Trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS thì nhiệt học là một trong bốn phần kiến thức Vật lý cơ bản. Lượng kiến thức của phần này không nhiều so với các phần khác, bài tập[r]
(1)CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc
TÊN SÁNG KIẾN
MỘT VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP NÂNG CAO PHẦN NHIỆT HỌC TRONG BỘ MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THCS
(2)CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc
TÊN SÁNG KIẾN
MỘT VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP NÂNG CAO PHẦN NHIỆT HỌC TRONG BỘ MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THCS
Họ tên: Trương Thị Yến Nhi Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THCS Hiền Ninh
Quảng Ninh, tháng 10 năm 2018 I NỘI DUNG
(3)Trong môn khoa học tự nhiên Vật lý mơn học quen thuộc gần gủi với em học sinh, việc tạo hứng thú, u thích mơn học lịng ham học hỏi học sinh phụ thuộc nhiều vào nghiệp vụ sư phạm giáo viên Trong khuôn khổ nhà trường phổ thông, tập Vật lý thường vấn đề không phức tạp, giải suy luận lơ gic, tính tốn thực nghiệm dựa quy tắc, phương pháp Vật lý quy định chương trình dạy học
Qua thực tế giảng dạy môn Vật lý trường trung học sở (THCS), tơi nhận thấy học sinh cịn gặp nhiều khó khăn, lúng túng giải tập Vật lý, điều nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dạy học chất lượng đội tuyển học sinh giỏi mơn Vật lý
Trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS nhiệt học bốn phần kiến thức Vật lý Lượng kiến thức phần không nhiều so với phần khác, tập phần khơng q khó để học sinh nắm vững giải tốt tập phần địi hỏi người giáo viên phải biết vận dụng thành thạo, nhuần nhuyễn kiến thức phần nhiệt học vận dụng thành thạo phương trình cân nhiệt để giải toán nhiệt học Trong sáng kiến mạnh dạn đưa số phương pháp, kỹ mà đúc rút trình dạy học để giải dạng tốn phần nhiệt học, hy vọng bạn đồng nghiệp em học sinh tham khảo làm tài liệu giảng dạy, học tập
Xuất phát từ lý trên, định viết sáng kiến kinh nghiệm: “Một vài kinh nghiệm giải dạng tập nâng cao phần nhiệt học bộ môn vật lý trường THCS”.
2 Điểm sáng kiến
Trong nhiều năm công tác trường THCS, trực tiếp giảng dạy môn Vật lý nhiều năm làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý tơi nhận thấy phần nhiệt học có ý nghĩa quan trọng lĩnh vực: Khoa học – Kỹ thuật đời sống, đặc biệt phần thường xuyên gặp kỳ thi học sinh giỏi cấp Chính lẽ tơi ấp ủ suy nghĩ, hướng tới viết đề tài Đề tài đáp ứng số tiêu chí sau:
a) Tính mới: Bổ sung đầy đủ phần lý thuyết tập dạng bản, nâng cao theo cấp độ để học sinh có cách nhìn nhận cách tổng thể
b) Tính sáng tạo: Mở rộng phần lý thuyết có đủ dạng tập mà sách giáo khoa tiết học khóa chưa giới thiệu Có thêm tập ví dụ tập vận dụng
(4)II PHẦN NỘI DUNG 1 Thực trạng nội dung cần nghiên cứu
Qua giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý, nhận thấy việc định hướng giải tập định lượng phần nhiệt học học sinh cịn yếu mặt sau:
+ Kỹ tìm hiểu đề bài: học sinh chưa xác định đề cho yếu tố gì, cần phải tìm yếu tố nào; chưa xác định đối tượng trình trao đổi nhiệt
+ Các bước giải tập: học sinh cịn chưa thực xác, đầy đủ bước giải tập phần nhiệt học
+ Kỹ tính tốn cịn hạn chế
Với thực trạng nên gặp dạng tập phần học sinh cịn lúng túng, khơng có hứng thú giải tập, kết làm không cao
Vậy nguyên nhân làm cho em định hướng giải tập phần nhiệt thế? Theo tơi có nhiều ngun nhân có ngun nhân khách quan chủ quan:
*Nguyên nhân khách quan
+Phòng thực hành trường THCS chưa đáp ứng yêu cầu môn
+Trang thiết bị phục vụ cho giảng dạy khơng có chất lượng, loại đồ dùng thí nghiệm lại có kết khác nên việc xử lý kết để rút kiến thức thực được, từ học sinh khơng hứng thú học tập
+ Tài liệu tham khảo cịn ít, chưa phân dạng tập phương pháp giải + Chương trình sách giáo khoa Vật lý tồn tiết dạy lý thuyết, khơng có tiết tập nên giáo viên chưa rèn luyện kỹ giải tập cho học sinh Trong lớp 6, em làm quen với tập định lượng phần nhiệt học
*Nguyên nhân chủ quan Về phía giáo viên:
+ Phương pháp truyền đạt kiến thức giáo viên đạt hiệu chưa cao Việc nghiên cứu đầu tư để sử dụng phương pháp dạy học vào mơn cịn hạn chế
+ Một phận học sinh lười học, lơ là, chưa ý nghe giảng nên tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ
+ Học sinh chưa có kỹ tính tốn, khả suy luận cịn nhiều hạn chế, khơng hứng thú với môn
Kết khảo sát: Trước áp dụng sáng kiến cho học sinh khối làm kiểm tra phần nhiệt học, kết sau:
Lớp sốSĩ SL Giỏi% SL Khá% Trung bìnhSL % SL Yếu% SL Kém%
8 79 7 8,9 15 18,9 35 44,3 20 25,3 2 2,6
Từ thực trạng đề tài cung cấp số giải pháp 2 Các giải pháp
(5)2.1.1 Cơng thức tính nhiệt lượng
* Trước hết giáo viên phải giúp học sinh hiểu nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào yếu tố nào?
+ Khối lượng: m (kg)
+ Độ tăng nhiệt độ: t = t2 – t1 (oC oK)
Trong đó: t1 nhiệt độ ban đầu, t2 nhiệt độ cuối
+ Nhiệt dung riêng chất làm vật: c (J/kg.K) Nhiệt lượng vật thu vào: Q = m.c.t
2.1.2 Ngun lí truyền nhiệt
Khi có hai vật trao đổi nhiệt với thì:
+ Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp + Sự truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật ngừng lại
+ Nhiệt lượng vật toả nhiệt lượng vật thu vào Qtoả = Qthu vào
2.1.3 Phương trình cân nhiệt
Nhiệt lượng vật toả nhiệt lượng vật thu vào Qtoả = Qthu vào
Nhiệt lượng toả tính cơng thức Q = m.c.t,
đó t = t1 – t2 (t1 nhiệt độ ban đầu, t2 nhiệt độ cuối) Phần phần cốt lõi
để giải toán Học sinh phải nắm vững vật toả nhiệt vật thu nhiệt nhiệt độ đầu, nhiệt độ cuối nhiệt độ cân
2.1.4 Năng suất toả nhiệt nhiên liệu (q)
Đại lượng vật lý cho biết nhiệt lượng toả kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn gọi suất toả nhiệt nhiên liệu
Cơng thức tính nhiệt lượng toả nhiên liệu bị đốt cháy: Q = q.m
Trong đó: Q nhiệt lượng nguyên liệu bị đốt cháy tỏa (J) q suất tỏa nhiệt nhiên liệu (J/kg)
m khối lượng nguyên liệu bị đốt cháy (kg) Hiệu suất : H = QQi
tp 100% 2.1.5 Sự chuyển thể chất
+ Đa số chất chuyển thể đạt đến nhiệt độ xác định gọi nhiệt chuyển thể Trong suốt trình chuyển thể, nhiệt độ khối chất không thay đổi
+ Nhiệt lượng vật cần thu vào (tỏa ra) để chuyển thể nhiệt độ chuyển thể tính cơng thức: Q=m.λ
+ Nhiệt lượng truyền qua ba hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu xạ nhiệt
+ Nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh hai vật có nhiệt độ
(6)Giáo viên cho học sinh đọc kĩ đề bài, tốn cho biết đại lượng nào, phải tìm đại lượng Sau tóm tắt kí hiệu vật lý, đổi đơn vị cần
Bước 2: Xây dựng lập luận:
Tìm mối quan hệ ẩn số phải tìm kiện cho trực tiếp thông qua công thức gián tiếp qua phép biến đổi
Bước 3: Giải tốn
Lưu ý: cho học sinh giải phương trình chữ trước, sau thu gọn phương trình chữ thay số liệu cho để đến kết
Bước 4: Kiểm tra, biện luận
Sau giải xong, ta tiến hành kiểm tra xem cách giải có khơng? Đã phù hợp với thực tế chưa? Đơn vị chưa? Có thứ nguyên không? 2.3 Phương pháp giải dạng tập nhiệt học nâng cao
2.3.1 Dạng tốn tính nhiệt lượng đại lượng liên quan *Phương pháp giải: Áp dụng cơng thức tính nhiệt lượng
+ Nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên: Qthu=m.c.Δt=m.c.(t2−t1) Với
(t2>t1)
+ Nhiệt lượng tỏa để lạnh đi: Qtoa=m.c.Δt=m.c.(t1−t2) Với (t1>t2)
*Ví dụ 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sơi 2000cm3 nước đựng ấm
nhơm có khối lượng 500g nhiệt độ 200C (nước sôi 1000C) biết nhiệt dung
riêng nước nhôm c1 = 4200J/kg.K , c2 = 880J/kg.K
Phân tích bài: Đọc tốn ta thấy có hai đối tượng tham gia thu nhiệt là: 2000cm3 nước 200c 500g nhôm 200c.
Vậy nhiệt lượng để đun sôi ấm nước nhiệt lượng cung cấp cho nước để tăng từ 200C đến 1000C cộng với nhiệt lượng cung cấp cho ấm nhơm để tăng
từ 200C đến 1000C
Từ phân tích ta có lời giải sau: Tóm tắt
m1 = 2kg
m2 = 0,5kg
c1 = 4200J/kg.K
c2 = 880J/kg.K
Tính: Q = ?
Giải
Nhiệt lượng cần để đun 2000cm3 nước từ 200C đến 1000C là:
Q1 = m1.c1 t = 2.4200.(100-20) = 672000(J)
Nhiệt lượng cần để đun 500g nhôm từ 200C đến 1000C là:
Q2 = m2.c2 t = 0,5.880.(100-20) = 35200(J)
Nhiệt lượng cần để đun sôi ấm nước là: Q = Q1+ Q2 = 672000 + 35200 = 707200(J)
*Ví dụ 2: Một bếp dầu đun sôi 1,25kg nước đựng ấm nhôm khối lượng 0,4kg sau thời gian t1=12 phút nước sôi Nếu dùng bếp để đun
2,5 kg nước điều kiện sau nước sôi? Cho nhiệt dung riêng nước nhôm c1=4200J/kg K ;c2=880J/kg K Biết nhiệt
bếp dầu cung cấp cách đặn Hướng dẫn:
Gọi Q1, Q2 nhiệt lượng cần cung cấp cho nước ấm nhôm hai lần
đun;
m1, m2 khối lượng nước lần đun đầu sau, m3 là khối lượng ấm
nhôm
(7)Q1=(m1c1+m3c2)Δt
Q2=(m2c1+m3c2)Δt
Do nhiệt tỏa cách đặn, thời gian đun lâu nhiệt tỏa lớn Nghĩa nhiệt cung cấp tỉ lệ thuận với thời gian nên Q=kt (với k số, t thời gian)
Áp dụng cho hai lần đun ta có:
Q1=kt1 Q2=kt2 =>
Q2 Q1
=t2
t1 ⇔t2
t1
=m2c1+m3c2
m1c1+m3c2 ⇒t2=
m2c1+m3c2
m1c1+m3c2
t1=
2,5 4200+0,4 880
1,25 4200+0,4 880 12=23,246 phút
*Bài tập vận dụng
Một thỏi đồng có khối lượng 3,5 kg nhiệt độ 260oC Sau tỏa một
nhiệt lượng 250kJ nhiệt độ bao nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng đồng 380J/kg.K
2.3.2 Dạng toán liên quan đến trao đổi nhiệt Loại 1: Trao đổi nhiệt chưa dẫn đến chuyển thể *Phương pháp giải:
Dựa vào phương trình cân nhiệt: Qtoả = Qthu vào
Nếu hỗn hợp có hai chất: chất có m1, c1, nhiệt độ ban đầu t1 chất có m2, c2, nhiệt độ ban đầu t2 Khi cân nhiệt, nhiệt độ hỗn hợp t
Ta có: m1c1(t1− t)=m2c2(t −t2)⇒t=m1c1t1+m2c2t2 m1c1+m2c2
Nếu hỗn hợp gồm nhiều chất thì: t=m1c1t1+m2c2t2+ +mncctn
m1c1+m2c2+ +mncn
*Ví dụ 1: Một thau nhôm khối lượng 0, 5kg đựng 2kg nước 20 oC Thả vào
thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước nóng đến 21,20C.
Tìm nhiệt độ bếp lị Biết nhiệt dung riêng nhôm, nước, đồng c1 =880J/kg.K, c2 =4200J/kg.K, c3 =380J/kg.K Bỏ qua toả nhiệt môi trường Hướng dẫn:
Gọi t0C nhiệt độ củ bếp lò, nhiệt độ ban đầu thỏi đồng
Nhiệt lượng thau nhôm nhận để tăng từ t1=¿ 200C đến t2=¿ 21,20C
Q1=m1c1.(t2−t1) ( m1 khối lượng thau nhôm) Nhiệt lượng nước nhận để tăng từ t1=¿ 200C đến t2=¿ 21,20C
Q2=m2c2(t2−t1) m2 khối lượng nước Nhiệt lượng đồng toả để hạ từ t0C đến t
2=¿ 21,20C
Q3=m3c3(t −t2) ( m3 khối lượng thỏi đồng)
Do khơng có toả nhiệt mơi trường nên theo phương trình cân nhiệt ta có: Q3=Q1+Q2 ⇒ m3c3(t ' −t2)=(m1c1+m2c2)(t2− t1)
⇒ t = (m1c1+m2c2)(t2−t1)+m3c3t2
m3c3
Thay số vào ta t = 160,780C
*Chú ý: Dạng tập u cầu tính khối lượng vật tham gia vào trình trao đổi nhiệt, nhiệt dung riêng vật tỏa nhiệt thu nhit thỡ ta cng gii tng t
Cách giải:
(8)Bớc 2: Dùng công thức tính nhiệt lợng để tính nhiệt lợng toả ra, nhiệt lợng thu vào
Bớc 3: Dùng phơng trình cân nhiệt Qtoả = Qthu để tính đại lợng cha biết theo đề yêu cầu (Qtoả = tổng nhiệt lợng toả ra, Qthu = tổng nhiệt lợng thu vào)
*Ví dụ 2: Thả cầu nhơm khối lượng 0,15kg nung nóng tới 100 oC
vào cốc nước 20 oC Sau thời gian nhiệt độ hệ thống 25 oC Tính
lượng nước cốc coi có cầu nước truyền nhiệt cho nhau, lấy nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.k, nhiệt dung riêng nhơm 880J/kg.K
Tóm tắt m1 = 0,15kg
c1 = 880J/kg.K
c2 = 4200J/kg.K
t1 = 100 oC
t2 = 20 oC
t3 = 25 oC
Tính: m = ?
Giải
Nhiệt lượng cầu nhôm toả nhiệt độ hạ từ 100oC xuống 25oC là:
Q1 = m1.c1t = 0,15.880.(100-25) = 0,15.880.75 = 9900J
Nhiệt lượng nước thu vào tăng nhiệt độ từ 20oC lên
25oC :
Q2 = m2.c2.t = m2.4200.(25-20) = m2.4200.5 = m2.21000J
Theo phương trình cân nhiệt ta có:
Q1 = Q2 9900 = 21000.m2 m2 = 9900 : 21000
m2 = 0,47kg
*Bài tập vận dụng
Bài 1: Thả miếng đồng khối lương 500g nung nóng 200oC vào cái
chậu chứa 2lít nước 20oC Tính nhiệt độ hệ thống có cân nhiệt.
Cho có nước đồng truyền nhiệt cho Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng đồng 380J/kg.K
Bài 2: Để xác định nhiệt dung riêng cảu kim loại người ta bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 500g nước 13oC miếng kim loại có khối lượng 400g nung nóng
tới 100oC Nhiệt độ có cân nhiệt 20oC Tính nhiệt dung riêng kim
loại Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế khơng khí, lấy nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K
Loại 2: Trao đổi nhiệt có chuyển thể chất *Phương pháp giải:
Bước 1: - Xác định đối tượng tham gia vào trình nhiệt - Xác định xem đối tượng trải qua trình - Xác định đối tượng toả nhiệt, đối tựng thu nhiệt Bước 2: - Dùng công thức tính nhiệt lượng cho q trình
- Tính Qtoả, Qthu
- Dùng phương trình cân nhiệt Qtoả = Qthu để tính đại lượng cần tìm
Chú ý: tập u cầu tính nhiệt độ ban đầu nước đá hoặc nước
*Ví dụ 1: Thả cục nước đá nhiệt độ t1= -50oC vào lượng nước nhiệt độ t2
= oC người ta thu 25kg nước nhiệt độ 25oC Tính khối lượng nước đá và
nước? Biết nhiệt dung riêng cảu nước đá nước c1= 1800J/kg.K,
c2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá = 3,4.105J/kg
Hướng dẫn:
Gọi khối lượng cục nước đá -50oC nước 60oC m 1, m2
Vì ta thu 25kg nước 250C nên ta có: m
(9)Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá từ -500C tăng nên 00C là:
Q1 = m1.c1 t = m1.1800.50 = 90000.m1
Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá 00c nóng chảy hoàn toàn là:
Q2 = m1 = m1.3,4.105 = 340000.m1
Nhiệt lượng cần thiết để m1kg nước 00C tăng nên 250C là:
Q3 = m1.c2 t = m1.4200.25 = 105000.m1
Nhiệt lượng thu vào cục nước đá là:
Qthu = Q1 + Q2 + Q3 = 90000.m1 + 340000.m1 + 105000.m1 = 535000.m1
Nhiệt lượng toả m2 kg nước từ 600C hạ xuống 250C là:
Qtoả = m2.c2 t = m2.4200.35 = 147000.m2
Theo phương trình cân nhiệt ta được: Qtoả = Qthu
147000.m2 = 535000.m1 147.m2 = 535.m1 (2)
Từ (1) m1 = 25 - m2 thay vào (2) ta 147.m2 = 535.(25-m2) 147.m2 = 13375 - 535.m2
682.m2 = 13375 m2 = 19,6kg
m1 = 25 - 19,6 = 5,4kg
Vậy khối lượng cục nước đá là: 5,4kg khối lượng nước là: 19,6kg
*Ví dụ 2: Thả 400g nước đá vào 1kg nước 50C Khi có cân nhiệt thấy
khối lượng nước đá tăng thêm 10g Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Biết nhiệt dung riêng cảu nước đá nước c1= 1800J/kg.K, c2=4200J/kg.K, nhiệt
nóng chảy nước đá = 3,4.105J/kg
Hướng dẫn:
Bước 1: Bài tốn có hai đối tượng tham gia vào q trình nhiệt là: - Nước đá t0C
- Nước 50C
Vì có cân nhiệt thấy khối lượng nước đá tăng thêm 10g nên: Nước 50C trải qua trình là:
+ hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C
+ phần nước 00C đông đặc thành nước đá (phần có khối lượng bằng
10g)
Nước đá t0C có q trình tăng nhiệt độ từ t0C đến 00C
Vậy nước 50C toả nhiệt, nước đá t0C thu nhiệt
Bước 2: Nhiệt lượng cần để 1kg nước hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C là:
Q1 = m2.c2.t = 4200 = 21000J
Nhiệt lượng cần để 10g nước 00c đơng đặc hồn toàn là:
Q2 = m. = 0,01.3,4.105= 3400J
Nhiệt lượng toả nước 50C là:
Qtoả = Q1 + Q2 = 21000 + 3400 = 24400J
Nhiệt lượng thu vào nước đá tăng từ t0C nên 00C là:
Qthu = m1.c1 t = 0,4.1800.(-t) = - 720.t
Theo phương trình cân nhiệt ta có: Qtoả = Qthu 24400 = -720.t
t = 24400:(-720) = - 340C
(10)*Bài tập vận dụng: Thả cầu thép có khối lượng m1 = 2kg
nung nóng tới nhiệt độ 6000C vào hỗn hợp nước nước đá 00C Hỗn hợp có
khối lượng m2 = 2kg Tính khối lượng nước đá có hỗn hợp Biết nhiệt độ
cuối hỗn hợp 500C, nhiệt dung riêng thép, nước c =
460J/kg.K, c2 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá = 3,4.105J/kg
Loại 3: Trao đổi nhiệt qua vách ngăn *Kiến thức
- Khi nhiệt trao đổi qua có phần nhiệt lượng hao phí dẫn nhiệt Nhiệt lượng tỉ lệ với diện tích tiếp xúc với môi trường, tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ dẫn với nhiệt độ môi trường phụ thuộc vào chất liệu làm dẫn
- Khi hai dẫn khác mắc nối tiếp lượng có ích truyền hai Khi hai dẫn khác mắc song song tổng nhiệt lượng có ích truyền hai nhiệt lượng có ích hệ thống
- Khi truyền nhiệt qua vách ngăn Nhiệt lượng trao đổi chất qua vách ngăn tỷ lệ với diện tích chất tiếp xúc với vách ngăn tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ hai bên vách ngăn
*Ví dụ: Trong bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước nước đá 0oC Qua
thành bên bình, người ta đưa vào đồng có lớp cách nhiệt bao quanh Một đầu tiếp xúc với nước đá, đầu nhúng nước sôi áp suất khí Sau thời gian 12 phút nước đá bình tan hết Nếu thay đồng thép có tiết diện chiều dài nước đá tan hết sau 38,4 phút Cho nhiệt lượng truyền qua phụ thuộc vào thời gian T, vào vật liệu làm hiệu nhiệt độ hai đầu theo công thức Q= k.Δt.T (với k hệ số truyền nhiệt, Δt độ lớn độ chênh lệch nhiệt độ hai đầu thanh, T thời gian truyền nhiệt)
a Tìm tỉ số hệ số truyền nhiệt đồng so với thép
b Cho hai nối tiếp với cho đầu đồng tiếp xúc với nước sơi nhiệt độ t điểm tiếp xúc hai bao nhiêu?
Hướng dẫn:
a Nhiệt lượng truyền qua đồng thép là:
Q=k1Δt1T1 Q=k2Δt2T2
Vì nhiệt lượng truyền từ nước sôi qua sang nước đá để nước đá tan hết nên Q1=Q2 , lại có:
Δt1=Δt2=100oC ⇒k1T1=k2T2⇒k1
k2= T2 T1=3,2
b Khi mắc nối tiếp hai nhiệt lượng truyền qua đơn vị thời gian nên: ΔQ=k1Δt1❑
=k2Δt2❑ Gọi nhiệt độ điểm tiếp xúc
giữa hai t ta có:
k1Δt1❑
=k2Δt2❑⇔ Δt2 ❑
Δt1❑=
k1 k2⇔
t −0
100−t =3,2⇒t=76,2 o
(11)*Bài tập vận dụng
Trong bình có tiết diện thẳng hình vng chia làm ngăn hình vẽ: hai ngăn nhỏ có tiết diện thẳng hình vng có cạnh nửa cạnh bình Đổ nước vào ngăn đến độ cao: ngăn nước nhiệt độ t1=65oC; ngăn nước nhiệt độ t2=35oC; ngăn nước nhiệt độ t3=20oC
Biết thành bình cách nhiệt tốt vách ngăn dẫn nhiệt Nhiệt lượng truyền qua vách ngăn đơn vị thời gian tỉ lệ với diện tích tiếp xúc nước với hiệu nhiệt độ hai bên vách ngăn Sau thời gian nhiệt độ ngăn giảm Δt1=1oC Hỏi hai ngăn lại nhiệt độ biến đổi thời gian nói Bỏ qua trao đổi nhiệt bình mơi trường
2.3.3 Bài tốn có trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi *Phương pháp giải
+ Nếu khơng có hao phí nhiệt H=100% Qtoả = Qthu
+ Nếu có hao phí nhiệt bên ngồi H<100% Qthu = H.Qtỏa
*Ví dụ 1: Có lít nước sơi đựng ấm Hỏi nhiệt độ nước giảm cịn 40oC nước tỏa mơi trường xung quanh nhiệt lượng bao
nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng trọng lượng riêng nước c=4200J/kg.K d=104N/m3.
Hướng dẫn:
+ Khối lượng nước: m=D.V=d/10.V=3kg
+ Khi nước sôi nhiệt độ t1=100oC, nhiệt tỏa mơi trường xung quanh nên
nhiệt độ giảm xuống cịn t2=40oC Do nhiệt lượng mà nước tỏa môi
trường xung quanh là:
Q=mc(t1−t2)=3 4200(100−40)=756000J=756 kJ
*Ví dụ 2: Một thau nhơm có khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước 20oC Thả vào
thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước nóng đến 21,2oC.
Tìm nhiệt độ bếp lị Biết nhiệt dung riêng nhôm, nước, đồng
c1=880J/kg K , c2=4200J/kg K , c3=380J/kg K Biết nhiệt tỏa môi trường
10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước Hướng dẫn:
Gọi t0C nhiệt độ củ bếp lò, nhiệt độ ban đầu thỏi đồng
Nhiệt lượng thau nhôm nhận để tăng từ t1=¿ 200C đến t2=¿ 21,20C
Q1=m1c1.(t2−t1) ( m1 khối lượng thau nhôm) Nhiệt lượng nước nhận để tăng từ t1=¿ 200C đến t2=¿ 21,20C
Q2=m2c2(t2−t1) ( m2 khối lượng nước) Nhiệt lượng đồng toả để hạ từ t0C đến t
2=¿ 21,20C
Q3=m3c3(t −t2) ( m3 khối lượng thỏi đồng)
Thực tế có toả nhiệt mơi trường nên phương trình cân nhiệt viết lại :
Q3−10 %(Q1+Q2)=(Q1+Q2) ⇒Q3=110 %(Q1+Q2)=1,1(Q1+Q2)
Hay m3c3(t ' −t2)=1,1(m1c1+m2c2)(t2−t1) ⇒ t ' =
(m1c1+m2c2)(t2−t1)+m3c3t2
¿ ¿ ¿
+ t2
(12)*Bài tập vận dụng:
Một ấm điện nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 2kg nước t1 =25oC.
Muốn đun sơi lượng nước 20 phút ấm phải có cơng suất Biết nhiệt dung riêng nước, nhôm c=4200J/kg.K, c1 =880J/ kg.K
và 30% nhiệt lượng tỏa mơi trường xung quanh
2.3.4 Bài tốn suất tỏa nhiệt nhiên liệu Hiệu suất động nhiệt *Kiến thức:
+ Nhiệt lượng toả nhiên liệu:
Q = m.q m: khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg) q: suất toả nhiệt nhiên liệu(J/kg)
+ Động nhiệt động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành
+ Hiệu suất động nhiệt: H=Q1
Qtp
= A Qtp
Trong đó: Qtp nhiệt lượng tỏa đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu
Qtp =A phần nhiệt có ích chuyển thành cơng có ích (J) H hiệu suất động
*Ví dụ 1: Người ta dùng bếp dầu hoả để đun sơi lít nước từ 20°C đựng trong ấm nhơm có khối lượng 0,5kg Tính lượng dầu hoả cần thiết, biết có 30% nhiệt lượng dầu hoả toả làm nóng nước ấm Lấy nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K, nhôm 880J/kg.K, suất toả nhiệt dầu hoả 46.106J/kg.
*Hướng dẫn:
? Bài toán có đối tượng tham gia vào q trình truyền nhiệt ? Những đối tượng thu nhiệt, toả nhiệt
? Nhiệt lượng nhiệt lượng có ích ? Nhiệt lượng nhiệt lượng toàn phần ? Hiệu suất bếp
? Để tính khối lượng dầu hoả phải tính được đại lượng
Tóm tắt m1 = 2kg m2 = 0,5kg t1 = 20°C t2 = 20°C
c1 = 4200J/kg.K c2 = 880J/kg.K q = 46.106 J/kg m = ?
Giải
Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng nước từ 20°C đến 100°C :
Q1 = m1.c1 Δ t = 2.4200.(100 -20) = 672000(J)
Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng ấm từ 20°C đến 100°C :
Q2 = m2.c2 Δ t = 0,5.880.(100 – 20) = 35200(J) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi ấm nước : Q = Q1+ Q2 = 672000 + 35200 = 707 200 (J) Nhiệt lượng dầu hoả toả :
Qtp = 10030 Q = 100
30 (Q1+Q2) =
100
30 707200 =2357333(J)
Lượng than cần thiết để đun sôi ấm nước : Qtp = m.q ⇒ m = Qtp
q =
2357333
(13)Chú ý : Bài tập yêu cầu tính hiệu suất tính nhiệt độ bếp ta làm tương tự
Cách giải : Bước 1: Phân tích đề xác định xem nhiệt lượng có ích dùng để làm gì, xác định xem nhiệt lượng toàn phần lấy từ đâu
Bước 2: Dùng mối liên hệ H = Qi
Qtp suy luận tìm đại lượng liên quan
*Ví dụ 2: Một ơtơ chạy qng đường 100 km với lực kéo trung bình 700N, tiêu thụ hết lít xăng (khoảng kg) Tính hiệu suất động ôtô
Hướng dẫn:
? Nêu cơng thức tính hiệu suất động
? Tính cơng mà động thực
? Nhiệt lượng mà xăng bị đốt cháy toả tính
Chú ý : Bài tốn u cầu tính quãng đường, lực kéo tính khối lượng ta làm tương tự
Cách giải : Bước 1: Tính công mà động thực nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy toả
Bước 2: Dựa vào công thức H = QA suy luận để tìm đại lượng liên quan *Bài tập vận dụng:Một bếp dầu hỏa có hiệu suất 30%.
a) Tính nhiệt lượng tồn phần mà bếp dầu tỏa đốt cháy hoàn toàn 50g dầu hỏa?
b) Với lượng dầu hỏa nói đun sơi lít nước t1=30oC Biết suất tỏa nhiệt dầu hỏa 44.106J/kg, nhiệt dung
riêng nước 4200J/kg.K
2.3.5 Bài toán liên quan đến đồ thị nhiệt *Phương pháp giải:
+ Căn vào đồ thị suy số liệu ứng với đại lượng tương ứng
+ Từ đại lượng tìm liên hệ với cơng thức thích hợp có chứa đại lượng tìm từ suy đại lượng khác
*Ví dụ 1: Sự biến thiên nhiệt độ khối nước đá đựng ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp cho đồ thị Tìm khối lượng nước đá khối lượng ca nhôm Biết QB=204 kJ, QC=220,12 kJ, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 J/kg, nhiệt dung riêng nước c1 = 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng nhôm c2 = 880J/kg.K
*Hướng dẫn:
Gọi khối lượng nước đá m1, ca nhôm m2 Giải
Công mà động thực : A = F.s = 700.100000 = 70 000 000 (J) Nhiệt lượng xăng bị đốt cháy toả : Q = m.q = 46.106 = 184 000 000 (J) Hiệu suất động :
H = QA=70000000
184000000=¿ 38%
Tóm tắt
s = 100km = 100000m F= 700N
(14)Từ đồ thị ta thấy nước đá có nhiệt độ ban đầu t1=0oC, nhiệt lượng thu vào để làm nước đá nóng chảy Q1=204 kJ Ta có:
Q1=m1λ⇒m1=Q1 λ =
204 103
34 104 =0,6 kg
Tổng nhiệt lượng thu vào ca nhôm nước đá để chuyển từ nước đá t1=0oC đến t2=5oC Q=220,12 kJ t(oC)
Ta có: Q=Q1+(m1c1+m2c2)(t2−t1)
Thay số, giải PT ta m2=0,8kg
C
(15)*Bài tập vận dụng: Sự biến thiên nhiệt độ khối nước đá đựng ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp cho đồ thị Tìm khối lượng ca nhơm Biết nhiệt hóa nước L=2,3.106J/kg, nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 J/kg, nhiệt dung riêng nước c1 = 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm c2 = 880J/kg.K t(oC)
100
196 656 Q(kJ) 3 Kết đạt được
Qua việc áp dụng biện pháp để giúp học sinh giải tốt tập phần nhiệt vào trình dạy học khẳng định học sinh yêu thích mơn học hơn, tỉ lệ học sinh khơng thích cảm thấy khó học giảm đáng kể Học sinh sau sử dụng sáng kiến làm tài liệu tham khảo có kĩ giải tập vật lý từ kích thích khả học tập học sinh làm cho chất lượng môn học nâng cao
Cụ thể tiến hành làm khảo sát sau áp dụng sáng kiến kết đạt sau:
Lớp sốSĩ SLGiỏi% SLKhá% Trung bìnhSL % SLYếu% SLKém%
8 79 12 15,2 18 22,8 31 39,2 18 22,8 0
*Biểu đồ so sánh kết đạt trước sau thực SKKN
*Phân tích biểu đồ
Nội dung Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém
Tăng 05 – 6,3% 03 – 3,9%
Giảm 04- 5,1% 02– 2,6 % 2-2,6%
(16)Áp dụng đề tài vào dạy học đại trà bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý mang lại hiệu đáng kể Đề tài trang bị cho em kiến thức mở rộng phần nhiệt học phương pháp giải dạng tập phần nhiệt, qua bồi dưỡng lực tự học, tự nghiên cứu cho em
Sáng kiến bổ sung đầy đủ phần lý thuyết dạng tập cách lôgic nên giáo viên sử dụng sáng kiến làm tài liệu tham khảo trình giảng dạy
2 Kiến nghị, đề xuất
Trên số kinh nghiệm mà thân rút từ thực tế trình giảng dạy mơn Vật lý trường THCS Để sáng kiến có điều kiện áp dụng có hiệu tơi có số đề xuất sau :
Về sách giáo khoa Vật lý lớp 8: Nên có tiết tập lớp để giáo viên có thêm thời gian củng cố, khắc sâu kiến thức cho em, hướng dẫn em giải tập đặc biệt phần nhiệt học
(17)