Chuyên đề bài tập nhiệt

1 CHUYÊN ĐỀ : Hướng dẫn học sinh giỏi lớp 9 giải bài tập nhiệt học 2 Nội dung : I. Cơ sở thực hiện : II. Mục đích : III. Một số giải pháp thực hiện IV. Ý kiến thảo luận đóng góp cho chuyên đề 3 1.Sỏch giỏo khoa vt lớ 6,8 khụng cp n cụng thc tớnh nhit lng 1.Sỏch giỏo khoa vt lớ 6,8 khụng cp n cụng thc tớnh nhit lng dnh cho qu dnh cho qu ỏ ỏ trỡnh chuyn th vt cht trỡnh chuyn th vt cht 2.Cỏc hin tng nhit trong thc t l rt ph bin (song khi lm thớ nghim hoc quan sỏt trong thc t thỡ cỏc em ch quan sỏt c mt phn rt nh trong s cỏc hin tng nhit din ra trong bn thõn vt m khụng th dựng tay kim tra s thay i nhit ca cỏc vt ) 3.Bi toỏn v nhiệt lượng trong thực tế thường gắn liền với các quá trình chuyển hóa từ nhiệt năng sang cơ năng, từ điện năng sang nhiệt năng (Đây là các bài toán hay song đòi hỏi các em phải có đầu óc tổng hợp tốt , khái quát khá cao mới không bị lung tỳng trước những bài tập lạ (ít gặp trong các bài toán mẫu) I.C s thc hin : I.C s thc hin : ( Trong khi cỏc bi thi hc sinh gii vt lớ lp 9 thỡ cỏc kin thc ny vn cú v chim mt khong kin thc nht nh trong bi thi cng nh kin thc cn cú cỏc em ) 4.Cỏc bi tp nhit hc (thng gm rt nhiu quỏ trỡnh vt lớ) Cn phi lp nhiu phng trỡnh vi cỏc s liu va l li to nờn khi vit s din t cỏc quỏ trỡnh vt lớ ca vt hoc vit cỏc phng trỡnh trao i nhit thỡ cỏc em hay b nhm ln gia i lng ny b thay vo cho vt kia dn n sai lch kt qu v mt im 4 II.Mục đích: Từ các kiến thức bổ sung, các bài tập cơ bản và nâng cao, cùng một số kinh nghiệm giảng dạy thực tế nhằm giúp các em HS: 1.Tiếp thu kiến thức nhiệt học một cách hoàn chỉnh hơn. 2.Hiểu rõ, liên hệ và giải thích các hiên tượng nhiệt học trong thực tế chính xác,chủ động hơn. 3.Tiếp cận các quá trình biến đổi nhiệt học trong thực tế một cách chủ động hơn, dễ dàng hơn qua việc áp dụng kiến thức vật lí ,giải các bài tập cơ bản và nâng cao từ đó các em có được hành trang tốt nhất về kiến thức vật lí đáp ứng nhu cầu hiện nay của ngành giáo dục cung như của toàn xã hội. 5 Từ sự nở vì nhiệt của các chất (môn vật lí 6):Các chất nóng lên thì nở ra, lạnh đi thì co lại, tôi giúp các em liên hệ đến các bài toán về sự thay đổi khối lượng riêng (bao gồm cả các chất có sự nở đặc biệt giúp các em giải được nhiều bài toán có nội dung thực tế). a)Ví dụ 1 *Mức độ 1: Một miếng nước đá sẽ nổi hay chìm khi được thả vào một cốc nước ở thể lỏng ? Tại sao ? Học sinh dễ dàng trả lời là nước đá sẽ nổi, song để giải thích được tại sao thì có lẽ không phải em nào cũng có khả năng lập luận chính xác. H ỏi: Nước là chất có sự nở vì nhiệt như thế nào ? Em có dự đoán gì về khối lượng riêng của nước đá so với nước ở thể lỏng? III. Một số giải pháp 1.Từ các kiến thức cũ có liên quan, gây hứng thú có tình huống giúp các em chú ý để bắc cầu cho việc tiếp nhận kiến thức mới 6 * M ức độ 2(sự nở vì nhiệt dạng định lượng) Một bình hình trụ códiện tích đáy là 10cm 2 chứa 150cm 3 nước ở thể lỏng ở 20 0 C, nếu thả vào bình một miếng nước đá có dạng hộp lập phương thể tích 8cm3 thì thấy nước trong bình dâng lên một độ cao h nào đó so với ban đầu Hỏi : a)Tìm chiều cao mực nước dâng thêm khi đó? b) Khi miếng nước đá tan hết thì mực nước trong bình thay đổi như thế nào ? (Cho Dnước đá = 900kg/m 3 ; Dnước = 1000kg/m 3 ) * Kiến thức a) +Nước là chất nở đặc biệt (từ 0 đến 4 0 C nước co lại,dưới 0 0 C nước nở ra nên khối lượng riêng giảm ) +Khi thả nước đá vào nước trong cốc thì nước đá không chìm hoàn toàn mà có một phần nhô lên khỏi mặt nước trong cốc, V được tính theo công thức lực đẩy ác si mét F A = d nước .V phần chìm ( F A = P n ư ớc đá ) * Định hướng :Khi miếng nước đá nằm cân bằng trên mặt thoáng thì có những lực nào tác dụng lên nó theo phương thẳng đứng ? Quan hệ độ lớn của hai lực đó ? Chiều cao phần nước dâng lên (chính bằng thể tích phần chìm của miếng nước đá chia cho diện tích .S của đáy bình H dâng = Vphần chìm : S đáy Phát triển bài toán 1 7 b) Khi nước đá tan hết thì mực nước trong bình không hề dâng lên thêm do khi đó nước đá bị giảm thể tích do tăng khối lượng riêng để co lại ( Giáo viên có thể yêu cầu HS tính toán cụ thể trọng lượng miểng nước đá từ đó so sánh thể tích của miếng nươc đá với cùng trọng lượng nước ở thể lỏng tương ứng ) giúp các em thấy rõ tại sao lại như vậy . Hoặc hỏi HS: Khi tan thành nước ở thể lỏng , thể tích của miếng nước đá sẽ tăng hay giảm ? Giảm đi bao nhiêu so với ban đầu ? T ại sao ? 8 b)Ví dụ 2: Bài toán về sự chuyển thể của các chất lớp 6: Mức độ 1: ( Củng cố đặc điểm sự chuyển thể qua đồ thị , đi đến công thức định lượng ) Cho đồ thị (h.vẽ)Nêu tên các quá trình chuyển thể của chất ? Nêu đặc điểm về sự chuyển thể của các chất ? Tại sao vẫn tiếp tục cung cấp nhiệt mà nhiệt độ của vật không thay đổi ? Vậy nhiệt lượng đó để làm gì ? ( Khi chuyển thể, các chất chỉ thu hoặc toả nhiệt để chuyển thể nhưng nhiệt độ không hề thay đổi ) Mức độ 2: (Dành cho học sinh lớp 8,9) Làm thế nào tính được nhiệt lượng cần cung cấp cho qúa trình chuyển thể của vật ? GVcung cấp thêm công thức về sự chuyển thể cho HS và lưu ý các em: Trong công thức tính nhiệt lượng cho sự chuy ển thể không có mặt nhiệt độ do lúc chuyển thể thì nhiệt độ của vật không thay đổi ) Q thu nóng chảy = λ.m Q thu hoá hơi = L . m 100 0 t 0 t0 0 9 Mức độ 3: (Kết hợp các bài toàn đã học ở cả lớp 6 v à 8 để liên kết kiến thức với mức độ cao dần) H:Viết công thức tính nhiệt lượng cần cung cấp cho một vật thu vào để nóng lên ? Nếu hiệu suất sử dụng nhiệt là 100% (bỏ qua hao phí) thì phương trình cân bằng nhiệt sẽ được thực hiện như thế nào? (Tương tự với trường hợp hiệu suất H<1) H = Qi / Q toàn phần Q thu = C.m t 0 Khi trao đổi nhiệt, sự truyềnnhiệt giữa các vật trong hệ có đặc điểm gì ? Quan hệ giữa nhiệt lượng do vật nóng toả ra có quan hệ thế nào với nhiệt lượng vật lạnh thu vào ? Q tỏa = Q thu 10 2. Phân dạng bài toán: Giúp học sinh nắm vững cách giải các loại bài từ đó có kỹ năng nhận dạng bài toán và các mẹo vặt để giải nhanh mỗi bài toán đó. a)Dạng 1:(Bài toán đơn thuần chỉ gồm các quá trình nhiệt ) *Mức độ 1: Bài toán về công thức tính nhiệt lượng cần cho vật thay đổi nhiệt độ và phương trình cân bằng nhiệt. Ban đầu việc phân tích đầu bài, vẽ, sử dụng sơ đồ nhiệt của các em còn yếu nên tôi thường hướng dẫn các em làm quen với các bài toán đơn giản như: “Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho một ấm nhôm nặng 0,5kg chứa 2kg nước từ 20 0 C đến khi sôi” (Biết Cnhôm = 880J/KgK; Cnc = 4.200 J/KgK) Để giải được bài này, các em cần vẽ được sơ đồ nhiệt (giáo viên cần lưu ý hướng dẫn các em viết công thức tính nhiệt lượng thu vào (tỏa ra của từng vật) bằng cách cho chỉ số riêng với từng vật tránh nhầm lẫn từ vật này sang vật kia bằng sơ đồ truyền nhiệt. [...]... của thiết bị đun b) Coi chuyển động của pít tông là đều ước lượng vận tốc ca pít tông ? Cnước = 4200J/kgK ; L nước = 2,3 106 J/kg ; D hơi = 0,6 kg/m3 * nh hng : ? Nng lng chuyn húa th no trong cỏc thit b trờn? Vt no ta nhit (thu) -> kt qu truyn nhit v s chuyn húa (Thiết bị đun tỏa nhiệt -> Nươc thu nhiệt -> Sinh công -> Cơ năng của pít tông ) Vật thu nhiệt m = 1kg t1 = 00C Cnc = 4.200J/Kg.K Lnc = 2,25.106... dn hc sinh gi phn nhit lng ta hoc thu quỏ trỡnh vt lý cha bit cú xy ra hay khụng l X +Nu X >0 thỡ quỏ trỡnh xy ra ỳng nh d oỏn v ngc li T ú hng dn cỏc em v s nhit v phng trỡnh cõn bng 26 Ví dụ 3: (bài tập thực tế kết hợp cả sự chuyển thể và sự cân bằng của vật trong chất lỏng) Trong một bình có một viên nước đá nổi ,ban đầu hệ ở 00 C(hình 1) Khi khối nước đá tan hết,mực nước trong bình thay đổi thế... Suy ra M1 m m M1 + Dd Dc (Dc Dn ) D c ( Dn- D d).D c = 41g ) => Khi lng nc ỏ phi tan: M M M1 = 59g 25 Ví dụ 2: Thả một 1kg nước đá ở -30 0C vào một bình chứa 20 kg nước ở 480 C a)Xác định nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt b) Sau đó, thả vào bình thêm một miếng nước đá khác ở 0 0 C( gồm một mẩu chì 10 g ở giữa, 200g nước đá ở ngoài) Cần bao nhiêu nước ở 10 0 C vào bình để mẩu đá- chì bắt đầu chìm ? *Lu... dây ? +Khi nước đá tan hết : Phần mực nước dâng lên liên hệ thế nào với h hạ xuống ? Tại sao khi giữ miếng nước đá bằng dây, lúc đá tan hết,mực nước trong bình lại hạ đi ? Có thể hướng dẫn các em chia bài toán làm hai tình huống : Trường hợp 1: Khi chưa bị giữ bằng dây Để đá nằm cân bằng : FA = P đá dnước V chìm = dđá V đá Trường hợp 2: Khi bị giữ bằng dây Để đá nằm cân bằng : FA + FAtăng thêm = P đá... căng dây dnước Sđáy hdâng thêm = T căng dây Khi nước đá tan hết mực nước giảm đi đúng bằng lượng nước dâng lên ban đầu hdâng thêm = h hạ xuống T căng = d nước S đáy hhạ => T = 5 N 28 Dng 2: Nhit- Đin Bài toán về chuyển hóa năng lượng Vớ d 1: Mt lũ luyn thộp cn nung chy 30 tn thộp t 300C n khi núng chy hon ton 1.3000C bng in a) Nhit lng thộp cn thu vo l bao nhiờu? b) Nu hiu sut nũ lung l 60% thỡ nhit... ( Dđátan / Dnươc = 1) : Khi nước đá nổi thì phần chìm của nó đứng bằng thể tích của nó khi tan hết Nên mực nước trong bình sẽ không dâng thêm (khi tan hết ) b)Để học sinh thấy dược mấu chốt của vấn đề cần hỏi : Khi đó có những lực nào tác dụng lên miếng nước đá theo phương thẳng đứng ? Khi giữ miếng đá bằng dây thì khác gì khi không buộc dây ? Khi nước đá tan hết : Phần mực nước dâng lên liên hệ... p.s pittụng P = p.Spittụng v Giáo viên cần hướng dẫn các em cách tính áp suất hơi trong xi lanh thông qua D,S, V = > Tìm được v 4 Kim tra mc nm kin thc ca hc sinh bng mt s bi toỏn mi dng bi qua các bài kiểm tra nhỏ 33 34 . trình nhiệt ) *Mức độ 1: Bài toán về công thức tính nhiệt lượng cần cho vật thay đổi nhiệt độ và phương trình cân bằng nhiệt. Ban đầu việc phân tích đầu bài, . nhỏ hơn nhiệt độ cuối Tỏa nhiệt: Nhiệt độ đầu cao hơn nhiệt độ cuối Sau đó hướng dẫn các em cách làm các bài toán đã cân nhắc mức độ 19 Mức độ 2: ( Bài toán