho em nắm kiến thức, hiểu sâu chất tượng vật lí tự nhiên đặc biệt giúp cho em học sinh giỏi làm tốt tập dạng Cùng với việc nghiên cứu tài liệu số Đề thi học sinh giỏi cấp, đúc rút số kinh nghiệm áp dụng vào việc giảng dạy học sinh dạy đội tuyển học sinh giỏi trường, thấy học sinh tiếp thu khả suy luận giải toán nhiệt tốt Vì viết sáng kiến: "Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải toán nhiệt học môn Vật lí trường trung học sở Điền Lư" Mục đích nghiên cứu Bài toán phần nhiệt học chương trình sách giáo khoa nhìn chung không khó, em đội tuyển học sinh giỏi toán phần nhiệt học mở rông sách giáo khoa nhiều Chính mà em cần trang bị thêm kiến thức nâng cao phần nhằm giúp em hiểu cách sâu sắc Vì vậy, qua sáng kiến kinh nghiệm giúp học sinh trung học sở hiểu nắm phương pháp luận để giải toán nhiệt cách xác thuận tiện Đối tượng nghiên cứu Các dạng tập thuộc chương II: Nhiệt học - Vật lí 4.Phương pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu làm sáng kiến sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: 4.1 Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết Trong trình làm sáng kiến có tham khảo tài liệu bồi dưỡng nâng cao vật lý (Trình bày cuối sáng kiến) 4.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin Trong trình giảng dạy tự bồi dưỡng kiến thức nhận thấy có nhiều sách nâng cao, tập có sách tập thuộc nhiều thể loại khác lại không theo hệ thống, không phân loại rõ ràng Vì tự nghiên cứu giải tập gặp nhiều khó khăn Ngoài việc tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức học sinh tham khảo sách chưa đạt hiệu cao Do cho cần phải có phương pháp giải chung cho loại toán, loại tập để giúp người dạy người học có định hướng giải nhanh mà tư nhiều 4.3 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu Với phương pháp tiến hành dạng kiểm tra với mục đích nắm bắt nhận thức kiến thức học sinh kỹ giải tập II Nội dung sáng kiến Cơ sở lý luận Để học tốt môn vật lí đạt kết cao việc nắm vững lý thuyết cần phải có kỹ vận dụng ứng dụng lý thuyết vào giải tập cách thành thạo, để giải tập thành thạo việc định hướng phân loại tập vô cần thiết học sinh trung bình học sinh giỏi vật lí THCS Chính vậy, tập vật lý đóng vai trò quan trọng, để hướng dẫn học sinh làm tập vật lý đạt hiệu đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng đầu tư, sáng tạo, tìm tòi phương pháp phù hợp Bài tập vật lý giúp em hiểu sâu qui luật, tượng vật lý, đặc biệt thông qua việc giải tập nhiệt học giúp học sinh hiểu tượng tự nhiên Thông qua tập vật lý tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức học, làm cho kiến thức trở nên sâu sắc trở thành vốn riêng học sinh Khi giải tập học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh, phân tích, tổng hợp…Nên tập vật lý gây hứng thú cho học sinh 2.Thực trạng vấn đề Những toán phần nhiệt học lớp gói gọn chương II nhiệt học Mặc dù em học phần nhiệt năm lớp 6, khái niệm Trong phân phối chương trình vật lý lớp nhiều thời lượng cho việc làm tập mà sách tập lại có nhiều tập nhiệt học Qua thực tế giảng dạy lớp, gặp tập nhiệt học học sinh thường lúng túng, không hiểu yêu cầu toán nên dẫn đến phương pháp giải Theo nguyên nhân thực trạng thể số điểm sau: + Học sinh chưa có kiến thức toán học liên quan là: giải phương trình hệ phương trình cách thành thạo có em có kiến thức vận dụng sang vật lý không vận dụng vận dụng không hợp lý + Kĩ phân tích, tóm tắt toán học sinh hạn chế từ việc không nắm vững lý thuyết (Vật thu nhiệt, vật tỏa nhiệt) + Học sinh chưa nắm sâu sắc mối quan hệ đại lượng vật lý toán + Đa số em chưa có định hướng chung phương pháp học lý thuyết, chưa biến đổi số công thức, hay phương pháp giải toán vật lý + Thông thường giáo viên hay đề cho học sinh dạng tập nhiệt học không theo dạng, chủ đề nên học sinh không rèn luyện tư phân tích, tổng hợp, nhận dạng toán dẫn đến học sinh chưa có tư logic Trong thị trường có nhiều loại sách tập cao nhằm đáp ứng nhu cầu học tập học sinh qua tham khảo số sách nhận thấy, đa phần sách đưa tập cụ thể hướng dẫn giải chưa phân loại dạng tập cụ thể Chính vậy, trình giảng dạy giáo viên nhiều thời gian cho việc đầu tư tiết dạy, học sinh làm tập cách tràn lan làm biết đó, phương pháp giải chung nên kết học tập chưa đạt hiệu cao Việc học tập trở nên khó khăn gây cho em nản chí muốn tự nâng cao kiến thức Trước (trước năm học 2012 - 2013) chưa vận dụng sáng vào dạy học tự chọn bồi dưỡng học sinh giỏi lớp8, 9, có đề khảo sát học lực học sinh dạng tập sáng kiến Kết thu sau: Bảng Năm học Tổng số HS 2010-2011 80 2011-2012 84 XL giỏi SL % 2,5 3,6 XL SL % XL TB SL % 25 45 56, 46 54, 26 31 31 XL Yếu SL % 10, 10, 7 Trước vận dụng sáng kiến kết thi học sinh giỏi cấp thấp Cụ thể: Bảng Năm học 2010-2011 Giải thi cấp Huyện Giải thi cấp Tỉnh 2011-2012 Sáng kiến xin góp phần nhỏ để giải thực trạng qua việc đề cập đến cách giải dạng tập nhiệt học chương trình vật lý THCS: Sự trao đổi nhiệt vật, chuyển thể chất Trong phần có đưa số kiến thức liên quan phục vụ cho việc giải tập, dạng có đưa tập phát triển nhằm củng cố kích thích tư cho học sinh Giải pháp tổ chức thực Để khắc phục khó khăn nêu trên, đưa số giải pháp cần thiết cho học sinh bước đầu có phương pháp để giải loại toán nhiệt học lớp tốt sau: 3.1 Trang bị kiến thức Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp ngừng truyền nhiệt nhiệt độ hai vật nhiệt độ cân hệ Phương trình cân nhiệt : QToả = QThu Nhiệt lượng thu vào hay toả : Q = mc ∆ t Khi nóng chảy hay đông đặc nhiệt độ vật không thay đổi Nhiệt lượng thu vào nóng chảy hay toả đông đặc nhiệt độ là: Q = λ m Khi hoá hay ngưng tụ trình trao đổi nhiệt xảy Nhiệt lượng thu vào hóa hay toả ngưng tụ là: Q = L.m Qi Hiệu suất sử dụng nhiệt : H = QTp 100% 3.2 Cách suy luận để giải toán nhiệt Bước : Xác định nhiệt độ hỗn hợp có cân nhiệt - Hỗn hợp gồm lỏng + rắn nhiệt độ hỗn hợp nhiệt độ nóng chảy - Hỗn hợp gồm lỏng + nhiệt độ hỗn hợp nhiệt độ sôi - Có phải suy luận để xác định nhiệt độ hỗn hợp Bước 2: Căn nhiệt độ hỗn hợp, xác định vật thu nhiệt, vật toả nhiệt để viết biểu thức tính Qthu ,Qtoả Bước 3: Tính tổng nhiệt lượng thu vào hay toả để thực phương trình cân nhiệt Qtoả = Qthu 3.3 Phân dạng tập: Bài tập “ nhiệt học” có nhiều loại, cụ thể chia tập phần thành hai dạng là: Trao đổi nhiệt vật chuyển thể chất Sau số tập tham khảo * Bài toán dạng 1: Sự trao đổi nhiệt vật Bài toán 1: Có hai bình cách nhiệt Bình thứ chứa m = 2kg nước t1 = 200c, bình thứ hai chứa m2 = 4kg nước t2 = 600c Người ta rót lượng nước m từ bình thứ sang bình thứ hai Sau có cân nhiệt bình thứ hai, người ta lại rót lượng nước m từ bình thứ hai sang bình thứ Nhiệt độ cân bình thứ lúc t1' = 21,950c a Tính lượng nước m lần rót nhiệt độ cân t'2 bình thứ hai b Nếu tiếp tục làm với lần thứ hai Tìm nhiệt độ cân bình (Trích đề thi học sinh giỏi huyện lớp Huyện Bá Thước năm học 2014) Phân tích : a Rót lượng nước m từ bình thứ sang bình thứ hai thì: + m kg nước 200c thu nhiệt, m2 kg nước bình thứ hai toả nhiệt + Bình thứ khối lượng là: (2-m) kg nước 200c Bình thứ hai cân có khối lượng là: (4+m) kg nước t2' > t1 + Khi rót m kg nước từ bình sang bình 1: m kg nước t2' toả nhiệt (2-m ) kg nước 200c thu nhiệt b Khi tìm m t2' câu a, khối lượng nước hai bình có số đo ban đầu : + Rót m kg nước từ bình sang bình 2: m kg nước t 1' thu nhiệt, 4kg nước t2' toả nhiệt Nhiệt độ chung hỗn hợp t2'' Ta tính t2'' + Rót m kg nước từ bình sang bình 1: m kg nước t 2'' toả nhiệt, (2-m ) kg nước t1' thu nhiệt Nhiệt độ cân hỗn hợp t1'' Ta tính t1'' Giải : a Rót lượng nước m kg từ bình sang bình : Gọi nhiệt độ cân bình lúc t2' ( 200c < t2’ < 600c ) m kg nước 200c nóng lên đến t2' thu nhiệt: QThu= m.c ∆ t = mc(t2'-20) (J) Nhiệt lượng 4kg nước 600c toả để hạ xuống t2' QToả = m.c ∆ t = 4.c.(60-t2') ( J ) QToả = QThu Nên ta có: 4.c.(60-t2') = m.c.(t2'-20) ⇒ t2' = 240 + 20m m+4 (*) Khi rót lượng nước m kg từ bình sang bình 1: m kg nước t'2 toả nhiệt để hạ nhiệt độ xuống t1' = 21,950c QToả = m.c ∆ t = m.c (t2' - t1' ) = m.c.( 240 + 20m - 21,95 ) ( J ) m+4 Lượng nước lúc bình (2-m ) kg thu nhiệt: QThu = m c ∆ t = (2-m).c.(t1'-t1) = (2-m).c ( 21,95 – 20 ) ( J ) Vì : QToả = QThu Nên ta có: m.c.( 240 + 20m - 21,95 ) = ( – m ).c.( 21,95 - 20 ) m+4 m.(240 + 20m - 21,95m - 87,8 ) = 1,95.( - m ).( m + ) 152,2m - 1,95m2 = 15,6 - 3,9m - 1,95m2 156,1m = 15,6 ⇒ m = 0,1kg = 100g Thay m = 0,1kg vào (*) ta có : t2' = 240 + 20.0,1 0,1 + ⇒ t2' = 590c b Rót lượng nước m = 0,1kg t 1' = 21,950c từ bình sang 4kg nước nhiệt độ t2' =590c bình thì: m kg nước thu nhiệt để tăng nhiệt độ lên đến t2'' QThu = m.c ∆ t = 0,1.c.( t2'' - 21,95 ) (J) Nhiệt lượng 4kg nước toả nhiệt để hạ nhiệt độ xuống t2'' QToả = 4.c.( 59 - t2'' ) ( J ) Vì : QToả = QThu Nên ta có : 0,1.c.( t2'' - 21,95 ) = 4.c.( 59 - t2'' ) 0,1t2'' - 2,195 = 236 - 4t2'' 4,1t2'' = 238,195 ⇒ t2'' = 580c Rót lượng nước m = 0,1kg từ bình sang bình 0,1kg nước t2'' = 580c toả nhiệt xuống nhiệt độ t1'' QToả = m.c ∆ t = 0,1.c ( 58 - t1'' ) ( J ) (2 - 0,1) k g = 1,9kg nước bình thu nhiệt : QThu = m.c ∆ t = 1,9.c.( t1'' - 21,95 ) ( J ) Vì : QToả = QThu Nên ta có: 0,1.c.( 58 - t1'' ) = 1,9.c.( t1'' - 21,95 ) 5,8 - 0,1t1'' = 1,9t1'' - 41,7 2t1'' = 47,5 ⇒ t1’’ = 23,750c Bàn luận: Bài toán không khó, đòi hỏi học sinh phải có tư duy, logic cao Khi giải thông thường em thấy bối rối tìm t2' có ẩn m cần tìm Do cần tính m trước tính t2' sau, toán mở rộng toán Bài toán 2: Người ta đổ vào hai bình nhiệt lượng kế, bình 200 g nước, nhiệt độ 300C 400C Từ bình “nóng” người ta lấy 50 g nước, đổ sang bình “lạnh” hơn, khuấy Sau đó, từ bình “lạnh” lại lấy 50 g, đổ sang bình “nóng” hơn, lại khuấy Hỏi phải lần công việc đổ đi, đổ lại với 50 g nước để hiệu nhiệt độ hai bình nhiệt lượng kế nhỏ 10C? Bỏ qua trao đổi nhiệt với cốc, môi trường hai bình nhiệt lượng kế (Trích đề thi HSG lớp Tỉnh Thanh Hóa 2014) Phân tích: + Giáo viên yêu cầu học sinh tự tóm tắt đề + Giáo viên nhấn mạnh cho học sinh nước bình “lạnh” thu nhiệt nước bình “nóng” tỏa nhiệt + Sau lần đổ đi, đổ lại, hiệu nhiệt độ hai bình: t2 – t1 yêu cầu toán tìm số lần đổ để: t2 – t1 < Giải: Gọi nhiệt độ ban đầu bình nhiệt lượng kế “nóng” “lạnh” T t Nhiệt độ t1 bình “lạnh” sau chuyển lượng nước ∆ m từ bình “nóng” sang Ta có phương trình cân nhiệt là: Cm(t – t) = C ∆ m(T – t1) Trong m khối nước ban đầu, C nhiệt dung riêng nước Từ suy ra: t1 = mt + ΔmT kT + t Δm = < 1) (Với k = m + Δm k+1 m Tương tự nhiệt độ t2 bình "nóng" sau chuyển lượng nước Δm từ bình "lạnh" sang Ta có phương trình cân nhiệt: C(m - Δm )(T – t2) = C Δm (t2 – t1) Suy ra: t2 = (m - Δm)T + Δmt1 kt + T = kt1 + (1 - k)T = m k+1 Như sau lần đổ đi, đổ lại, hiệu nhiệt độ hai bình là: t2 – t1 = (T - t) 1-k 1+k (1 - k) 1-k Tương tự sau lần đổ thứ hai : t4 – t3 = (t2 – t1) = (T - t) (1) 1+k (1 + k) Như sau lần đổ đi, đổ lại hiệu nhiệt độ hai bình thay đổi 1-k 1+k lần Thay số: T – t = 100C; k = 0,25; 1-k = 0,6 1+k Từ (1) ta có bảng giá trị sau Vậy ta phải thực lần Lần đổ đi, đổ lại Hiệu nhiệt độ hai bình 60C 3,60C 2,160C 1,30C 0,780C Bàn luận: Đây toán khó, có nhiều cách giải khác theo cách giải phù hợp nhất, giúp học sinh giải phương trình phức tạp Bài toán 3: Có hai bình cách nhiệt Bình chứa m 1= 4kg nước nhiệt độ t 1= 200C ; bình hai chứa m2= 8kg nước t2= 400C Người ta trút lượng nước m từ bình hai sang bình một, sau nhiệt độ bình ổn định người ta lại trút lượng nước m từ bình sang bình hai Nhiệt độ bình hai cân nhiệt t’2= 380C Tính lượng nước m trút nhiệt độ t 1’0C bình lúc cân Phân tích: + Giáo viên yêu cầu học sinh tự tóm tắt đề Đối với toán giáo viên cần giúp học sinh số điểm sau: + Khi đổ nước hai bình với nước bình tỏa nhiệt nước bình thu nhiệt + Khi trút lần thứ hai bình lượng nước (m – m) kg trút lượng nước m sang bình Giải: * Khi trút lượng nước m từ bình sang bình thì: Nhiệt lượng mà m kg nước bình hai tỏa để hạ nhiệt độ từ t 2= 400C xuống t1’0C là: Q2 = mC(t2 – t’1) = mC(40 – t’1) Nhiệt lượng mà bình thu vào để tăng nhiệt độ từ t1 = 200C lên t’10C là: Q1 = m1C(t’1 – t1) = 4C(t’1 - 20) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có: Q2 = Q1 ⇔ m(40 – t’1) = 4(t’1 - 20) (1) * Khi trút lượng nước m từ bình sang bình hai thì: Nhiệt lượng mà m kg nước bình thu vào để tăng nhiệt độ từ t’ 10C lên t’20C là: Q’1 = mC(t’2 – t’1) = mC(38 – t’1) Nhiệt lượng mà (m2 – m) bình hai tỏa để hạ từ t2 xuống t’2 là: Q’2 = (m2 – m)C(t2 – t’2) = (8 – m)C(40 - 38) ⇔ Q’2 = 2C(8 – m) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có: Q’2 = Q’1 ⇔ 2(8 – m) = m(38 – t’1) (2) Giải (1) (2) ta có: m= 1kg ; t’1= 240C Bài toán 4: Một bếp dầu đun lít nước ấm nhôm khối lượng m = 300g sau thời gian t1 = 10 phút nước sôi Nếu dùng bếp ấm để đun lít nước điều kiện sau nước sôi Cho nhiệt dung riêng nước C1 = 4200 J/ kg.k, nhôm c2 = 880 J/ kg.k Biết nhiệt bếp dầu cung cấp cách đặn Phân tích: + Nhiệt lượng thu vào: Ấm thu nhiệt để nóng đến 1000 C Nước thu vào để nóng đến 1000 C + Nhiệt lượng thu vào nhiệt lượng bếp toả + Bếp toả nhiệt đặn nhiệt lượng bếp toả tỉ lệ thuận với thời gian: QToả = k.t Giải: Bếp toả nhiệt đặn nên nhiệt lượng bếp toả tỉ lệ thuận với thời gian đun Ta có: QToả = k.t Lần I: Đun lít nước Nhiệt lượng bếp toả là: QToả1 = kt1 ( J ) Nhiệt lượng nước thu vào để nóng lên đến 1000 C Q1 = m1.c1 ∆ t ( J ) Nhiệt lượng ấm thu vào để nóng lên đến 1000 C Q2 = m2.c2 ∆ t ( J ) Nhiệt lượng thu vào đun lần I là: QThu1 = Q1 + Q2 = ( m1.c1 + m2.c2 ) ∆ t Nhiệt lượng toả nhiệt lượng thu vào nên ta có kt1 = ( m1.c1 + m2.c2 ) ∆ t (1) Lần II: Đun lít nước Nhiệt lượng bếp toả là: QToả2 = kt2 ( J ) Nhiệt lượng nước thu vào để nóng lên đến 1000 C Q3 = m3.c1 ∆ t ( J ) Nhiệt lượng ấm thu vào để nóng lên đến 1000 C Q4 = Q2 = m2.c2 ∆ t ( J ) Nhiệt lượng thu vào đun lần II là: QThu2 = Q3 + Q4 = ( m3.c1 + m2.c2 ) ∆ t Nhiệt lượng toả nhiệt lượng thu vào nên ta có kt2 = ( m3.c1 + m2.c2 ) ∆ t (2) Chia vế cho vế ( ) ( ) ta có: m1.c1 + m2 c2 m1.c1 + m.c2 t1 = = t2 m3 c1 + m2 c2 2m.c1 + m2 c2 t2 2m1.c1 + m2 c2 m.c1 = = 1+ =(1+ t1 m1.c1 + m2 c2 m.c + m.c2 1.4200 ).10 1.4200 + 0,3.880 t2 = 19,4 ( phút ) Bài toán 5: Có hai bình cách nhiệt đựng chất lỏng Một học sinh múc ca chất lỏng bình đổ vào bình hai ghi lại nhiệt độ cân sau lần đổ là: t1= 100C, t2= 17,50C, t3 (bỏ sót không ghi), t4= 250C Hãy tìm nhiệt độ t3 bỏ sót nhiệt độ ban đầu bình Bỏ qua trao đổi nhiệt chất lỏng với ca, ca môi trường bên Phân tích: 10 + Giáo viên yêu cầu học sinh tự tóm tắt đề + Giáo viên nhấn mạnh cho học sinh nước bình tỏa nhiệt nước bình thu nhiệt Giải: Gọi khối lượng ca chất lỏng bình m0 Khối lượng chất lỏng bình hai m Nhiệt dung riêng chất lỏng C Sau đổ lần 1, khối lượng chất lỏng bình (m+m 0) có nhiệt độ t1= 100C Sau đổ lần 2, phương trình cân nhiệt bình là: m0C(t01 – t2) = (m+m0)C(t2 - t1) (1) Sau đổ lần 3, ta coi hai ca có khối lượng 2m0 tỏa nhiệt cho (m +m0) thu nhiệt: 2m0C(t01 – t3) = (m+m0)C(t3 - t1) (2) Sau đổ lần 4, ta coi ba ca có khối lượng 3m0 tỏa nhiệt cho (m +m0) thu nhiệt: 3m0C(t01 – t4) = (m+m0)C(t4 - t1) (3) Từ (1) (3) ta có: t 01 − t t − 17,5 17,5 − 10 t −t = = ⇔ 01 3(t01 − 25) 25 − 10 3(t 01 − t ) t − t1 ⇒ t01 = 400C Từ (1) (2) ta có: t 01 − t t −t 40 − 17,5 17,5 − 10 = ⇔ = 2(t 01 − t3 ) t3 − t1 2(40 − t3 ) t3 − 10 ⇒ t3 = 220C Vậy nhiệt độ ban đầu chất lỏng bình 400C, nhiệt độ chất lỏng bình hai lần bỏ sót 220C Bàn luận: Đây toán khó, có nhiều cách giải khác theo cách giải phù hợp nhất, giúp học sinh giải hệ phương trình phức tạp mà cách giải khác không làm điều * Bài toán dạng 2: Sự chuyển thể vật Bài toán : 11 Người ta cần có bồn nước thể tích V =100 lít nhiệt độ 40 0C cách trộn nước có nhiệt độ t = 900C với băng có nhiệt độ t 2= - 100C Hãy xác định khối lượng băng bỏ vào bồn Bỏ qua trao đổi nhiệt với bồn Phân tích : + Nhiệt độ hỗn hợp có cân nhiệt 400C + Nước t1 = 900C toả nhiệt + Băng t2 = - 100C thu nhiệt để thành nước 400C băng thu nhiệt sau : - Thu nhiệt để nóng từ -100C đến 00C - Thu nhiệt để nóng chảy hoàn toàn 00C - Thu nhiệt để nóng từ 00C đến 400C + Tổng khối lượng nước băng 100kg Giải Gọi khối lượng băng cần dùng m kg khối lượng nước phải dùng (100 – m ) ( kg) Nhiệt lượng nước 800C toả : QToả= mc ∆ t = ( 100 - m ).4200.(90 - 40 ) = 21000000 – 210000m ( J ) Nhiệt lượng thu vào để băng nóng lên từ - 100C đến 00C là: Q1 = mc1 ∆t = m.2100  − ( −10 )  = 21000m ( J ) Nhiệt lượng băng thu vào để nóng chảy hoàn toàn 00C là: Q2= λ m = 3,4.105.m = 340000m ( J ) Nhiệt lượng thu vào để nước nóng lên từ 00C đến 300C là: Q3 = m.c ∆ t = m.4200.(40-0 ) = 168000m ( J ) Nhiệt lượng thu vào là: Qthu = Q1 + Q2 + Q3 = 21000m + 340000m + 168000m = 529000m (J ) Vì: QToả =Qthu Nên ta có: 21000000 - 210000m = 529000m 739000m = 21000000 ⇒ m = 28,42 ( kg ) Bài toán 7: Người ta bỏ cục nước đá khối lượng m 1= 100g vào nhiệt lượng kế đồng có khối lượng m2= 125g nhiệt độ nhiệt lượng kế nước đá t1= - 200c Hỏi cần thêm vào nhiệt lượng kế nước t = 200c để làm tan nửa lượng nước đá Cho nhiệt dung riêng đồng c 2= 380 J/kgk , nước đá c1 = 2100J/kgk, nước c = 4200J/kg, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,34.105 J/kg 12 Phân tích : + Lượng nước đá tan nửa hỗn hợp vừa có nước vừa có đá nên nhiệt độ hỗn hợp 00c + Nước 200c toả nhiệt xuống 00c + Nước đá thu nhiệt từ - 200c đến 00c + Một nửa lượng nước đá 00c thu nhiệt để thành nước 00c + Nhiệt lượng kế thu nhiệt để từ - 200c lên đến 00c Giải: Gọi khối lượng nước 200c m kg Nó toả nhiệt: QToả = m.c ∆ t = m.4200.(20-0) = 84000m Nước đá thu để nóng từ -200c đến 00c là: Q1 = m1 c1 ∆ t = 0,1.2100 [ − (−20)] = 4200 (J ) Nửa lượng nước đá thu để nóng chảy hoàn toàn 00c là: Q2 = λ m1 = 3,34.105.0,05 = 16700 (J ) Nhiệt lượng kế thu để từ - 200c đến 00c là: Q3= m2 c2 ∆ t = 0,125.380 [ − (−20)] = 940 (J ) Nhiệt lượng thu vào là: QThu = Q1 + Q2 + Q3 = 4200 + 16700 + 940 = 21840 (J ) Vì: QToả = QThu Nên ta có: 84000m = 21840 ⇒ m = 0,264 kg = 264g Bài toán 8: Người ta rót vào khối nước đá khối lượng m = 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 c1 = 2000 J/kgk, nước c2 = 4200 J/kgk Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 J/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với dụng cụ thí nghiệm Sau người ta cho nước sôi vào bình thời gian sau thiết lập cân nhiệt Nhiệt độ nước 50 0c Tìm lượng nước dẫn vào Biết nhiệt hoá nước L = 2,3.106 J/kg Phân tích: + Lượng nước rót vào 1kg mà lượng đá tăng thêm có m ' = 50g = 0,05kg hỗn hợp vừa có nước vừa có đá nhiệt độ chung hỗn hợp cân nhiệt 00c 13 + Nước từ 100c hạ xuống 00c toả nhiệt + 0,05 kg nước 00c thành đá hoàn toàn 00c toả nhiệt + Nước đá từ t10c lên đến 00c thu nhiệt + Khi dẫn m kg nước sôi vào m kg nước 1000c thành nước 1000c toả nhiệt ( m + m' ) kg nước đá 00c thành đá hoàn toàn 00c thu nhiệt ( m1 + m2 ) kg nước từ 00c lên đến 500c thu nhiệt Giải: Gọi nhiệt độ nước đá t10 c ( t10 c < 00 c ) 2kg nước đá từ t10c lên đến 00c thu nhiệt : QThu = m1.c1 ∆ t = 2.2000.( - t1 ) = - 4000t1 (J ) 1kg nước từ 100 c xuống 00c toả nhiệt: Q1 = m2 c2 ∆ t = 1.4200 ( 10 - ) = 42000 (J ) 0,05kg nước đá 00c thành đá hoàn toàn 00c toả nhiệt: Q2 = λ m = 3,4.105.0,05 = 17000 (J) Nhiệt lượng toả ra: QToả = Q1 + Q2 = 42000 + 17000 = 59000 (J ) Khi cân nhiệt QToả = QThu nên ta có: 59000 = - 4000t1 ⇒ t1 = - 14,750c Khi dẫn nước sôi vào với khối lượng m kg m kg 1000c thành nước 1000c toả nhiệt Q3 = L.m = 2,3.106.m = 2300000m (J) m kg nước từ 1000 C nguội xuống 500 C toả nhiệt: Q4 = m.c2 ∆ t = m.4200 ( 100 - 50 ) = 210000 m ( J ) Nhiệt lượng toả ra: QToả = Q3 + Q4 = 2300000 m + 210000 m = 2510000 m ( J ) ( + 0,05 ) kg = 2,05 kg nước đá 00 C thành nước thu nhệt: Q5 = λ m = 3,4.105.2,05 = 697000 ( J ) ( +1 ) kg = kg nước từ 00 C nóng lên đến 500 C thu nhiệt: Q6 = m c2 ∆ t = 3.4200.( 50 - ) = 630000 (J) Nhiệt lượng thu vào: QThu = Q5 + Q6 = 697000 + 630000 = 1327000 ( J ) 14 Khi cân nhiệt : QToả = QThu nên ta có: 2510000 m = 1327000 ⇒ m = 0,528 kg = 528g Bài toán 9: Đổ 0,5 kg nước nhiệt độ t1 = 200 C vào nhiệt lượng kế, sau thả vào nhiệt lượng kế cục nước đá có khối lượng 0,5 kg nhiệt độ t = -150 C Tính lượng nước có hỗn hợp có cân nhiệt Cho nhiệt dung riêng nước c1 = 4200 J/kg.k, nước đá c2 = 2100 J/kg.k; Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 J/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt vơí nhiệt lượng kế môi trường bên Phân tích: Nước nhiệt lượng kế có nhiệt độ cao nên tỏa nhiệt, nước đá có nhiệt độ thấp nên thu nhiệt Do chưa xác định nhiệt độ hỗn hợp cách cụ thể nên ta phải xác định cách đánh sau Giải: Giả sử nhiệt độ nước nhiệt lượng kế hạ xuống đến 0c nước toả mhiệt lượng: QToả = m.c ∆ t = 0,5.4200 ( 20 - ) = 42000 ( J ) Nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng đến 00c: QThu1 = m2.c2 ∆ t = 0,5.2100 [ − (−15)] = 15750 ( J ) Vì : QToả > QThu1 nước đá tan thành nước 00c Giả sử lượng nước đá tan thành nước hoàn toàn nhiệt lượng thu vào là: QThu2 = λ m2 = 3,4.105.0,5 = 170000 ( J ) Nhiệt lượng thu vào để nước đá nóng chảy hoàn toàn là: QThu = QThu1 + QThu2 = 15750 + 170000 = 185750 (J) Vì : QThu > QToả chứng toả có lượng nước đá tan thành nước Nhiệt lượng làm cho nước đá tan hết nhiệt độ nóng chảy là: Q = QToả - QThu1 = 42000 - 15750 = 26250 ( J ) Lượng nước đá tan là: mt = Q 26250 = 3,4.105 = 0,077 ( kg ) λ Khối lượng nước có hỗn hợp là: m = m1 + m = 0,5 + 0,077 = 0,577 ( kg ) Hiệu sáng kiến kinh nghiệm: 15 Trên số toán minh họa cho phương pháp bồi dưỡng cho học sinh cách giải số dạng tập nhiệt học mà nghiên cứu áp dụng sáng kiến kinh nghịêm dạy học tự chọn bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 8, từ năm học 2012 – 2013 Sau dạy xong chủ đề có khảo sát học lực học sinh Kết thu sau: Bảng XL giỏi XL XL TB XL yếu Năm học Tổng số HS SL % SL % SL % SL % 2012-2013 78 11,5 28 36 38 48,7 3,8 2013-2014 71 11,3 27 38 33 46,5 4,2 2014-2015 74 10 13,5 30 40,6 32 43,2 2,7 So sánh đối chứng với kết chưa vận dụng sáng kiến: Bảng Năm học Tổng số HS 2010-2011 80 2011-2012 84 XL giỏi SL % 2,5 3,6 XL SL % XL TB SL % 25 45 56, 46 54, 26 31 31 XL Yếu SL % 10, 10, 7 Tôi thấy tỉ lệ xếp loại khá, giỏi tăng; yếu giảm cụ thể là: Tỉ lệ giỏi tăng: (11,5 + 11,3 + 13,5) : – (2,5 + 3,6) : = 9,1 % Tỉ lệ tăng: (36 + 38 +40,6) : – 31 = 7,2 % Tỉ lệ yếu giảm: (10 + 10,7) : – (3,8 + 4,2 + 2,7) : = 6,8 % Kết thi học sinh giỏi cấp ngày cao Cụ thể : Bảng Năm học Giải thi cấp Huyện Giải thi cấp Tỉnh 2012-2013 2013-2014 2014-2015 So sánh đối chứng với kết chưa vận dụng sáng kiến: Bảng Năm học 2010-2011 2011-2012 Giải thi cấp Huyện Giải thi cấp Tỉnh 16 Tôi thấy số học sinh đạt giải cấp huyện, cấp tỉnh tăng Qua việc áp dụng sáng kiến nhận thấy khắc phục nguyên nhân nêu phần thực trạng: + Học sinh có kiến thức nhiệt học toán học biết vận dụng sang làm tập cách thành thạo + Học sinh có kĩ phân tích, nhận dạng toán để làm sở cho việc giải tập + Đa số học sinh chủ động giải loại toán này, tất em cảm thấy thích thú giải toán nhiệt học lớp Qua việc làm sáng kiến kinh nghiệm giúp thân nâng cao chuyên môn nghiệp vụ, đặc biệt phương pháp giải tập nhiệt học điều thân nhận thấy qua việc học sinh năm sau nắm hiểu vấn đề tốt năm trước Qua giúp thầy trò có tiền đề định đặc biệt quan trọng học sinh tiếp tục học phần Nhiệt học THPT III Kết luận đề xuất Kết luận Vật lí môn khoa học thực nghiệm đòi hỏi phát huy cao độ tính tích cực, độc lập sáng tạo học sinh trình lĩnh hội tri thức Chính lựa chọn phương pháp dạy học môn vật lí, người giáo viên cần vào phương pháp đặc thù khoa học lấy hoạt động nhận thức học sinh làm sở xuất phát Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, quan tâm giúp đỡ ban giám hiệu nhà trường tổ chuyên môn thực thành công sáng kiến kinh nghiệm với mong muốn: Giúp học sinh giỏi phát triển lực tư duy, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo việc học tập môn Vật lí Nhằm nâng cao chất lượng môn nói riêng, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục nói chung Tuy nhiên điều kiện thời gian, tình hình thực tế nhận thức học sinh địa phương nơi công tác lực cá nhân có hạn, nên việc thực đề tài hẳn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong đồng chí bạn đồng nghiệp, trao đổi góp ý để giúp hoàn thiện chuyên môn Đề xuất Để đạt hiệu cao phương pháp dạy tốt giáo viên phải thường xuyên nghiên cứu thêm tài liệu Bên cạnh kết hợp với phương tiện dạy học máy chiếu, hình ảnh trực quan … học sinh động gần gũi với thực tế Nhờ học sinh lĩnh hội kiến thức cách tốt hơn, kết giảng dạy cao Hiện thiết bị thí nghiệm môn vật lí nhiều trường học hư hỏng nhiều Vậy kính mong cấp lãnh đạo cần trang bị đầy đủ để phục vụ tốt cho công tác giảng dạy 17 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Bá Thước, ngày 02 tháng 03 năm 2016 Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết Cao Văn Cường Một số tài liệu tham khảo: + 200 Bài tập vật lý chọn lọc của: Vũ Thanh Khiết - Lê Thị Oanh Nguyễn Phúc Thuần + 121 Bài tập vật lý : Vũ Thanh Khiết- Nguyễn Đức Thâm Lê Thị Oanh - Nguyễn Phúc Thuần - Nguyễn Đức Hiệp + Bài tập vật lý nâng cao của: Lê Thanh Hoạch - Nguyễn Cảnh Hoè + Bài tập nâng cao vật lý của: Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2004 + 500 Bài tập vật lý : Nguyễn Thanh Hải - Đoàn Văn Lân + Nâng cao phát triển vật lí 8: Bùi Gia Thịnh – Lê Thị Lụa 18 Mục lục I Mở đầu Trang 1 Lí chọ đề tài .Trang Mục đích nghiên cứu Trang Đối tượng nghiên cứu Trang Phương pháp nghiên cứu Trang II Nội dung sáng kiến Trang Cơ sở lí luận Trang 2 Thực trạng vấn đề Trang 2,3 Giải pháp tổ chức thực Trang đến trang 15 Hiệu sáng kiến Trang 15,16 III Kết luận đề xuất .Trang 17 19 ... vững lý thuyết (Vật thu nhiệt, vật tỏa nhiệt) + Học sinh chưa nắm sâu sắc mối quan hệ đại lư ng vật lý toán + Đa số em chưa có định hướng chung phương pháp học lý thuyết, chưa biến đổi số công... trạng: + Học sinh có kiến thức nhiệt học toán học biết vận dụng sang làm tập cách thành thạo + Học sinh có kĩ phân tích, nhận dạng toán để làm sở cho việc giải tập + Đa số học sinh chủ động giải. .. hướng phân loại tập vô cần thiết học sinh trung bình học sinh giỏi vật lí THCS Chính vậy, tập vật lý đóng vai trò quan trọng, để hướng dẫn học sinh làm tập vật lý đạt hiệu đòi hỏi người giáo viên