chuyên đề phân loại và phương pháp giải các bài tập nhiệt học

PHÒNG GD & ĐT VĨNH YÊN TRƯỜNG THCS VĨNH YÊN CHUYÊN ĐỀ PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP NHIỆT HỌC Người thực hiện:TẠ THỊ GIANG Tổ: KHTN Vĩnh Yên, tháng 01 năm 2012 MỤC LỤC PHẦN Phần thứ I II III IV V Phần thứ hai A I II B I II III IV V Phần thứ ba NỘI DUNG Mở đầu Lý chọn chuyên đề Lý khách quan Lý chủ quan Mục đích chuyên đề Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Nội dung chuyên đề NỘI DUNG Cơ sở khoa học chuyên đề Cơ sở lý luận Cơ sở thực tiễn Nội dung chuyên đề Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức sở vững vàng sâu sắc Các bước giải tập Vật lý Phân loại phương pháp giải tập Nhiệt học Ứng dụng vào thực tiễn Quá trình áp dụng thân Hiệu áp dụng chuyên đề Vận dụng vào dạy cụ thể Những học kinh nghiệm rút Kiến nghị Kết luận TÀI LIÊU THAM KHẢO TRANG 3 3 4 4 5 5 6 29 29 29 30 36 36 37 38 PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ Lý khách quan Trong nghiệp đổi công nghiệp hoá, đại hoá đất nước người nguồn nhân lực coi nhân tố quan trọng hàng đầu định phát triển nhanh, hiệu bền vững Vì việc đào tạo nguồn nhân lực, bồi dưỡng nhân tài vừa đòi hỏi cấp bách xã hội ngành giáo dục, đặc biệt Việt Nam trở thành thành viên tổ chức thương mại giới (WTO) Do cơng tác giáo dục nói chung đặc biệt bồi dưỡng học sinh giỏi nói riêng đòi hỏi giáo viên phải tìm tòi, lựa chọn phương pháp dạy học không trang bị cho học sinh phương pháp học tập nghiên cứu cho phù hợp để đạt hiệu cao giảng dạy Lý chủ quan Nhiệt học coi phần kiến thức ngắn gọn dễ hiểu phần Cơ - Nhiệt - Điện - Quang Tuy nhiên, học sinh bắt tay vào làm tập phần nhiệt đặc biệt tập khó, học sinh gặp nhiều khó khăn sai sót với biểu thức toán học cồng kềnh số tương đối lớn Để giúp học sinh khắc phục khó khăn thường gặp thêm tự tin trước đề thi học sinh giỏi Bản thân thấy việc giúp học sinh nắm vững kiến thức có phương pháp giải phù hợp với loại phần kiến thức quan trọng có ý nghĩa thiết thực Xuất phát từ nhận thức trên, mạnh dạn chọn chuyên đề “Phân loại phương pháp giải tập Nhiệt học” II MỤC ĐÍCH CỦA CHUYÊN ĐỀ - Qua nghiên cứu để tìm phương pháp dạy học tối ưu theo hướng đổi mới, góp phần làm cho việc dạy vật lý có hiệu - Hình thành kỹ trình bày khoa học, lơgíc, kỹ giải tập đặc biệt kỹ tổng hợp, khái quát hoá Biết kết hợp phương pháp giải cụ thể để giải tập - Phát học sinh có khả để bồi dưỡng đội tuyển nhà trường thành phố III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU + Đối tượng: Đội tuyển học sinh giỏi vật lý lớp 8,9 + Phạm vi: chuyên đề áp dụng cho bồi dưỡng học sinh giỏi IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU + Giáo viên: giáo viên hiểu, nắm vững kiến thức môn vật lý phương pháp dạy học đặc trưng môn + Học sinh: nắm kiến thức môn vật lý, đặc biệt phương pháp giải tập nhiệt học V CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Sưu tầm tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi bậc THCS, lớp 10 THPT chuyên - Đọc nghiên cứu tài liệu, đặc biệt đề thi vào THPT chuyên - Sử dụng phương pháp tổng hợp - Đúc rút qua thực tế giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi - Tham khảo ý kiến học tập kinh nghiệm đồng nghiệp PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ A NỘI DUNG I CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHUYÊN ĐỀ Cơ sở lý luận - Giữa vơ vàn tập vật lý hay khó, việc tìm phương pháp giải chung cụ thể cần thiết đặc biệt quan trọng giúp học sinh tự tin chiếm lĩnh tri thức - Việc phân loại đưa phương pháp giải dạng tập giúp học sinh tự bồi dưỡng kiến thức cho thân, chuẩn bị sở tốt cho giai đoạn luyện tập nâng cao nhằm đáp ứng yêu cầu kỳ thi học sinh giỏi - Nắm phương pháp giải dạng tập nhiệt học giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tế đời sống, giải thắc mắc vấn đề mà thực tế đời sống đòi hỏi Vì tơi mạnh dạn xây dựng chun đề với mong muốn trao đổi với đồng chí phương pháp dạy học để nâng cao chất lượng bồi dưỡng cho học sinh, đặc biệt bồi dưỡng học sinh giỏi Cơ sở thực tiễn - Trường THCS Vĩnh Yên việc đào tạo học sinh phát triển tồn diện theo mục tiêu đào tạo chung cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ hàng đầu Bởi nhà trường UBND TP, Phòng giáo dục đào tạo cho tuyển chọn em học sinh giỏi toàn thành phố Tuy nhiên qua thực tiễn giảng dạy nhận thấy: + Học sinh vận dụng kiến thức vào giải tập nhiệt học kể tập đơn giản gặp nhiều lúng túng sai sót, đặc biệt tập mang tính khái quát cao + Học sinh dễ nhầm lẫn chất tượng không hiểu chất số tượng gặp + Nếu học sinh nắm phương pháp giải dạng tập thường gặp học sinh dễ qn gặp khó khăn gặp lại tập làm Vì viết chuyên đề để đồng nghiệp tham khảo, đóng góp ý kiến cho hồn thiện nội dung, góp phần vào việc nâng cao chất lượng dạy học mơn hồn thành nhiệm vụ giáo dục II NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ Trên sở thực tiễn lý luận phân tích tơi thấy việc phân loại đưa phương pháp giải cho dạng tập phần nhiệt học ( tương đối) cần thiết cho học sinh Để thực nội dung cách có hiệu trước hết phải: Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức vững vàng Đó việc hình thành khái niệm, định luật, tính chất, cơng thức nhiệt lượng; nhiệt năng; chuyển thể chất Các bước giải toán Vật lý Bước 1: Tìm hiểu đề - Đọc kỹ đề bài, tóm tắt tốn (nếu cần) - Vẽ hình tốn (nếu cần) Bước 2: Phân tích tượng vật lý - Xác định xem kiến thức đề liên quan đến khái niệm nào, định luật nào? - Đối với tượng vật lý phức tạp cần phải phân tích thành tượng đơn giản - Tìm xem tượng vật lý diễn biến qua giai đoạn nào? Mỗi giai đoạn tuân theo quy tắc nào? Bước 3: Xây dựng lập luận cho việc giải tập - Trình bày hệ thống chặt chẽ lập luận, lơgíc để tìm mối liên hệ đại lượng cho đại lượng phải tìm - Lập cơng thức có liên quan đại lượng biết đại lượng phải tìm, thực phép biến đổi toán học để đưa công thức chứa đại lượng biết phải tìm - Thay số để tìm giá trị đại lượng phải tìm Bước 4: Biện luận kết - Sau tìm kết quả, cần rút nhận xét giá trị thực kết Phân loại phương pháp giải tập Nhiệt học Phần Nhiệt học chia thành dạng tốn sau: + Bài tốn có trao đổi nhiệt hai hay nhiều chất + Bài toán có chuyển thể chất + Bài tốn liên quan đến suất tỏa nhiệt nhiên liệu + Bài toán đồ thị biểu diễn tương quan đại lượng đặc trưng + Bài tốn có trao đổi nhiệt với mơi trường + Bài tốn sử dụng khái niệm nhiệt dung a) DẠNG I : BÀI TỐN VỀ CĨ SỰ TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA HAI HAY NHIỀU CHẤT * Phương pháp giải: • Xác định chất thu nhiệt, chất tỏa nhiệt • Tính nhiệt lượng chất toả ra, thu vào theo công thức • Áp dụng phương trình cân bằng(PTCB) nhiệt kiện toán, suy ẩn số phải tìm * Bài tập mẫu Bài : Thả 300g chì 1000C vào 250g nước 58,50C làm cho nước nóng lên tới 600C Cho nhiệt dung riêng nước 190J/kg.K a) Hỏi nhiệt độ chì có cân nhiệt ? b) Tính nhiệt lượng nước thu vào c) Tính nhiệt dung riêng chì Tóm tắt m1 = 300g=0,3kg t1 = 1000C m2 = 250g=0,25kg t2 = 58,50C t = 600C C2= 190J/kg.K a) tcb= ? b) Q2= ? c) C1= ? Bài giải a) Nhiệt độ chì có cân nhiệt nhiệt độ cuối nước ( nước nóng lên), nghĩa 600C b) Nhiệt lượng nước thu vào : Qthu vào = m2C2( t - t2) = = 0,25 190 (60 - 58,5) = 571,25 (J) c) Nhiệt lượng chì toả : Qtoả = m1C1( t1- t) = 0,3.C1.(100 - 60) = 12C1(J) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có : Qtoả = Qthu vào Hay 12C1= 1571,25 ⇒ C1 ≈ 130,94 (J/kg.K) Vậy nhiệt dung riêng chì : 130,94 J/kg.K Bài : Một nhiệt lượng kế chứa lít nước nhiệt độ 15 0C Hỏi nước nóng lên tới độ bỏ vào nhiệt lượng kế cân đồng thau khối lượng 500g nung nóng tới 1000C Bỏ qua nhiệt lượng truyền cho nhiệt lượng kế mơi trường bên ngồi Lấy nhiệt dung riêng đồng thau 368J/kg.K, nước 186J/kg.K Khối lượng riêng nước 000kg/m3 Tóm tắt V1= 2l = 0,002m3 D1= 1000kg/m3 t1=150C m2=500g= 0,5kg t2= 1000C C1= 4186J/kg.K C2= 368J/kg.K t= ? Bài giải : Khối lượng nước : m1= D1.V1= 1000.0,002 = (kg) Nhiệt lượng nước thu vào : Qthu vào = m1C1 (t - t1) Nhiệt lượng cân toả : Qtoả = m2C2 ( t2- t) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có : Qtoả = Qthu vào Hay m2C2( t2 - t) = m1C1( t - t1) m1C1t1 + m2 C t m1C1 + m2 C 2.4186.15 + 0,5.368.100 ≈ 16,830 C Thay số : t = 2.4186 + 0,5.368 ⇒ t= Vậy nước nóng lên tới 16,830C Bài : Một hỗn hợp gồm chất lỏng khơng có tác dụng hố học với có khối lượng : 1kg, 2kg 3kg Biết nhiệt dụng riêng nhiệt độ chúng : 2000J/kg.K 100C ; 4000J/kg.K 100C ; 3000J/kg.K 500C Hãy tìm : a) Nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt? b) Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp từ điều kiện ban đầu đến 300C? Tóm tắt m1=1kg m2=2kg m3=3kg t1=t2=100C t3=500C C1=2000J/kg.K C2=4000J/kg.K C3=3000J/kg.K a) t= ? b) Q=? Bài giải : a) Gọi t nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt Nhiệt lượng chất lỏng thu vào : Q1= m1C1(t–t1) = 1.2000.(t-10) = (2000t–20000)(J) Nhiệt lượng chất thứ thu vào : Q2=m2C2(t–t2) = 2.4000.(t-10) = (8000t–80000)(J) Nhiệt lượng chất thứ toả : Q3= m3C3(t3-t) = 3.3000.(50-t) = (450000–9000t)(J) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có : Q1+Q2=Q3 hay : 2000t–20000+8000t–80000 = 450000–9000t ⇒ 10000t–100000 = 450000–9000t ⇒ 19000t = 550000 ⇒ t ≈ 28,950C Vậy nhiệt độ cân nhiệt 28,950C b) Gọi Q nhiệt lượng cần thiết để làm nóng hỗn hợp đến 300C Nhiệt lượng chất thu vào để tăng nhiệt độ đến 300C là: Q1/= m1C1(30 – t1) = 1.2000.(30-10)= 40000(J) Nhiệt lượng chất thu vào để tăng nhiệt độ đến 300C là: Q2/= m2C2(30 – t2) = 2.4000.(30 - 10) = 160000(J) Nhiệt lượng chất toả để giảm nhiệt độ xuống 300C : Q3/=m3C3(t3 - 30)= 3.3000.(50-30) = 180000(J) Áp dụng PTCB nhiệt ta có: Q+Q3/=Q1/+Q2/ hay : Q= 40000+160000- 180000= 20000(J) Vậy nhiệt lượng cần cung cấp 20000J Bài : Một ca khơng có vạch chia dùng để múc nước thùng chứa I thùng chứa II đổ vào thùng chứa III Nhiệt độ nước thùng chứa I t 1= 20 C, thùng II t2 = 800C Thùng chứa III có sẵn lượng nước nhiệt độ t = 400C tổng số ca nước vừa đổ thêm Cho khơng có mát nhiệt lượng mơi trường xung quanh Hãy tính số ca nước cần múc thùng I thùng II để nước thùng III có nhiệt độ 500C ? Bài giải : Gọi m khối lượng ca nước, n1 số ca nước thùng I, n2 số ca nước thùng II Vậy số ca nước thùng III n1+ n2, nhiệt độ cân nước thùng III 500C Nhiệt lượng thu vào số nước thùng I : Q1 = m1.C.(50-20) = n1.m.C.30 (1) Nhiệt lượng tỏa số nước thùng II : Q2 = m2.C.(80-50) = n2.m.C.30 (2) Nhiệt lượng thu vào số nước thùng III : Q3 =(n1+n2).m.C.(50 - 40) = (n1+n2).m.C.10 (3) Do q trình cân nên ta có : Q1 + Q3 = Q2 (4) Thay hệ thức (1), (2), (3) vào hệ thức (4) ta được: 30n1mC + 10(n1 + n2)mC = 30n2mC ⇔ 40n1 = 20n2 hay 2n1= n2 Như múc thùng I: n ca phải múc thùng II: 2n ca số nước có sẵn thùng III là: 3n ca (n ngun dương ) Bài Có bình cách nhiệt Bình chứa m 1=2kg nước t1=200C, bình chứa m2 = 4kg nước t2= 600C Người ta rót lượng nước từ bình sang bình Sau cân nhiệt, người ta lại rót lượng nước m từ bình sang bình Nhiệt độ cân bình lúc t1/=21,950C a Tính lượng nước m lần rót nhiệt độ cân bình b Nếu tiếp tục thực lần thứ hai, tìm nhiệt độ cân bình Bài giải : a) Sau rót lượng nước m từ bình sang bình 2, nhiệt độ cân bình / t2 Ta có: m.(t2/ - t1) = m2(t2 – t2/)(1) Ở lần rót tiếp theo, nhiệt độ cân bình t 1/ Lúc lượng nước bình (m1 - m) Do đó: (m1 – m)(t2/ - t1) = m1(t1/ - t1)(2) Từ (1) (2) suy ra: m2t2 − m1 (t1/ − t1 ) (3) t2 = m2 / Thay (3) vào (2) ta rút ra: m1m2 (t1/ − t1 ) m= m2 (t2 − t1 ) − m1 (t1/ − t1 ) Thay số liệu vào phương trình (3), (4) ta nhận kết quả: t2/= ≈ 590 C m= 0,1kg = 100g b) Bình có nhiệt độ t1/= 21,950C, bình có nhiệt độ t2/ = 590C nên sau lần rót từ bình sang bình từ PTCB nhiệt ta suy ra: t2 // mt1/ + m2t2 / = 58,120 C = m + m2 Và cho lần rót từ bình sang bình 1: mt2 / + (m1 − m)t1 = 23, 760 C t1 = m1 // Bài 6: Ba bình nhiệt lượng kế đựng ba chất lỏng khác có khối lượng khơng phản ứng hố học với Nhiệt độ chất lỏng bình 1, bình bình t1=150C, t2=100C, t3=200C Nếu đổ ½ chất lỏng bình vào bình nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt t12=120C Nếu đổ ½ chất lỏng bình vào bình nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt t13=190C Hỏi đổ lẫn chất lỏng với nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt bao nhiêu? Bỏ qua nhiệt lượng trao đổi nhiệt với mơi trường Các bình nhiệt lượng kế làm chất có nhiệt dung riêng nhỏ khơng đáng kể thể tích bình đủ lớn để chứa chất lỏng Bài giải Gọi khối lượng nước bình m - Khi đổ ½ chất lỏng bình vào bình 2, ta có PTCB nhiệt: m C1 (t1 − t12 ) = mC2 (t12 − t2 ) C t + 2C2t2 15C1 + 20C2 =12 → t12 = 1 = C1 + 2C2 C1 + 2C2 → C2 = 0, 75C1 (1) - Khi đổ ½ chất lỏng từ bình vào bình 3, ta có PTCB nhiệt: 10 Php1 = A(S1 + S)(t1 - t) = A( S3 +S)60 Php2 = A(S2 + S)(t2 - t) = A( S3 +S)40 Php3 = A(S3 + S)(t3 - t) = A( S3 +S)(t3 - 20) Với A hệ số tỷ lệ Nhiệt độ bình ổn định công suất cung cấp thiết bị đun cơng suất hao phí Nên: A( S3 +S)60 = A( S3 +S)40 ⇒ S3 = 4S Từ: A( S3 +S)60 = A( S3 +S)(t3 - 20) S3 = 4S ta tính t3 = 440C Vậy nước bình thứ đun nóng tới 440 C Bài 2: 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 cân làm nóng tới nhiệt độ nào? Biết trước thả vào phích, chai sữa có nhiệt độ t0 =180C Bài giải: Gọi q1 nhiệt dung phích q2 nhiệt chai sữa 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 t2 = (t1 − t0 )t1 + (t − t1 )t0 (36 − 18).36 + (40 − 36).18 = ≈ 32, C t − t0 40 − 18 Vậy cân chai sữa làm nóng tới 32,70C Bài 3: Một lều có mái phủ chăn len sàn phủ nỉ dày Một người da đỏ ngủ lều cảm thấy lạnh nhiệt độ trời t 1= 100C Hai người da đỏ ngủ lều cảm thấy lạnh nhiệt độ trời t2= 40C Hỏi với nhiệt độ trời t0 người da đỏ cảm thấy lạnh bắt đầu sử dụng lều? Với nhiệt độ trời t ba người da đỏ cảm thấy lạnh họ ngủ lều trên? Cho nhiệt lượng hao phí lều đơn vị thời gian tỉ lệ với hiệu nhiệt độ lều Bài giải: Người da đỏ bắt đầu sử dụng lều trời rét tức nhiệt độ khơng khí ngồi trời t0 Người da đỏ ngủ lều cảm thấy lạnh nhiệt độ khơng khí lều t0 23 Gọi P công suất toả nhiệt người da đỏ, t i nhiệt độ trời ứng với có i người da đỏ ngủ lều cảm thấy lạnh PTCBN trường hợp tổng quát là: i.P = k(t0 - ti) - với k hệ số tỉ lệ phụ thuộc tính chất lều Vế trái phương trình cơng suất toả nhiệt i người da đỏ, vế phải công suất truyền nhiệt từ lều môi trường xung quanh Ta viết PT cho trường hợp: Một người da đỏ ngủ lều: P = k(t0 – t1) (1) Hai người da đỏ ngủ lều: 2P = k(t0 – t2) (2) Ba người da đỏ ngủ lều: 3P = k(t0 – t3) (3) Giải hệ phương trình (1) (2) ta tìm t0 = 2t1 – t2 = 160C Giải phương trình (1) (3) ta tìm t3 = 2t2 – t1 = -20C • Chú ý: Ta khơng thể xác định P k từ phương trình xác định P = t1 − t2 = 60 C k Bài 4: Có hai bình kim loại nhẹ chứa lượng nước, cầu nặng ( có khối lượng khối lượng nước bình khối lượng riêng lớn nhiều khối lượng riêng nước) buộc sợi nhẹ, cách nhiệt thả vào hai bình cho cầu nằm tâm khối nước Các bình đun nóng tới nhiệt độ sơi để nguội nhiệt độ môi trường Biết thời gian để nguội bình có cầu lớn gấp k lần bình khơng có cầu Cho biết nhiệt lượng toả môi trường tỉ lệ với hiệu nhiệt độ bình mơi trường với thời gian Nhiệt dung riêng nước Cn Xác định nhiệt dung riêng chất làm cầu? Bài giải Gọi nhiệt lượng toả môi trường ∆Q , Nhiệt độ bình T b, nhiệt độ mơi trường T0, thời gian toả nhiệt ∆t Theo ta có: ∆Q = α (Tb − T0 ).∆t = α ∆Tb ∆t với ∆Tb = (Tb − T0 ) gọi độ giảm nhiệt độ bình, với α hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào điều kiện tiếp xúc hệ vật toả nhiệt môi trường Ở này, điều kiện hai bình hồn tồn giống nhau, α Trong đơn vị thời gian, nhiệt lượng toả môi trường là: q= ∆Q = α (Tb − T0 ) = α ∆Tb ∆t Với bình chứa nước, bình giảm nhiệt độ ∆Tb lượng nhiệt toả ∆Q1 = ( M nCn + mb Cb )∆Tb 24 Với bình chứa cầu, bình giảm nhiệt độ ∆Tb lượng nhiệt toả là: ∆Q2 = ( M nCn + mbCb + mcCc )∆Tb Theo đề bình nhẹ nên mb = Mn mc=Mn Ngồi Cb = Cn Vì ta có: ∆Q1 = M n Cn ∆Tb ; ∆Q2 = M n (Cn + Cc )∆Tb Gọi thời gian giảm từ nhiệt độ sơi tới nhiệt độ mơi trường bình t bình t2 Ta có: ∆Q1 = q.t1 → M nCn ∆Tb = α ∆Tb t1 (1) ∆Q2 = q.t2 → M n (Cn + Cc ).∆Tb = α ∆Tb t2 (2) Chia vế với vế (2) (1) ta được: t Cn + C c = = k Suy ra: Cc= Cn(k – 1) t1 Cn Vậy nhiệt dung riêng chất làm cầu Cc= Cn(k-1) f) DẠNG VI: BÀI TOÁN SỬ DỤNG KHÁI NIỆM NHIỆT DUNG *.Phương pháp giải: • Xác định vật trao đổi nhiệt • Viết PTCB nhiệt cho trình trao đổi nhiệt theo nhiệt dung • Giải hệ phương trình tính tốn *.Bài tập mẫu Bài 1: Có hai bình chứa hai chất lỏng khác hoà trộn vào Nếu đổ nửa lượng chất lỏng bình có nhiệt độ ban đầu 20 0C vào bình có nhiệt độ ban đầu 600C Sau có cân nhiệt thấy nhiệt độ bình 300C Hỏi lại đổ nửa lượng hỗn hợp bình trở lại bình nhiệt độ cân bình bao nhiêu? Bỏ qua trao đổi nhiệt chất lỏng với bình mơi trường ngồi Bài giải: Gọi q1 nhiệt dung chất lỏng bình q2 nhiệt dung chất lỏng bình Ta có PTCB nhiệt cho bình sau lần trút\ • Đối với bình 2: q1 (30 − 20) = q2 (60 − 30) (1) • Đối với bình 1: q1 q q  (t x − 20) =  + ÷(30 − t x ) (2) 4 2 tx nhiệt độ cân bình sau trút nửa lượng hỗn hợp bình sang Từ (1) ta có: 5q1 = 30q2 25 ⇔ q1 = 6q2 (3) Thay (3) vào (2) ta có: 6q2  6q q  (t x − 20) =  + ÷(30 − t x ) 2  3 1 ⇔ 3q2 (t x − 20) = q2  + ÷(30 − t x ) 2 2 ⇔ 3(t x − 20) = 2(30 − t x ) ⇔ t x = 240 C Vậy nhiệt độ bình có cân nhiệt 240C Bài 2: Một nhiệt lượng kế ban đầu chưa đựng Đổ vào nhiệt lượng kế ca nước nóng thấy nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm 0C Sau lại đổ thêm ca nước nóng thấy nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm 30C Hỏi đổ thêm vào nhiệt lượng kế lúc ca nước nóng nói nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm độ nữa? Bài giải : Gọi : q nhiệt dung nhiệt lượng kế, mC nhiệt dung ca nước nóng, t nhiệt độ nước nóng, t0 nhiệt độ ban đầu nhiệt lượng kế - Khi đổ ca nước nóng, ta có PTCB nhiệt: mC [ t − (t0 + 5)] = q.5 (1) - Khi đổ thêm ca nước nóng nữa, ta có PTCB nhiệt thứ hai: mC [ t − (t0 + + 3)] = (q + mC).3(2) - Khi đổ thêm ca nước nóng, áp dụng PTCB nhiệt ta có: 5mC t − (t0 + + + ∆t )  = (q+2mC) ∆t0 (3) Thay (1) vào (2): 5q – 3mC = 3q + 3mC q Suy ra: 6mC = 2q → mC = Thay (2) vào (3): 5(3q + 3mC) – 5mC ∆t0 = (q + 2mC) ∆t0 (4) Thay mC= q vào (4), ta được: q q 5(3q + ) – 5mC ∆t = (q + ) ∆t 3 10q → 20q = ∆t → ∆t = 60 C Vậy nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng 60C Bài 3: Ba bình cách nhiệt A,B,C nhiệt dung khơng đáng kể đựng chất lỏng có nhiệt dung nhiệt độ là: q1,q2,q3 t1,t2,t3 Nhúng nhiệt kế có nhiệt dung q0, 26 nhiệt độ ban đầu t0 = 300C vào bình A, số ổn định nhấc nhanh nhúng vào bình B Cứ nhiệt kế nhúng vào bình theo thứ tự A,B,C Ghi nhiệt độ nhiệt kế ta giá trị sau: 90 0C, 600C, 800C Biết q1= 2q2 = 3q3 = 6q0 a) Tính giá trị t1, t2 t3? b) Sau số lần nhúng vậy, nhiệt kế bao nhiêu? Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường bên Bài giải: a) Khi nhiệt kế nhúng vào A, nhiệt độ chung lớn nhiệt độ nhiệt kế nên nhiệt kế thu nhiệt, chất lỏng toả nhiệt Ta có PTCB nhiệt bình A q0(90 - 30) = q1(t1 - 90) ⇔ 60q0 = 6q0(t1 - 90) ⇔ t1 = 1000C - Khi nhúng nhiệt kế sang bình B ta có PTCB nhiệt: q0(90 - 60)= q2(60 – t2) ⇔ 30q0 = 3q0(60 – t2) ⇔ t2 = 500C - Khi nhúng nhiệt kế sang bình C ta có PTCB nhiệt: q0(80 - 60)= q3(t3 – 80) ⇔ 20q0 = 2q0(t3 - 80) ⇔ t3 = 900C b) Giả sử sau số lần nhúng nhiệt độ vật cân - gọi t0C - Ta tính nhiệt độ chung cặp - Nhiệt kế bình A trao đổi nhiệt có nhiệt độ chung 900C - Bình B bình C trao đổi nhiệt có nhiệt độ chung t/ Ta có PTCB nhiệt cho q trình trao đổi nhiệt hai chất lỏng bình B C: q2(t/ - 50)= q3(90 – t/) ⇔ 1,5q2(t/ - 50)= q3(90 – t/) ⇔ 2,5t/ = 165 ⇔ t/ =660C Ta có PTCB nhiệt q trình trao đổi nhiệt bình là: (q0 + q1) (90 - t)= (q2 + q3)(t - 66) ⇔ (q0 + 6q0)(90 - t)= (3q0 + 2q0)(t - 66) ⇔ 7(90 - t) = 5(t - 66) ⇔t=8 B ỨNG DỤNG VÀO THỰC TIỄN I Quá trình áp dụng thân Là giáo viên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Vật lý chưa nhiều năm nhận thấy việc đưa phương pháp giải cụ thể cho dạng 27 tập Vật lý vô quan trọng Chính tơi ln ln trọng đến việc phân loại đưa phương pháp giải tương đối tổng quát cho dạng phần kiến thức II Hiệu áp dụng chuyên đề Kết trước áp dụng chuyên đề : Sĩ số 16 Giỏi SL Khá % 25 SL 12 % 75 Trung bình SL % 0 Yếu SL % Kết sau áp dụng chuyên đề : Sĩ số 16 Giỏi SL % 43,75 Khá SL % 56,25 Trung bình SL % 0 Yếu SL % Nhìn vào số liệu đội tuyển qua lần khảo sát chưa áp dụng sau áp dụng chuyên đề thấy : Số học sinh giỏi tăng, số học sinh vươn lên giỏi, chứng tỏ chuyên đề áp dụng có hiệu III VẬN DỤNG VÀO MỘT GIỜ DẠY CỤ THỂ Ngày soạn : Ngày giảng : BÀI TỐN CĨ SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT A Mục tiêu Kiến thức - Học sinh nắm trình chuyển thể chất - Biết trình chuyển thể nhiệt độ khối lượng chất không thay đổi - Nắm phương pháp chung giải tập dạng Kỹ - Rèn kỹ tư lơgíc, sáng tạo, phân tích tổng hợp - Rèn kỹ trình bày tập định lượng Thái độ - Giúp học sinh u thích mơn, hứng thú việc tiếp thu kiến thức Nâng cao khả tự tìm tòi nghiên cứu em B.Chuẩn bị Giáo viên - Giáo án, sách 500 tập Vật lý, máy chiếu, phiếu học tập 28 Học sinh - Sách vở, bút, máy tính C Tiến trình lên lớp Ổn định tổ chức Kiểm tra cũ - Lồng ghép nội dung 3.Bài Hoạt động Hoạt động Học sinh Giáo viên Hoạt động I Kiến thức cần nhớ Cơng thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay toả ( khơng có chuyển thể chất) Q= m.C.(t2 – t1) GV hệ thống lại m : khối lượng vật(kg) kiến thức liên quan C : Nhiệt dung riêng chất làm vật(J/kg.K) đến chuyển thể t1,t2 : nhiệt độ lúc đầu lúc sau vật chất * Lưu ý : - t1t2 : vật thu nhiệt Phương trình cân nhiệt - Nếu khơng có trao đổi nhiệt với mơi trường ngồi : Qtoả ra=Qthu vào Sự chuyển thể chất Hoạt động GV đưa phương pháp giải cho tốn có chuyển thể chất Đơng đặc Ngưng tụ Toả : Q= λ m Toả : Q=Lm RẮN LỎNG KHÍ Nóng chảy Hố Thu : Q= λ m Thu : Q=Lm Q= λm : nhiệt lượng vật thu vào hay toả nhiệt độ nóng chảy Q=Lm : nhiệt lượng vật thu vào hay toả nhiệt độ sôi λ : nhiệt nóng chảy chất cấu tạo nên vật (J/kg) L : nhiệt hoá chất cấu tạo nên vật (J/kg) II Bài tốn có chuyển thể chất * Phương pháp giải - Xác định trình chuyển thể chất - Tính nhiệt lượng vật toả ra, thu vào ứng với trình tăng, giảm nhiệt độ chuyển thể chất - Áp dụng PTCB nhiệt kiện toán, suy ẩn số phải tìm Chú ý : 29 Với tốn khơng thể viết PTCB nhiệt, mà trước hết phải tính tốn, so sánh để xác định tcb hệ Sau có kết luận viết phương trình cân nhiệt GV hướng dẫn phần a, yêu cầu HS vận dụng phần b,c - Khi chất chuyển thể thể tích thay đổi khối lượng khơng đổi - Trong suốt trình chuyển thể nhiệt độ chất không thay đổi * Bài tập mẫu Bài : Bài giải : a Trường hợp : m2 = 1kg Nhiệt lượng toả m1 kg nước để hạ nhiệt độ tới 00C : Q1 = C1m1(t1 - 0) = 4,2.2 (25 - 0) = 210 (KJ) Nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tăng nhiệt độ tới 00C Q2 = C2m2(0 - t2) = 2,1.1 0 − ( −20 ) ] =42 (KJ) So sánh Qthu Qtoả ta thấy Q1 > Q2 Vậy nước đá bị nóng chày Nhiệt lượng cần để nước đá nóng chảy hồn tồn : Q ‘2 = λ m2 = 340.1 = 340 (KJ) So sánh ta thấy Q1< Q2 + Q’2 : Vậy nước đá chưa nóng chảy hồn tồn Vậy nhiệt độ cân 00C Nghĩa toàn khối nước đá m2 nóng lên đến 00C có phần nước đá nóng chảy Gọi khối lượng nước đá nóng chảy : mx Ta có phương trình cân nhiệt : C1m1 ( t1 − ) = C2 m2 ( − t2 ) + λ mx ⇔ mx = C1m1 ( t1 − ) − c2 m2 ( − t2 ) λ ≈ 0,5(kg ) Khối lượng nước có bình mn = m1 + mx ≈ 2,5 (kg) Khối lượng nước đá lại : mnđ = m2 – mx ≈ 0,5 (kg) b Trường hợp 2: m2= 0,2kg Nhiệt lượng toả m1kg nước để hạ nhiệt độ tới 00C là: Q1= m1C1(t1 - 0) = 4,2.2(25 - 0)= 210(kJ) Nhiệt lượng cần cung cấp để m2kg nước đá tăng nhiệt độ tới 00C là: Q2= m2C2(0 – t2)= 2,1.0,2 [ − (−20) ] = 8,4(kJ) So sánh: Q1>Q2 : nước đá phải nóng chảy Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước đá nóng chảy hồn tồn là: Q2/= λ m2 = 340.0,2 = 68(kJ) So sánh Q1>Q2+Q2/ : Điều chứng tỏ tồn khối lượng nước đá m2 nóng lên đến 00C, tan hồn tồn nóng lên đến tx0C Ta có PTCB nhiệt: 30 m1C1(t1 – t2) = m2C2(0 - t2) + λ m2 + m2C1(tx - 0) tx= m1C1t1 + m2C2t2 − λ m2 ≈ 14,5(0 C ) C1 (m1 + m2 ) Vậy nhiệt độ hệ có cân nhiệt tx ≈ 14,50C Khối lượng nước bình: mn= m1 + m2 = 2,2kg Khối lượng nước đá bình: mđ = c) Trường hợp 3: m2= 6kg Nhiệt lượng thu vào nước đá để tăng nhiệt độ lên 00C là: Q2= m2C2(0 – t2) = 2,1.6 [ − (−20) ] = 252(kJ) So sánh Q1