Phương pháp giải bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học

Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Sáng kiến kinh nghiệm Phơng pháp giảI một số dạng bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học Phần I- Đặt vấn đề I-Lí do chọn đề tài Bồi dỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ then chốt trong mỗi nhà trờng, bởi vì kết quả học sinh giỏi hàng năm là một trong những tiêu chuẩn để xét thi đua cho nhà tròng và nó cũng là một trong những tiêu chuẩn để tạo danh tiếng cho trờng, là thành quả để tạo lòng tin với phụ huynh và là cơ sở tốt để xã hội hoá giáo dục. Nghị quyết trung ơng II khoá VIII đã nêu rõ mục tiêu giáo dục là Nâng cao chất l- ợng giáo dục ., đổi mới nội dung và phơng pháp ., rèn luyện thành nếp t duy sáng tạo của ngời học. Để đạt đợc mục tiêu đó thì ngời thầy phải không ngừng học tập bồi dỡng chuyên môn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề và phải tiếp cận với các phơng pháp dạy học hiện đại, phải kết hợp tốt các phơng pháp dạy học nhằn thu hút các em học sinh vào bài giảng, tổ chức điều khiển đẻ các em tích cực chủ động tự giác học tập tiếp thu kiến thức. Từ đó xây dựng lòng yêu thích say mê môn học, bồi d- ỡng năng lực tự học cho ngời học. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, các sự vật hiện tợng vật lý rất quen thuộc gần gũi với các em. Song việc tạo lòng say mê yêu thích và hứng thú tìm tòi kiến thức lại phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ s phạm của ngời thầy. Qua giảng dạy và tìm hiểu tôi nhận thấy phần lớn các em cha có thói quen vận dụng những kiến thức đã học vào giải bài tập vật lý một cách có hiệu quả. Nhiệt học là một trong bốn phần kiến thức vật lí cơ bản đợc trang bị cho học sinh trung học cơ sở. Lợng kiến thức của phần này không nhiều so với các phần khác, bài tập của phần này cũng không quá khó nhng lại gặp thờng xuyên trong các kì thi học sinh giỏi các cấp. Song vì các em ít đợc tiếp xúc với bài tập định lợng, số giờ bài tập ở lớp 8 lại không có nên việc định hớng giải bài tập nhiệt học rất khó khăn với các em và các em cha có phơng pháp giải. II- Mục đích nghiên cứu đúc rút kinh nghiệm Xuất phát từ những lý do trên tôi đã suy nghĩ, tìm tòi và đa ra sang kiến: Phơng pháp giải một số dạng bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học với mong muốn phần nào khắc phục đợc nhợc điểm tìm cách giải bài tập vật lí nhiệt học của học sinh khối 8 và rèn luyện tính tự học cho học sinh khối 9 góp phần hoàn thành mục tiêu giáo dục III - Kết quả cần đạt + Đối với học sinh đại trà khối 8: Biết cách giải các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ bản + Đối với học sinh giỏi khối 8: Biết cách giải các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ bản và nâng cao Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 1 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 + Đối với học sinh giỏi khối 9: Tự học và giải đợc các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ bản và nâng cao IV - Đối tợng và phạm vi nghiên cứu + Học sinh đại trà khối 8 năm học 2007 - 2008 trờng THCS cộng Hiền + Học sinh giỏi khối 8 năm học 2007 - 2008 trờng THCS cộng Hiền + Học sinh giỏi khối 9 năm học 2008 - 2009 trờng THCS cộng Hiền Phần II - Nội dung I- Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu Bồi dỡng học sinh giỏi và nâng cao chất lợng đại trà là việc làm đợc sự chỉ đạo từ ban giám hiệu đến việc phân công giao trọng trách và chỉ tiêu cho từng đồng chí giáo viên đứng lớp. Nên kế hoạch bồi dỡng học sinh giỏi cho từng giáo viên, kiểm tra đôn đốc giáo viên qua việc dự giờ thăm lớp rút kinh nghiệm cho từng đồng chí. Trong đó chỉ đạo đổi mới phơng pháp nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của ngời học là nhiệm vụ cấp bách. Bồi dỡng học sinh giỏi là việc làm thờng xuyên, liên tục và lâu dài. Nó đòi hỏi ngời giáo viên không phải chỉ có năng lực, kinh nghiệm mà phải có cả tâm huyết với nghề, yêu nghề, yêu trò, phát hiện và bồi dỡng tạo điều kiện để cho những em có năng lực tự bộc lộ khả năng một cách tối đa. Theo ý kiến của nhièu học giả đều cho rằng mỗi học sinh đều có mặt mạnh riêng, vì vậy trong dạy học giáo viên cần chú ý đến điểm này thì xẽ nâng cao đợc chất lợng toàn diện . Bồi dỡng học sinh giỏi là công tác đã có nền tảng từ rất lâu. Ngày xa ta có tớc vị trạng nguyên, ngày nay ta có các kì thi học sinh giỏi các cấp, thi học sinh giỏi Olimpic và nớc ta luôn có thành tích cao đáng để các nớc bạn mến phục. Tuy nhiên ta phải xác định bồi dỡng học sinh giỏi không phải là học tủ, học lệch. Vì vậy công tác bồi dỡng học sinh giỏi phải đợc biến thành quá trình tự học, tự bồi dỡng của ng- ời học thì mới đạt đợc kết quả cao Đến nay ta phải khẳng định rằng nâng cao chất lợng toàn diện, bồi dỡng học sinh giỏi là việc làm tích cực, đúng dắn, phù hợp với yêu cầu của sự phát triển của đất nớc, của thời đại. II- Thực trạng của vấn đề cần nghiên cứu Qua giảng dạy và bồi dỡng học sinh giỏi môn vật lí phần nhiệt học tôi nhận thấy việc định hớng giải bài tập định lợng của các em còn yếu ở các mặt sau: + Các em cha xác định đợc các quá trình trao đổi nhiệt + Các em cha xác đinh đợc đúng đối tợng trao đổi nhiệt + C ác em cha xác đinh đợc các bớc giải bài tập Kết quả khảo sát cụ thể: - Đề khảo sát chất lợng đầu năm học 2007- 2008 môn vật lí 9 do PGD Huyện Vĩnh Bảo ra có bài tập 1 (3đ)nh sau: Một ấm nhôm nặng 400g chứa 2lít nớc ở 20 0 c a, Tính nhiệt lợng cung cấp để đun sôi nớc (nớc sôi ở 100 0 c) b, Nếu dùng bếp dầu có hiệu suất 40% để đun sôi ấm nớc đó thì cần bao nhiêu Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 2 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 gam dầu? Biết nhiệt dung riêng của nớc là c= 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm là c 2 = 880J/kg.K , năng suất toả nhiệt của dầu là q = 14.10 6 J/kg Kết quả có 123 em học sinh khối 9 tham gia khảo sát thì 43 em không làm bài này, 80 em làm bài này trong đó có 27 em giải đúng câu a, là: Nhiệt lợng cần để đun 2lít nớc ở 20 0 c đến sôi là Q 1 = m 1 .c 1 . t = 2.4200.80 = 672000J Nhiệt lợng cần để đun 0,4 kg nhôm từ 20 0 đến 100 0 là: Q 2 = m 2 .c 2 . t = 0,4.880.80 =28160J Nhiệt lợng cần để đun sôi ấm nớc là Q i = Q 1 + Q 2 = 672000 + 28160 = 700160J Còn lại là làm sai Trong 27 em làm đợc câu a, chỉ có 3 em làm đúng câu b, là: Nhiệt lợng toàn phần của bếp cung cấp là: Q TP = Q i /H = 700160: 0,4 = 1750400J Số lợng dầu cần để đun sôi ấm nớc là: Q TP = m.q m = Q TP / q = 1750400: 14.10 6 = 0,125(kg) = 125(g) Còn lại là làm sai hoặc không làm - Cuối năm học 2007-2008 nhà trờng có khảo sát chất lợng môn Vật Lí 8 để đánh giá thi đua. Trong đề có bài tập 1: Một ấm nhôm khối lợng 0,5kg đụng 2lít nớc ở 20 0 c a, tính nhiệt lợng cần thiết để đun sôi ấm nớc đó(nớc sôi ở 100 0 ) b, Nếu dùng bếp dầu có hiệu suất 40% để đun sôi ấm nớc đó thì cần bao nhiêu gam dầu? Biết nhiệt dung riêng của nớc là c= 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm là c 2 = 880J/kg.K , năng suất toả nhiệt của dầu là q = 44.10 6 J/kg Kết quả thống kê nh sau: Có 122 em học sinh khối 8 chỉ có 57 em giải đúng đợc câu a, còn lại là lời giải sai hoặc không làm bài này. Trong 57 em giải đợc câu a, chỉ có 18 em giải đợc câu b, còn lại là giải sai hoặc không làm đợc bài - Đề khảo sát chất lợng học sinh giỏi tháng 10 năm học 2008-2009 do PGD huyện ra đề có bài tập 2 là: Muốn có 12 lít nớc ở t 0 = 30 0 c ta cần lấy bao nhiêu lít nớc ở nhiệt độ t 1 = 80 0 c pha với bao nhiêu lít nớc lạnh ở nhiệt độ t 2 = 20 0 c. Đội tuyển Lí 9 của tôi có 2 em đều có lời giải sai là: Nhiệt lợng toả ra của 12 lít nớc nóng ở 80 0 c là Q 1 = 12.4200.(80-30) = 2520000J Nhiệt lợng thu vào của m kg nớc ở 20 0 c là: Q 2 = m. 4200.(30-20) = 42000.m Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta có: Q 1 = Q 2 2520000 = 42000.m m = 2520000: 42000 = 60 (kg) = 60 lít Vậy nguyên nhân nào làm cho các em không có định hớng giải bài tập nh thế? Theo tôi có nhiều nguyên nhân trong đó có cả nguyên nhân khách quan và nguyên nhân chủ quan. Trớc hết phải kể đến sự hạn chế về phơng pháp truyền đạt kiến thức của ngời thầy đến với học sinh cha đạt hiệu quả cao . Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 3 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Thứ hai là bản thân học sinh còn chủ quan nơ là, cha tập chung nghe giảng nên tiếp thu kiến thức cha đầy đủ do vậy việc định hớng giải bài tập cha tốt. Thứ ba phải kể đến cách biên soạn chơng trình sách giáo khoa Vật Lý 8. Đó là toàn bộ các tiết dạy đều là lý thuyết, không có tiết bài tập nên giáo viên cha rèn đợc kỹ năng cho học sinh . Trong khi ở lớp 6 lớp 7 các em ít đợc làm quen với dạng bài tập định lợng thì lên lớp 8 các em cố rất nhiều bài tập định lợng nhất là phần nhiệt học. Vì vậy đói với các em học sinh mà nói bài tập vật lí nhiệt học là khó song lại không đợc rèn luyện thờng xuyên dẫn đến việc định hớng giải bài tập nhiệt học của các em là rất kém. Để giúp các em khắc phục phần nào hạn chế đó, tôi đã tìm tòi, suy nghĩ và đa ra Phơng pháp giải một số dang bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học. Qua đây sẽ góp phần vào việc rèn luyện t duy tích cực và phơng pháp tự học của ngời học . Từ đó các em thêm yêu thích môn học , phát triển đợc năng lực tìm tòi học tập của các em. III- Mô tả hệ giải pháp 1- Các kiến thức cần thiết + Công thức tính nhiệt lợng toả ra, thu vào: Q = m.c. t ( t = tt ) Q: nhiệt lợng thu vào(toả ra)của chất(J) m: khối lợng của chất thu(toả) nhiệt(kg) c: nhiệt dung riêng của chất thu(toả) nhiệt(J/kg.K) t: độ tăng(giảm) nhiệt độ của các chất( 0 c) + Phơng trình cân bằng nhiệt: Q toả = Q thu + Nhiệt lợng toả ra của nhiên liệu: Q = m.q m: khối lợng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn(kg) q: năng suất toả nhiệt của nhiên liệu(J/kg) + nhiệt lợng cần thiết để một chất nóng chảy hay đông đặc hoàn toàn: Q = m. m: khối lợng của chất bị nóng chảy(đông đặc) hoàn toàn(kg) : nhiệt nóng chảy của chất(J/kg) + Công thức tính hiệu suất là: H = Q i / Q TP Q i : nhiệt lợng có ích(J) Q TP : nhiệt lợng toàn phần(J) 2, Phơng pháp giải các dang bài tập cơ bản và nâng cao phần nhiệt học A- Các dạng bài tập cơ bản Dạng 1: Bài tập chỉ có một quá trình thu nhiệt của các chất Bài tập: Tính nhiệt lợng cần thiết để đun sôi 2000cm 3 nớc đựng trong ấm nhôm có khối lợng 500g ở nhiệt độ 20 0 c(nớc sôi ở 100 0 c) biết nhiệt dung riêng của nớc và của nhôm lần lợt là c 1 = 4200J/kg.K , c 2 = 880J/kg Phân tích bài: Đọc bài toán ta thấy có hai đối tợng tham gia thu nhiệt là: 2000cm 3 nớc ở 20 0 c và 500g nhôm ở 20 0 c Vậy nhiệt lợng để đun sôi ấm nớc bằng nhiệt lợng cung cấp cho nớc dể nó tăng từ 20 0 c đến 100 0 c cộng với nhiệt lợng cung cấp cho ấm nhôm để nó tăng từ 20 0 c đến 100 0 c Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 4 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Từ sự phân tích đó ta có lời giải sau: Tóm tắt m 1 = 2kg m 2 = 0,5kg c 1 = 4200J/kg.K c 2 = 880J/kg.K Tính: Q = ? giải Nhiệt lợng cần để đun 2000cm 3 nớc từ 20 0 c đến 100 0 c là: Q 1 = m 1 .c 1 . t = 2.4200.(100-20) = 672000(J) Nhiệt lợng cần để đun 500g nhôm từ 20 0 c đến 100 0 c là: Q 2 = m 2 .c 2 . t = 0,5.880.(100-20) = 35200(J) Nhiệt lợng cần để đun sôi ấm nớc jà: Q = Q 1 + Q 2 = 672000 + 35200 = 707200(J) Chú ý: ta phải đổi đơn vị 2000cm 3 = 2 dm 3 = 2lít 500g = 0,5 kg Cách giải: Bớc 1: Phân tích tìm các đối tợng thu nhiệt Bớc 2: dùng công thức Q= m.c. t để tính nhiệt lợng theo yêu cầu của bài. Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần) Bài tập tự giải: Một ấm nhôm khối lợng 250g chứa 1lít nớc ở 20 0 c. Tính nhiệt lợng cần để đun sôi lợng nớc nói trên; biết nhiệt dung riêng của nớc và của nhôm lần lợt là c 1 = 4200J/kg.K , c 2 = 880J/kg.K Dạng 2: Bài tập có cả quá trình thu nhiệt và quá trình toả nhiệt Bài tập: Thả một quả cầu nhôm khối lợng 0,15kg đợc nung nóng tới 100 0 c vào một cốc nớc ở 20 0 c. Sau một thời gian nhiệt độ của hệ thống là 25 0 c. Tính lợng nớc ở trong cốc coi nh chỉ có quả cầu và nớc truyền nhiệt cho nhau, lấy nhiệt dung rieng của nớc bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung rieng của nhôm bằng 880J/kg.k Phân tích: Bài này có hai đối tợng tham gia vào quá trình nhiệt là + 0,15kg đồng ở 100 0 c đồng toả nhiệt + Nớc ở 20 0 c nớc thu nhiệt đồng toả nhiệt để hạ nhiệt độ từ 100 0 c xuống 25 0 c, nớc thu nhiệt để tang nhiệt độ từ 20 0 c lên 25 0 c(25 0 c là nhiệt độ cân bằng của hệ thống) Từ sự phân tích đó ta có lời giải sau: Tóm tắt m 1 = 0,15kg c 1 = 880J/kg.K c 2 = 4200J/kg.K t 1 = 100 0 c t 2 = 20 0 c t 3 = 25 0 c Tính: m = ? giải Nhiệt lợng của quả cầu nhôm toả ra khi nhiệt độ hạ từ 100 0 c xuống 25 0 c là: Q 1 = m 1 .c 1 . t = 0,15.880.(100-25) = 0,15.880.75 = 9900J Nhiệt lợng của nớc thu vào khi tăng nhiệt độ từ 20 0 c lên 25 0 c là : Q 2 = m 2 .c 2 . t = m 2 .4200.(25-20) = m 2 .4200.5 = m 2 .21000J Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta có: Q 1 = Q 2 9900 = 21000.m 2 m 2 = 9900 : 21000 m 2 = 0,47kg Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 5 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Chú ý: Bài tập này có thể yêu cầu tính nhiệt độ cân bằng của hệ thống,hoặc tính nhiệt dung riêng của kim loại hay của chất lỏng thì ta cũng giải tơng tự Cách giải: Bớc 1: Phân tích đề bài tìm đối tợng toả nhiệt, đối tợng thu nhiệt Bớc 2: Dùng công thức tính nhiệt lợng để tính nhiệt lợng toả ra, nhiệt l- ợng thu vào Bớc 3: Dùng phơng trình cân bằng nhiệt Q toả = Q thu để tính đại lợng cha biết theo đề bài yêu cầu( Q toả = tổng các nhiệt lợng toả ra, Q thu = tổng các nhiệt lợng thu vào) Bài tập tự giải: 1,Thả miếng đồng khối lơng 500g đã đợc nung nóng ở 200 0 c vào cái chậu chứa 2lít nớc ở 20 0 c. Tính nhiệt độ của hệ thống khi có cân bằng nhiệt. Cho rằng chỉ có nớc và đồng truyền nhiệt cho nhau. Biết nhiệt dung riêng của nớc bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng của đồng bằng 380J/kg.k 2, Để xác định nhiệt dung riêng cảu kim loại ngời ta bỏ vào nhiệt lợng kế chứa 500g nớc ở 13 0 c một miếng kim loại có khối lợng 400g đợc nung nóng tới 100 0 c. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20 0 c. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua nhiệt lợng làm nóng nhiệt lợng kế và không khí, lấy nhiệt dung riêng của nớc bằng 4200J/kg.k Dạng 3: Bài tập có liên quan đến hiệu suất Bài tập: Ngời ta dùng bếp than để đun sôi một ấm nhôm khối lợng 500g đựng 2lít nớc ở 20 0 c. Tính lợng than cấn thiết để đun sôi ấm nớc trên biết hiệu suất của bếp là 40%. Biết nhiệt dung riêng của nớc bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng của nhôm bằng 880J/kg.k Phân tích bài : Bài tập này có: + Hai đối tợng thu nhiệt là nớc và ấm nhôm + Một đối tợng toả nhiệt là bếp than - Nhiệt có ích là nhiệt làm nóng bếp và nớc - Nhiệt toàn phần do than bị đốt cháy toả ra Hiệu suất của bếp bằng 40% có nghĩa là 40% nhiệt của bếp cung cấp biến thành nhiệt có ích. Để tính đợc khối lợng than thì phải tính đợc nhiệt toà phần của bếp. Từ đó ta có lời giải: Tóm tắt m 1 = 0,5kg m 2 = 2kg c 1 = 880J/kg.K c 2 = 4200J/kg.K t 1 = 20 0 c t 2 = 100 0 c Tính: m = ? giải Nhiệt lợng cần thiết để đun nóng ấm từ 20 0 c đến 100 0 c là: Q 1 = m 1 .c 1 . t = 0,5.880.80 = 35200J Nhiệt lợng cần thiết để đun nóng nớc từ 20 0 c đến 100 0 c là: Q 2 = m 2 .c 2 . t = 2.4200.80 = 672000J Nhiệt lợng cần thiết để đun sôi ấm nớc là: Q i = Q 1 + Q 2 = 35200 + 672000 = 707200J Nhiệt lợng toà phần của bếp là: Q TP = Q i : H = 707200:40% = 1768000J Lợng than cần thiết để đun sôi ấm nớc là: Q TP = m.q m = Q TP : q = 1768000:14.10 6 = 0,126kg = 126g Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 6 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Chú ý: bài tập này có thể yêu cầu tính hiệu suất, hoặc tính nhiệt độ của bếp ta cũng làm tơng tự Cách giải: Bớc 1: Phân tích đề bài xác định xem nhiệt lợng có ích dùng để làm gì, xác định xem nhiệt lợng toà phần lấy ra từ đâu Bớc 2: Dùng mối quan hệ H = Q i : Q TP suy luận tìm các đại lợng liên quan Bài tập tự giải: Một thau nhôm khối lợng 0,5 kg đựng 2lít nớc ở 20 0 c a, Thả vào thau nớc một thỏi đồng có khối lợng 200g lấy từ lò ra. Nớc nóng đến 21,2 0 c. Tìm nhiệt độ của bếp lò? Biết nhiệt dung rieng của nớc, nhôm, đồng lần lợt là: c 1 = 4200J/kg.K,c 2 =880J/kg.K, c 3 = 380J/kg.K. Bỏ qua sự toả nhiệt ra môi trờng b, Thực ra trong trờng hợp này nhiệt lợng toả ra môi trờng là 10% nhiệt lợng cung cấp cho thau nớc. Tìm nhiệt độ thực của bếp lò? B- các dạng bài tập nâng cao Dạng 1: Bài tập chỉ có một đối t ợng tham gia vào quá trình nhiệt nh ng ở nhiều thể Bài tập: Tính nhiệt lợng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nớc đá ở -15 0 c hoá thành hơi hoàn toàn. Biết nhiệt dung riêng cảu nớc đá và nớc là c 1 = 1800J/kg.K, c 2 =4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg, nhiệt hoá hơi của n- ớc là L = 2,3.10 6 J/kgc 1 Phân tích bài: Trong bài tập nớc đá trải qua các giai đoạn sau: + nớc đá từ -15 0 c nên 0 0 c + nớc đá nóng chảy thành nớc ở 0 0 c + nớc từ 0 0 c nên 100 0 c + nớc hoá thành hơi hoàn toàn ở 100 0 c Từ sự phân tích trên ta có lời giải sau: Nhiệt lợng cần thiết cung cấp cho 0,5kg nớc đá ở -15 0 c tăng nên 0 0 c là: Q 1 = m. c 1 . t = 0,5.1800.15 = 13500J =0,135.10 5 J Nhiệt lợng cần thiết cung cấp cho 0,5kg nớc đá ở 0 0 c nóng chảy hoàn toàn là: Q 2 = m. = 0,5.3,4.10 5 = 1,7.10 5 J Nhiệt lợng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nớc ở 0 0 c tăng lên 100 0 c là: Q 3 = m.c 2 . t = 0,5.4200.100 = 2,1.10 5 J Nhiệt lợng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nớc ở 100 0 c hoá thành hơi hoàn toàn là: Q 4 = m.L = 0,5.2,3.10 6 = 11,5.10 5 J Nhiệt lợng cần thiết để cung cấp cho 0,5kg nớc ở -15 0 c hoà thành hơi hoàn toàn là: Q = Q 1 + Q 2 +Q 3 +Q 4 = 0,135.10 5 J + 1,7.10 5 J + 2,1.10 5 J + 11,5.10 5 J = 15,435.10 5 J Cách giải: Bớc 1: Phân tích đề bài tìm các giai đoạn thu nhiệt hoặc toả nhiệt của đối tợng. Bớc 2: Tính nhiệt lợng của từng giai đoạn tơng ứng. Bài tập tự giải: Một thỏi nớc đá có khối lợng 200g ở -10 0 c. Tính nhiệt lợng cần thiết để thỏi nớc đá hoá thành hoi hoàn toàn ở 100 0 c. Biết nhiệt dung riêng cảu nớc đá và nớc là c 1 = 1800J/kg.K, c 2 =4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg, nhiệt hoá hơi của nớc là L = 2,3.10 6 J/kg Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 7 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Dạng 2: Bài tập có nhiều đối t ợng tham gia vào quá trình nhiệt và ở nhiều thể. Đây là dạng bài tập rất phong phú và có thể chia thành hai loại sau: Loại 1: Bài tập đã biết rõ thể Bài tập: Thả cục nớc đá ở nhiệt độ t 1 = -50 0 c vào một lợng nớc ở nhiệt độ t 2 = 60 0 c ngời ta thu đợc 25kg nớc ở nhiệt độ 25 0 c. Tính khối lợng nớc đá và nớc? Biết nhiệt dung riêng cảu nớc đá và nớc là c 1 = 1800J/kg.K, c 2 =4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg Phân tích bài : Bài tập này có hai đối tợng tham gia vào quá trình nhiệt là: + Cục nớc đá ở -50 0 c + nớc ở 60 0 c vì đề bài cho ta thu đợc 25kg nớc ở nhiệt độ 25 0 c nên ta suy luận đợc: Cục nớc đá trải qua các giai đoạn là: - Từ -50 0 c nên 0 0 c - nóng chảy hoàn toàn ở 0 0 c - từ 0 0 c nên25 0 c nớc chỉ có một giai đoạn là hạ nhiệt độ từ 60 0 c xuống 25 0 c cục nớc đá thu nhiệt, nớc toả nhiệt Từ sự phân tích trên ta có lời giải là: Gọi khối lợng của cục nớc đá ở -50 0 c và nớc ở 60 0 c lần lợt là m 1 , m 2 Vì ta thu đợc 25kg nớc ở 25 0 c nên ta có: m 1 + m 2 = 25 (1) Nhiệt lợng cần thiết để cục nớc đá từ -50 0 c tăng nên 0 0 c là: Q 1 = m 1 .c 1 . t = m 1 .1800.50 = 90000.m 1 Nhiệt lợng cần thiết để cục nớc đá ở 0 0 c nóng chảy hoàn toàn là: Q 2 = m 1 . = m 1 .3,4.10 5 = 340000.m 1 Nhiệt lợng cần thiết để m 1 kg nớc ở 0 0 c tăng nên 25 0 c là: Q 3 = m 1 .c 2 . t = m 1 .4200.25 = 105000.m 1 Nhiệt lợng thu vào của cục nớc đá là: Q thu = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 90000.m 1 + 340000.m 1 + 105000.m 1 = 535000.m 1 Nhiệt lợng toả ra của m 2 kg nớc từ 60 0 c hạ xuống 25 0 c là: Q toả = m 2 .c 2 . t = m 2 .4200.35 = 147000.m 2 Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta đợc: Q toả = Q thu 147000.m 2 = 535000.m 1 147.m 2 = 535.m 1 (2) Từ (1) m 1 = 25 - m 2 thay vào (2) ta đợc 147.m 2 = 535.(25-m 2 ) 147.m 2 = 13375 - 535.m 2 682.m 2 = 13375 m 2 = 19,6kg m 1 = 25 - 19,6 = 5,4kg Vậy khối lợng cục nớc đá là: 5,4kg khối lợng nớc là: 19,6kg Cách giải: Bớc 1: - Xác định các đối tợng tham gia vào quá trình nhiệt - Xác định xem từng đối tợng trải qua mấy quá trình - Xác định đối tợng toả nhiệt, đối tựng thu nhiệt Bớc 2: - Dùng công thức tính nhiệt lợng cho các quá trình - Tính Q toả , Q thu - Dùng phơng trình cân bằng nhiệt Q toả = Q thu để tính đại lợng cần tìm Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 8 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Chú ý: ở bài tập trên có thể yêu cầu tính nhiệt độ ban đầu của nớc đá hoặc nớc. ví dụ: Thả 400g nớc đá vào 1kg nớc ở 5 0 c. Khi có cân bằng nhiệt thì thấy khối lợng nớc đá tăng thêm 10g. Xác định nhiệt độ ban đầu của nớc đá. Biết nhiệt dung riêng cảu nớc đá và nớc là c 1 = 1800J/kg.K, c 2 =4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg Minh hoạ cách giải: B ớc 1 : Bài toán có hai đối tợng tham gia vào quá trình nhiệt là: - Nớc đá ở t 0 c - Nớc ở 5 0 c Vì khi có cân bằng nhiệt thì thấy khối lợng nớc đá tăng thêm 10g nên: Nớc ở 5 0 c trải qua các quá trình là: + hạ nhiệt độ từ 5 0 c xuống 0 0 c + một phần nớc ở 0 0 c đông đặc thành nớc đá(phần này có khối lợng bằng 10g) Nớc đá ở t 0 c chỉ có một quá trình là tăng nhiệt độ từ t 0 c đến 0 0 c Vậy nớc ở 5 0 c toả nhiệt, nớc đá ở t 0 c thu nhiệt B ớc 2 : Nhiệt lợng cần để 1kg nớc hạ nhiệt độ từ 5 0 c xuống 0 0 c là: Q 1 = m 2 .c 2 . t = 1. 4200 5 = 21000J Nhiệt lợng cần để 10g nớc ở 0 0 c đông đặc hoàn toàn là: Q 2 = m. = 0,01.3,4.10 5 = 3400J Nhiệt lợng toả ra của nớc ở 5 0 c là: Q toả = Q 1 + Q 2 = 21000 + 3400 = 24400J Nhiệt lợng thu vào của nớc đá tăng từ t 0 c nên 0 0 c là: Q thu = m 1 .c 1 . t = 0,4.1800.(-t) = - 720.t Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta có: Q toả = Q thu 24400 = -720.t t = 24400:(-720) = - 34 0 c Vậy nhiệt độ ban đầu của nớc đá là -34 0 c Bài tập tự giải: Thả một quả cầu bằng thép có khối lợng m 1 = 2kg đợc nung nóng tới nhiệt độ 600 0 c vào hỗn hợp nớc và nớc đá ở 0 0 c. Hỗn hợp có khối lợng là m 2 = 2kg. Tính khối lợng nớc đá có trong hỗn hợp. Biết nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp là 50 0 c, nhiệt dung riêng của thép, của nớc là c 1 = 460J/kg.K, c 2 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg Loại 2: Bài tập ch a biết rõ thể Bài tập: Trong một bình bằng đồng khối lợng 0,6kg có chứa 4kg nớc đá ở -15 0 c. Ngời ta cho dẫn vào 1kg nớc ở 100 0 c. Xác định nhiệt độ chung và khối lợng nớc có trong bình khi có cân bằng nhiệt. Biết nhiệt dung riêng của đồng, của nớc đá, của nớc là c 1 = 380J/kg.K, c 2 = 1800J/kg.K, c 3 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là = 3,4.10 5 J/kg Phân tích bài : Bài tập cha cho biết nhiệt độ cuối cùng khi có cân bằng nhiệt vì vậy ta cha thể xác định đợc các đối tợng trải qua những giai đoạn nhiệt nào. Do đó với loại bài tập này trớc tiên ta cần xác định trạng thái của các đối tợng bằng cách: + Ta xét xem bình và nớc đá có tăng đợc nhiệt độ nên 0 0 c hay không? Nhiệt lợng cần thiết để bình đồng tăng nhiệt độ từ -15 0 c nên 0 0 c là: Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 9 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Q 1 = m 1 .c 1 . t = 0,6.380.15 = 3420J Nhiệt lợng cần thiết để nớc đá tăng nhiệt độ từ -15 0 c nên 0 0 c là: Q 2 = m 2 .c 2 . t = 4.1800.15 = 108000J Nhiệt lợng cần thiết để bình đồng và nớc đá tăng nhiệt độ từ -15 0 c nên 0 0 c là: Q 3 = Q 1 +Q 2 = 3420+ 108000 = 111420J Nhiệt lợng cần thiết để 1kg nớc hạ nhiệt độ từ 100 0 c xuống 0 0 c là: Q 4 = m 3 .c 3 . t = 1.4200.100 = 420000J Vì Q 4 > Q 3 nên cả bình đồng và nớc đá đều tăng nhiệt độ nên 0 0 c + Ta xét tiếp xem nớc đá ở 0 0 c có nóng chảy hoàn toàn đợc không? Nhiệt lợng cần thiết để nớc đá ở 0 0 c nóng chảy hoàn toàn là: Q 5 = m 2 . = 4.3,4.10 5 = 1360000J Ta thấy Q 5 > Q 4 nên chỉ có một phần nớc đá ở 0 0 c nóng chảy + ta tính khối lợng nớc đá bị nóng chảy: Gọi khối lợng nớc đá bị nóng chảy ở 0 0 c là m(kg) Nhiệt lợng cần thiết để m(kg) nớc đá ở 0 0 c nóng chảy hoàn toàn là: Q 6 = m. = m.3,4.10 5 = 340000.m Nhng nhiệt lợng đẻ m(kg) nớc đá ở 0 0 c nóng chảy đợc tính là: Q 7 = Q 4 - Q 3 = 420000 - 111420 = 308580J Ta có: 340000.m = 308580 m = 308580:340000 = 0.9(kg) Vậy nhiệt độ chung của hệ thống khi có cân bằng nhiệt là 0 0 c(vì nớc đá cha nóng chảy hết) và khối lợng nớc trong bình là 1kg + 0,9kg = 1,9kg Cách giải: Bớc 1: xác định đối tợng thu nhiệt, đối tợng toả nhiệt Bớc 2: tính nhiệt lợng của các đối tợng và so sánh để xác định thể của đối tợng Bớc 3: lập phơng trình cân bằng nhiệt để suy luận tính các đại lợng có liên quan Bài tập tự giải: Trong một nhiệt lợng kế có chứa 1kg nớc và 1kg nớc đá ở cùng nhiệt độ 0 0 c, ngời ta rót thêm vào đó 2kg nớc ở 50 0 c. Tính nhiệt độ cân bằng cuối cùng. Dạng 3: Bài tập rót l ợng chất lỏng nh nhau từ bình này sang bình kia Bài tập: Trong bình có cục nớc đá khối lợng 60g và 150g nớc đang ở trạng thái cân bằng nhiệt. Bình hai có 450g nớc ở 80 0 c. Rót một lợng nớc từ bình một sang bình hai, sau khi bình hai cân bằng nhiệt lại rót nớc từ bình hai sang bình một đến khi bình hai đạt mức ban đầu của nó. Nhiệt độ của nớc ở bình một là 20 0 c. Hỏi lợng n- ớc đã rót cho rằng nớc ở bình không trao đổi nhiệt với môi trờng và với bình. Biết nhiệt dung riêng của nớc là 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nớc đá là =3,36.10 5 J/kg. (Đề khảo sát học sinh giỏi tháng 11 lớp 9 năm 2003 - 2004) Phân tích bài: + Rót lợng nớc m từ bình một sang bình hai: - Nớc từ bình một thu nhiệt - Nớc ở bình hai toả nhiệt + Rót lợng nớc m từ bình hai trở lại bình một(vì đề bài cho là bình hai đạt mức ban đầu): - Nớc từ bình hai toả nhiệt Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 10 [...]... em giải bài tập đặc biệt là phần nhiệt học 2 Về nhà trờng: Nên tổ chức học phụ đạo thêm môn vật lí cho các em 3 Về phơng pháp: Giáo viên giảng dạy bộ môn nên phân rõ dạng bài tập và định hớng cách giải để các em có thể xác định đợc hớng giải các bài tập vật lí Phần IV Tài liệu tham khảo 1 Sáng kiến kinh nghiện nghành giáo dục Hải Phòng 2 Luật giáo dục 3 121 bài tập vật lí nâng cao lớp 8 dùng cho học. .. có phơng pháp tốt hơn để bồi dỡng học sinh giỏi 2 Về ý nghĩa và hiệu quả Qua phần trang bị tài liệu tham khảo cho các em học sinh đội tuyển lí 9 các em đã tự nghiên cứu nắm đợc cách giải các dạng bài tập và tự giải đợc các bài tập nhiệt học trong đề khảo sát học sinh giỏi các tháng 11, 12 thì tôi nhận thấy: Việc bồi dỡng năng lực tự học, tự nghiên cứu cho các em học sinh là rất quan trọng và không... bình một thì nhiệt độ cân bằng của bình một là t1/ = 220c a, Tính lợng nớc m và nhiệt độ cân bằng t2/ của bình hai b, Nếu tiếp tục thực hiện rót lần hai nh thế thì nhiệt độ cân bằng của mỗi bình là bao nhiêu? IV-Kết quả thực hiện Đối với đội tuyển vậy lý 9 Tôi đã biên soạn thành tài liệu tham khảo với nhan đề Phơng pháp giải một số dạng bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học và trang bị cho... học sinh chuyên lí cấp II Sách của PGS - PTS Vũ Thanh Khiết< chủ biên> 4 200 bài tập vật lí chọn lọc dành cho học sinh khá giỏi trung học cơ sở Sách của PGS - PTS Vũ Thanh Khiết 5 Sách giáo khoa vật lí 8 6 Sách giáo khoa vật lí 6 Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 14 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 Mục lục Phần I- Đặt vấn đề Trang 1 I -Lí do chọn đề... bằng nhiệt ta có Qtoả = Qthu 171152 = 18000.m + 340000.(m - 0,2) 171152 = 358000.m - 68000 358000.m = 239152 m = 0,668(kg) = 668(g) Vậy khối lợng của thỏi nớc đá thả vào bình là 668g Các em học sinh giỏi giải đợc các bài tập nhiệt học nh vậy là đã đạt đợc mục tiêu mà tôi đặt ra khi viết sáng kiến này Phần III- Kết luận và khuyến nghị I, Những đánh giá cơ bản nhất 1 Về nội dung Trên đây là phần. .. định nhiệt độ cân bằng của bình một + xác định chất lỏng toả nhiệt, chất lỏng thu nhiệt + tính nhiệt lợng toả ra, nhiệt lợng thu vào + lập phơng trình cân bằng nhiệt Bớc 3: Từ các phơng trình cân bằng nhiệt lập đợc ta biến đổi để tìm các đại lợng liên quan theo yêu cầu của bài toán Chú ý: ở bài toán trên có thể yêu cầu tính nhiệt độ cân bằng của bình hai, hoặc yêu cầu tính cả khối lợng nớc đã rót và nhiệt. .. các em để các em tự học Kết quả thu đợc thật đáng mừng Cụ thể: + Đề khảo sát học sinh giỏi tháng 11 môn vật lí 9 ( PGD Huyện Vĩnh Bảo) năm học 2008 - 2009 có bài tập 3(2,5đ)có nội dung là: Trong bình một có cục nớc đá khối lợng 60g và 150g nớc ở trạng thái cân bằng nhiệt Bình hai chứa 450g nớc ở nhiệt độ 800c Rót một lợng nớc từ bình 1 sang bình 2, sau khi nớc ở bình 2 đạt cân bằng nhiệt, lại rót nớc... 150g Vậy lợng nớc đă rót là: 150g Đề khảo sát học sinh giỏi môn vật lí 9 tháng 12 năm học 2008 - 2009(PGD Huyện Vĩnh Bảo) có bài 2(2đ) là: Một bình bằng đồng có khối lợng 800g chứa 1kg nớc ở nhiệt độ 400c Thả vào đó một thỏi nớc đá ở nhiệt độ -100c Khi có cân bằng nhiệt thấy sót lại 200g nớc đá cha tan Hãy xác định khối lợng của thỏi nớc đá thả vào bình Biết nhiệt dung riêng của dồng, của nớc, của nớc... Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 16 Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009 STT 1 2 TÊN skkn Vận dụng định luật ôm vào giải các dạng bài tập điện học ứng dụng toán học vào giảng dạy vật lý Thuộc thể loại Môn Lí Năm viết 2005- 2006 Xếp loại B Môn Lí 2005 -2006 C Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền 17 ... hạt mạt sắt nên trên tấm bìa, đặt nam châm ở dới và gõ nhẹ vào tấm bìa rồi quan sát sự sắp sếp của các hạt mạt sắt Hoặc làm thí nghiệm kiểm chứng lực đẩy Acximet FA = P = d.V bằng các dụng cụ ca, cốc, và vật rắn không thấm nớc em tự tìm(giao việc sau bài học lực đẩy Acximet) II- Một số kiến nghị 1 Về sách giáo khoa vật lí lớp 8: Nên có những tiết bài tập ở trên lớp để giáo viên có thêm thời gian củng . i : nhiệt lợng có ích(J) Q TP : nhiệt lợng toàn phần( J) 2, Phơng pháp giải các dang bài tập cơ bản và nâng cao phần nhiệt học A- Các dạng bài tập cơ bản. số dang bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học. Qua đây sẽ góp phần vào việc rèn luyện t duy tích cực và phơng pháp tự học của ngời học . Từ