Hướng dẫn học sinh phân loại và phân tích tìm lời giải các bài toán phần nhiệt học trong chương trình vật lí 8, tại trường THCS nga thắng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HỐ PHỊNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGA SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH PHÂN LOẠI VÀ PHÂN TÍCH TÌM LỜI GIẢI CÁC BÀI TOÁN PHẦN NHIỆT HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 8, TẠI TRƯỜNG THCS NGA THẮNG Người thực hiện: Nguyễn Đình Phương Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THCS Nga Thắng SKKN thuộc môn: Vật lí THANH HỐ NĂM 2021 MỤC LỤC Nội Dung Trang Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp thực 2.3.1 Giải pháp chung 2.3.2 Xây dựng bước chung để giải tập nhiệt học 2.3.3 Các bước tiến hành 2.3.4 Hướng dẫn giải dạng tập phần Nhiệt học 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm 14 Kết luận, kiến nghị 14 3.1 Kết luận 14 3.2 Kiến nghị 14 Mở đầu: 1.1 Lý chọn đề tài: Trong q trình giảng dạy tơi nhận thấy em làm quen với môn Vật lí từ lớp 6, lớp giai đoạn cung cấp cho học sinh kiến thức Vật lí dạng định tính, khái niệm chưa đầy đủ Vật lí em bắt đầu làm quen với toán định lượng nên nhiều học sinh chưa định hướng yêu cầu toán, chưa có phương pháp giải số em biết cách làm trình bày chưa chặt chẽ, chưa khoa học Nhiệt học bốn phần kiến thức Vật Lí trang bị cho học sinh trung học sở Lượng kiến thức phần không nhiều so với phần khác, tập phần khơng q khó song em tiếp xúc với tập định lượng nên việc định hướng giải tập Nhiệt cịn khó khăn với em em chưa có phương pháp giải Để tạo hứng thú học tập cho học sinh lại phụ thuộc nhiều vào nghiệp vụ sư phạm người thầy Qua giảng dạy tìm hiểu tơi nhận thấy phần lớn em chưa có thói quen vận dụng kiến thức học vào giải tập vật lý cách có hiệu quả, nên tơi chọn đề tài: “ Hướng dẫn học sinh phân loại phân tích tìm lời giải tốn phần Nhiệt học chương trình Vật lí 8, trường THCS Nga Thắng” 1.2 Mục đích nghiên cứu Với mong muốn phần khắc phục nhược điểm tìm cách giải tập vật lí Nhiệt học học sinh lớp rèn luyện tính tự học cho học sinh góp phần hồn thành mục tiêu dạy học mơn Mục đích đề tài hướng dẫn học sinh nắm vững dạng tập phương pháp giải dạng tập phần Nhiệt học Học sinh biết vận dụng kiến thức học vào giải tập từ trình bày tốn Vật lí chặt chẽ khoa học 1.3 Đối tượng nghiên cứu Kiến thức Phần Nhiệt học chương trình Vật lí Bài 24: Cơng thức tính nhiệt lượng Bài 25: Phương trình cân nhiệt Sự chuyển thể chất 1.4 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu qua tài liệu: Nghiên cứu tài liệu có liên quan, phương pháp dạy học, lý luận dạy học, sách giáo khoa, sách giáo viên, loại sách tham khảo Dạy học theo phương pháp đổi mới, theo phương pháp đặt vấn đề giải vấn đề Cần trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức cần thiết để giải tập Nhiệt học Phân loại dạng tập đưa phương pháp giải cho tầng dạng - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra, khảo sát cụ thể việc giải tập Nhiệt học học sinh Chú ý tới sai sót thường mắc phải, quan sát trực tiếp việc giải toán Nhiệt học học sinh từ uốn nắn thường xuyên cách trình bày học sinh Thường xuyên dự thăm lớp đồng nghiệp để rút kinh nghiệm giảng dạy Giáo viên thường xuyên kiểm tra việc học lý thuyết làm tập học sinh, có câu hỏi tổng hợp để phát huy tính sáng tạo học sinh Qua thực tế giảng dạy, đánh giá kết học tập học sinh để tích luỹ kinh nghiệm, đúc rút chọn lọc thành học phương pháp giải tốn Vật lí - Phương pháp tổng hợp - Phương pháp đặt giải vấn đề Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm Đổi phương pháp dạy học theo hướng tích cực, chủ động học tập học sinh nhằm giúp em tiếp cận kiến thức đòi hỏi phải đổi toàn nhiều khâu Để hướng dẫn học sinh làm tập Nhiệt học khơng phải giáo viên trình bày lại lời giải, học sinh chép lại mà giáo viên phải người tổ chức hướng dẫn em thông qua hệ thống câu hỏi gợi mở để em bước tìm phương pháp giải Nên việc đổi phương pháp nhằm phát huy tính tích cực, chủ động học sinh nhiệm vụ cấp bách Dạy học Vật lí việc làm thường xuyên, liên tục lâu dài Nó địi hỏi người giáo viên khơng phải có lực, kinh nghiệm mà phải có tâm huyết với nghề, u nghề, u trị, phát bồi dưỡng tạo điều kiện em có lực tự bộc lộ khả cách tối đa Mỗi học sinh có mặt mạnh riêng, dạy học giáo viên cần ý đến điểm nâng cao chất lượng tồn diện Trong q trình học Vật lí trường trung học sở, học sinh cần biết cách tổ chức việc học tập cách chủ động, sáng tạo Người thầy cần rèn cho học sinh kĩ năng, thói quen độc lập suy nghĩ khoa học lời giải phải có sở lí luận Trong thực tế giảng dạy tơi thấy có nhiều học sinh chưa biết giải toán Nhiệt học nhiều nguyên nhân, nguyên nhân chủ yếu học sinh khơng tốn cho biết điều gì? Yêu cầu gì? Vận dụng kiến thức học để giải tốn đó? Nên học sinh chưa thể định hướng dạng tập, để tìm cách giải Qua đề tài giúp nâng cao chất lượng học sinh đại trà học sinh giỏi mơn Vật lí 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: Đặc điểm tình hình nhà trường: Trường THCS Nga Thắng có sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy tương đối tốt, phòng học phòng thực hành vật lý kiên cố, quy cách, có đồ dùng đầy đủ cho khối lớp Học sinh trường THCS Nga Thắng đa phần em ngoan chịu khó học tập, em có đầy đủ sách giáo khoa, sách tập Đội ngũ giảng dạy môn Vật lý trường có giáo viên - Trong qua trình giảng dạy mơn vật lí phần Nhiệt học tơi nhận thấy việc định hướng giải tập định lượng em yếu mặt sau: Các em chưa xác định trình trao đổi nhiệt; đối tượng trao đổi nhiệt bước giải tập - Kết đạt khảo sát làm tập với thời gian 15 phút: Đề khảo sát: Người ta thả miếng đồng khối lượng 1kg vào 1000g nước Miếng đồng nguội từ 70°C xuống 10°C Biết nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K nhiệt dung riêng đồng c1 = 380J/kg.K Hỏi: a Nước nhận nhiệt lượng bao nhiêu? b Nước nóng lên thêm độ ? Kết khảo sát học sinh lớp 8, trường THCS Nga Thắng năm học 2018-2019: H/S Lớp Sỹ số 32 Giỏi = 0% Kết Khá TB = 12,5% 16 = 50% Yếu 12 = 37,5% Kém Kết luận: Đa số em lúng túng chưa biết cách để giải toán nhiệt học - Vậy nguyên nhân làm cho em khơng có định hướng giải tập thế? Theo tơi có nhiều ngun nhân có nguyên nhân khách quan nguyên nhân chủ quan - Trước hết phải kể đến hạn chế phương pháp truyền đạt kiến thức người thầy đến với học sinh chưa đạt hiệu cao - Thứ hai thân học sinh chủ quan lơ là, chưa tập trung nghe giảng nên tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ việc định hướng giải tập chưa tốt - Thứ ba phải kể đến cách biên soạn chương trình sách giáo khoa Vật Lý có tiết tập nên giáo viên chưa rèn kỹ cho học sinh Trong lớp lớp em làm quen với dạng tập định lượng lên lớp em có nhiều tập định lượng, có phần Nhiệt học Vì em cần rèn luyện nhiều - Để giúp em khắc phục phần hạn chế đó, tơi tìm hiểu, suy nghĩ đưa hướng dẫn giải tập hệ thống tập phong phú, góp phần vào việc rèn luyện tư tích cực phương pháp tự học Học sinh Từ em thêm u thích mơn học, phát triển lực tìm tịi học tập em góp phần vào cơng tác ơn thi học sinh giỏi 2.3 Các giải pháp thực 2.3.1 Giải pháp chung Xây dựng kế hoạch thực đề tài từ đầu năm học Áp dụng việc giảng dạy với tất đối tượng học sinh: Giỏi, khá, trung bình Khảo sát rút kinh nghiệm Trong q trình giảng dạy tơi có đưa số phương pháp để nâng cao hiệu là: - Cần có kĩ định hướng giải cách có hệ thống, dễ hiểu - Cần phải tổ chức cho học sinh hoạt động cách tích cực giúp cho em có tính tự học, tự giác - Cần hướng dẫn nhắc lại cho học sinh số kiến thức có liên quan - Đưa phương pháp giải ngắn gọn, dễ hiểu 2.3.2 Xây dựng bước chung để giải tập nhiệt học Bước 1: Đọc kĩ đề bài, tóm tắt Giáo viên cho học sinh đọc kĩ đề bài, toán 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 toán 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? 2.3.3 Các bước tiến hành 2.3.3.1 Đối với giáo viên Để giảng dạy tốt tập phần Nhiệt học giáo viên cần phải chuẩn bị tốt số công việc sau: Khắc sâu kiến thức Giáo viên đọc thêm sách tham khảo để sưu tầm nhiều dạng tập chọn phương pháp giải dễ hiểu Với tập phải giúp học sinh định hướng phương pháp giải, đưa dạng toán để gặp khác học sinh vận dụng giải Với tập có nhiều đại lượng cần ý rèn kĩ tóm tắt đề đổi đơn vị Ở tiết học phải dành thời gian hướng dẫn học sinh làm tập nhà Luôn đổi phương pháp dạy học giúp học sinh phát huy khả tư thân 2.3.3.2 Học sinh cần hệ thống kiến thức cần thiết để giải tập phần Nhiệt học - Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - Sự truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật dừng lại - Nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật thu vào - Nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên: Q = m.c.∆t ; (với ∆t = t - t1 Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu) - Nhiệt lượng vật tỏa để lạnh đi: Q = m.c.∆t ; (với ∆t = t - t2 Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối) - Nhiệt lượng tỏa thu vào chất chuyển thể: + Sự nóng chảy - Đơng đặc: Q = m.λ, (λ nhiệt nóng chảy) + Sự hóa - Ngưng tụ: Q = m.L, (L nhiệt hóa hơi) - Nhiệt lượng tỏa nhiên liệu bị đốt cháy: Q = m.q (q suất tỏa nhiệt nhiên liệu) - Phương trình cân nhiệt: Qtỏa = Qthu vào 2.3.4 Hướng dẫn giải dạng tập phần Nhiệt học Dạng 1: Bài tập có q trình thu nhiệt chất Bài tập: Một ấm đun nước nhôm có khối lượng 0,5kg chứa kg nước 25°C Muốn đun sôi ấm nước cần nhiệt lượng bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng nhôm c1 = 880J/kg.K, nước c2 = 4200J/kg.K Phân tích bài: ? Bài tốn có đối tượng tham gia thu nhiệt ? Nhiệt lượng để đun sôi ấm nước tính Giáo viên chốt lại: Bài tốn có hai đối tượng tham gia thu nhiệt 0,5kg nhôm 25°C kg nước 25°C Vậy nhiệt lượng để đun sôi ấm nước nhiệt lượng cung cấp cho nước để tăng từ 25°C đến 100°C nhiệt lượng cung cấp cho ấm nhơm để tăng từ 25°C đến 100°C Cách giải: Bước 1: Phân tích tìm đối tượng thu nhiệt Bước 2: Dùng công thức Q = m.c  t để tính nhiệt lượng theo yêu cầu Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần) Từ phân tích ta có lời giải sau: Tóm tắt m1 = 0,5kg Bài giải m2 = 2kg Nhiệt lượng cần để đun 0,5 kg nhôm từ 25°C đến 100°C c1 = 880J/kg.K Q1 = m1.c1  t = 0,5.880 (100 – 25) = 33000(J) c2 = 4200J/kg.K Q=? Nhiệt lượng cần để đun kg nước từ 25°C đến 100°C Q2 = m2.c2  t = 2.4200.(100 – 25) = 630000 (J) Nhiệt lượng cần để đun sôi ấm nước Q = Q1+ Q2 = 33000 + 630000 = 663000 (J) Dạng 2: Bài tập có trình thu nhiệt trình toả nhiệt Bài tập1: Người ta thả miếng đồng khối lượng 0,5kg vào 500g nước Miếng đồng nguội từ 80°C xuống 20°C Hỏi nước nhận nhiệt lượng nóng lên thêm độ ? Biết nhiệt dung riêng đồng c1 = 380J/kg.K, nước c2 = 4200J/kg.K Phân tích tốn ? Bài tốn có đối tượng tham gia vào trình trao đổi nhiệt ? Đối tượng thu nhiệt, đối tượng toả nhiệt ? Yêu cầu tốn ? Nhiệt lượng toả tính nào? ? Nhiệt lượng thu vào tính ? Dựa vào đâu để tính nước nóng lên thêm độ Giáo viên chốt lại: Bài tốn có hai đối tượng tham gia vào trình trao đổi nhiệt Đồng vật toả nhiệt, nước vật thu nhiệt Nhiệt lượng đồng toả nhiệt lượng nước thu vào Cách giải: Bước 1: Phân tích đề tìm đối tượng toả nhiệt, đối tượng thu nhiệt Bước 2: Dùng cơng thức tính nhiệt lượng để tính nhiệt lượng toả ra, nhiệt lượng thu vào Bước 3: Dùng phương trình cân nhiệt Q toả = Q thu vào để tính đại lượng chưa biết theo yêu cầu đề Từ phân tích ta có lời giải sau: Tóm tắt m1 = 0,5kg; m2 = 500g = 0,5kg; t1 = 80°C; t = 20°C; c1 = 380J/kg.K c2 = 4200J/kg.K ; Q2 = ? Bài giải Nhiệt lượng đồng toả hạ nhiệt độ từ 80°C xuống 20°C là: Q1 = m1.c1  t1 = 0,5.380.(80 – 20) = 11400 (J) Nhiệt lượng nước thu vào nhiệt lượng đồng toả ta có: Q2 = m2.c2  t2 = Q1 = 11400(J) Nước nóng lên thêm là:  t2 = Q2 11400  5,43°C = 0,5.4200 m2 c Chú ý: Bài tập u cầu tính khối lượng, nhiệt dung riêng, nhiệt độ cân trình trao đổi nhiệt ta giải tương tự Bài tập 2: Có hai bình cách nhiệt, bình thứ chứa 2Kg nước 20 0C, bình thứ hai chứa 4Kg nước 600C Người ta rót ca nước từ bình vào bình Khi bình cân nhiệt người ta lại rót ca nước từ bình sang bình để lượng nước hai bình lúc đầu Nhiệt độ bình sau cân 21,950C a Xác định lượng nước rót lần nhiệt độ cân bình ? b Nếu tiếp tục thực lần thứ hai, tìm nhiệt độ cân bình ? Bài giải a Giả sử rót lượng nước m từ bình sang bình 2, nhiệt độ cân bình t nên ta có phương trình cân bằng: m.(t - t1) = m2.(t2 - t) (1) Tương tự lần rót nhiệt độ cân bình t' = 21,95 0C lượng nước bình lúc cịn (m - m) nên ta có phương trình cân bằng: m.(t - t') = (m1 - m).(t' - t1) (2) Từ (1) (2) ta có phương trình sau: m2.(t2 - t) = m1.(t' - t1) �t  m2t2  m1  t ' t1  m2 (3) Thay (3) vào (2) tính tốn ta rút phương trình sau: m m1 m2  t ' t1  m2  t  t1   m1  t ' t1  (4) Thay số vào (3) (4) ta tìm được: t = 590C m = 0,1 Kg b Lúc nhiệt độ bình bình 21,95 0C 590C ta thực rót 0,1Kg nước từ bình sang bình ta viết phương trình sau: m.(T2 - t') = m2.(t - T2)  T2  m1t 'm2 t 58,12 C m  m2 Bây ta tiếp tục rót từ bình sang bình ta dễ dàng viết phương trình sau: m.(T1 - T2) = (m1 - m).(t - T1)  T1  mT2  (m1  m)t ' 23,76 C m1 Bài tập 3: Có ba chất lỏng khơng tác dụng hóa học với trộn lẫn vào nhiệt lượng kế, chúng có khối lượng m 1=1kg, m2= 10kg, m3=5kg, có nhiệt dung riêng C = 2000J/Kg.K, C2 = 4000J/Kg.K, C3 = 2000J/Kg.K có nhiệt độ t1 = 60C, t2 = - 400C, t3 = 600C a Hãy xác định nhiệt độ hỗn hợp xảy cân ? b Tính nhiệt lượng cần thiết để hỗn hợp nóng lên thêm 0C Biết trao đổi nhiệt khơng có chất bị hóa hay đơng đặc? Bài giải a Giả sử rằng, đầu ta trộn hai chất có nhiệt độ thấp với ta thu hỗn hợp nhiệt độ t < t3 ta có phương trình cân nhiệt: m1c1(t1 - t) = m2c2(t - t2); t = (m1c1t1 + m2c2t2) : (m1c1 + m2c2) (1) Sau ta đem hỗn hợp trộn với chất thứ ta thu hỗn hợp chất nhiệt độ t' (t < t' < t3) ta có phương trình cân nhiệt: (m1c1 + m2c2)(t' - t) = m3c3(t3 - t') (2) ’ Từ (1) (2) ta có: t = (m1c1t1 + m2c2t2 +m3c3t3) : (m1c1 + m2c2 + m3c3) Thay số vào ta tính t' ≈ -190C b Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 60C Q = (m1c1 + m2c2 + m3c3).(t4 - t') = 1300000(J) Bài tập 4: Một nhiệt lượng kế nhơm có khối lượng m(kg) nhiệt độ t1 = 230C, cho vào nhiệt lượng kế khối lượng m(kg) nước nhiệt độ t Sau hệ cân nhiệt, nhiệt độ nước giảm 0C Tiếp tục đổ thêm vào nhiệt lượng kế 2m(kg) chất lỏng khác (khơng tác dụng hóa học với nước) nhiệt độ t3 = 45 0C, có cân nhiệt lần hai, nhiệt độ hệ lại giảm 10 0C so với nhiệt độ cân nhiệt lần thứ Tìm nhiệt dung riêng chất lỏng đổ thêm vào nhiệt lượng kế? Biết nhiệt dung riêng nhôm nước c1 = 900J/kg.K c2= 4200 J/kg.K Bỏ qua mát nhiệt khác Bài giải Khi có cân nhiệt lần thứ nhất, nhiệt độ cân hệ t, ta có m.c1.(t - t1) = m.c2.(t2 - t) (1) o mà t = t2 - 9, t1 = 23 C, c1 = 900J/kg.K , c2 = 4200J/kg.K (2) từ (1) (2) ta có 900(t2 - - 23) = 4200(t2 - t2 + 9) 900(t2 - 32) = 4200.9 ==> t2 - 32 = 42 suy t2 = 74 C t = 74 - = 650C Khi có cân nhiệt lần thứ hai, nhiệt độ cân hệ t', ta có 2m.c.(t' - t3) = (mc1 + m.c2).(t - t') (3) o mà t' = t - 10 = 65 - 10 = 55, t3 = 45 C , (4) từ (3) (4) ta có 2c.(55 - 45) = (900 + 4200).(65 - 55) 2c(10) = 5100.10 suy c = 5100 = 2550J/kg.K Vậy nhiệt dung riêng chất lỏng đổ thêm vào 2550J/kg.K Bài tập 5: Một người dùng nước bể, có nhiệt độ 200C để pha nước ‘ba sơi hai lạnh’ Hãy tính nhiệt độ nước pha ? * Hướng dẫn tìm lời giải: - ‘Ba’ ‘hai’ cụm từ ‘ba sơi hai lạnh’ có nghĩa ‘ba thể tích nhau’ ‘hai thể tích nhau’, chẳng hạn, ‘ba gáo nước sôi hai gáo nước lạnh’, ‘ba lít nước sơi ba lít nước lạnh’ - Đại lượng giống m gáo nước sôi; nhiệt dung riêng giống c (chất lỏng nước); nhiệt độ nước sôi nước lạnh lượng nước hỗn hợp trao đổi nhiệt cân theo nguyên lí truyền nhiệt - Nhiệt độ sôi là: 1000C; nhiệt độ nước để pha: 200C; nhiệt độ cuối là: t Bài giải Gọi m khối lượng gáo nước sôi nước lạnh Gọi t nhiệt độ cuối nước Theo đề ta có phương trình cân nhiệt nước sôi nước lạnh là: 3m.c (100 - t) = 2m.c (t – t2) → 3(100 - t) = 2.( t - 20) � 300  3t  t  40 340 � 5t  340 � t   680 C Đáp số: t = 68 C Dạng 3: Bài tập tính khối lượng chất trao đổi nhiệt Phương pháp giải Áp dụng công thức: Q cung cấp = Q vật thu + Q hao phí Cách tính Q vật thu dạng Cách tính Q hao phí, tùy theo đề bài, mà ta tính theo cách khác Bài tập Đổ lít nước sơi vào nồi nhơm nhiệt độ 20 oC Nhiệt độ nồi nước sau cân nhiệt 45 oC Hỏi khối lượng nồi nhôm bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng nhôm nước 880J/kg.K 4200J/kg.K, nhiệt lượng môi trường xung quanh hấp thụ chiếm 30% nhiệt lượng nước tỏa Bài giải Gọi t2 nhiệt độ cuối nồi nước có cân nhiệt Ta có: Nhiệt lượng nước tỏa ra: Qt = mn.cn.(t1n – t2) (1) Nhiệt lượng nồi nhôm thu vào: Qnhth = mnh.cnh.(t2 – t1nh) (2) Nhiệt lượng mơi trường ngồi hấp thụ: Qmtth = 0,3.Qt = 0,3.mn.cn.(t1n – t2) (3) Theo phương trình cân nhiệt ta có: Qt = Qth (4) Từ (1), (2), (3) (4) ta có: mn.cn.(t1n – t2) = mnh.cnh.(t2 – t1nh) + 0,3.mn.cn.(t1n – t2) Suy ra: mnh.cnh.(t2 – t1nh) = 0,7 mn.cn.(t1n – t2) Vậy, khối lượng nồi nhôm là: mnh  0,7.mn cn  t1n  t2  0,7.5.4200.(100  90)  �2, 4(kg ) cnh  t2  t1nh  880.(90  20) 10 Đáp số: mnh ≈ 2,4 (kg) Bài tập Trộn lẫn rượu vào nước, người ta thu hỗn hợp nặng 140 gam nhiệt độ t = 36oC Tính khối lượng nước rượu pha biết ban đầu rượu có nhiệt độ t1 = 19oC nước có nhiệt độ t2 = 100oC Nhiệt dung riêng rượu nước là: c1 = 2500J/kg.K; c2 = 4200J/kg.K Bài giải Gọi m1, m2 khối lượng rượu nước - Nhiệt lượng rượu thu vào: Q1 = m1.c1.(t – t1) - Nhiệt lượng nước tỏa ra: Q2 = m2.c2.(t2 – t) Khi có cân nhiệt: Q1 = Q2 → m1.c1.(t – t1) = m2.c2.(t2 – t) m1 c2 (t2  t ) 4200(100  36)   �6,3 ; m1 = 6,3 m2 m2 c1 (t  t1 ) 2500(36  19) Mặt khác: m1 + m2 = 140 (g) 6,3m2 + m2 = 7,3m2 = 140 → m2 = 19,18 (g) m1 = 6,3.m2 = 6,3.19,18 ≈ 120,82 (g) Vậy, khối lượng ban đầu: m1 = 120,82 (g); m2 = 19,18 (g) Dạng 4: Bài tập 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 Bài tập 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 Bài giải + 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  t ) 3.4200(100  40) 756000 J 756kJ Bài tập 2: Một thau nhơm có khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước 20 oC Thả vào thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước nóng đến 21,2 oC Tìm nhiệt độ bếp lò? Biết nhiệt dung riêng nhôm, nước, đồng c1 = 880J/Kg.K ; c2 = 4200J/Kg.K; c3 = 380J/Kg.K Và nhiệt tỏa môi trường 10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước Bài giải Gọi t C nhiệt độ bếp lò, nhiệt độ ban đầu thỏi đồng Nhiệt lượng thau nhôm nhận để tăng từ t1  200C đến t 21,20C Q1 m1c1 (t  t1 ) ; ( m1 khối lượng thau nhôm) Nhiệt lượng nước nhận để tăng từ t1  200C đến t 21,20C Q2 m2 c2 (t  t1 ) ; ( m2 khối lượng nước) Nhiệt lượng đồng toả để hạ từ t0C đến t 21,20C 11 Q3 m3 c3 (t  t ) ; ( 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 ' t ) 1,1(m1c1  m2 c2 )(t  t1 ) ((m1c1  m2 c2 )(t  t1 )  m3 c3t  t' = + t → t’ = 174,740C m3c3 Bài tập vận dụng: Một ấm điện nhơm 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 30% nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh Dạng 5: Bài tập liên quan đến chuyển thể chất Bài tập 1: Người ta dẫn 0,2 Kg nước nhiệt độ 100 0C vào bình chứa 1,5 Kg nước nhiệt độ 150C Tính nhiệt độ cuối hỗn hợp tổng khối lượng xảy cân nhiệt Bài giải: Nhiệt lượng tỏa 0,2Kg nước 1000C ngưng tụ thành nước 1000C Q1 = m1 L = 0,2 2,3.106 = 460000 (J) Nhiệt lượng tỏa 0,2Kg nước 1000C thành nước t0C Q2 = m1.C (t1 - t) = 0,2 4200 (100 - t) Nhiệt lượng thu vào 1,5Kg nước 150C thành nước t0C Q3 = m2.C (t - t2) = 1,5 4200 (t - 15) Áp dụng phương trình cân nhiệt: Q1 + Q2 = Q3  460000 + 0,2 4200 (100 - t) = 1,5 4200 (t - 15)  6780.t = 638500  t ≈ 940C Tổng khối lượng xảy cân nhiệt m = m1 + m2 = 0,2 + 1,5 = 1,7(Kg) Bài tập 2: Một thỏi nước đá có khối lượng 200g -100C a Tính nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá biến thành hoàn toàn 1000C b Nếu bỏ thỏi nước đá vào xô nước nhôm 20 0C Sau cân nhiệt ta thấy xơ cịn lại cục nước đá có khối lượng 50g Tính lượng nước có xơ lúc đầu ?, Biết xơ có khối lượng 100g Bài giải: a Nhiệt lượng nước đá thu vào để tăng nhiệt độ từ -100C đến 00C Q1 = m1c1(t2 - t1) = 3600(J) Nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn 00C Q2 = m1.λ = 68000 (J) Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 00C đến 1000C Q3 = m3c2(t3 - t2) = 84000(J) Nhiệt lượng nước thu vào để hóa hồn toàn 1000C Q4 = m1.L = 460000(J) Nhiệt lượng cần cung cấp suốt trình: 12 Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 615600(J) b Gọi m' lượng nước đá tan: m' = 200 - 50 = 150g = 0,15Kg Do nước đá tan không hết nên nhiệt độ cuối hỗn hợp 00C Nhiệt lượng mà m' (Kg) nước đá thu vào để nóng chảy: Q' = m'.λ = 51000 (J) Nhiệt lượng m'' Kg nước xô nhôm tỏa để giảm xuống từ 200C đến 00C Q" = (m".c2 + mnhcnh).(20 - 0) Áp dụng phương trình cân nhiệt: Q" = Q' + Q1 hay: (m".c2 + mnhcnh).(20 - 0) = 51000 + 3600  m" = 0,629 (Kg) Bài tập 3: Khi thực hành phịng thí nghiệm, học sinh cho luồng nước 1000C ngưng tụ nhiệt lượng kế chứa 0,35kg nước 100C Kết nhiệt độ nước tăng lên 42 0C khối lượng nước nhiệt kế tăng thêm 0,02kg Hãy tính nhiệt hóa nước thí nghiệm này? Bài giải: Nhiệt lượng mà 0,35kg nước thu vào: Q Thu vào = m.c.(t2 - t1) ≈ 46900(J) Nhiệt lượng mà 0,02Kg nước 1000C ngưng tụ thành nước Q1 = m.L = 0,02.L Nhiệt lượng mà 0,02Kg nước 1000C tỏa hạ xuống 420C Q = m'.c.(t3 - t2) ≈ 4860(J) Theo phương trình cân nhiệt: Q Thu vào = Q1 + Q hay: 46900 = 0,02L + 4860  L = 21.105 (J/Kg) Bài tập 4: Rót 0,5kg nước nhiệt độ t1 = 200C vào nhiệt lượng kế Thả nước cục nước đá có khối lượng m = 0,5kg có nhiệt độ ban đầu -150C Hãy tìm nhiệt độ hỗn hợp sau cân nhiệt Cho nhiệt dung riêng nước c1 = 4200J/kg.K, nước đá c = 2100J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg Bỏ qua khối lượng nhiệt lượng kế Bài giải: Nhiệt lượng 0,5kg nước tỏa hạ nhiệt từ 200C xuống 00C: Q1 = m1.c1.( t1 – 0) = 0,5.4200.20 = 42000J Khi nước đá tăng nhiệt độ từ -150C đến 00C, nước đá cần nhiệt lượng: Q2 = m2.c2.[0 - (-15)]= 0,5.2100.15 = 15750J Muốn cho 0,5kg nước đá nóng chảy hồn tồn cần nhiệt lượng: Q3 = λ m2 = 3,4.105.0,5 = 170000J Từ kết cho thấy: - Q1 > Q2: Nước đá tăng nhiệt độ tới 00C - Q1 – Q2 < Q3: Nước đá tan hoàn toàn mà tan phần Vậy: Sau cân nhiệt, nước đá khơng tan hồn toàn mà nhiệt độ chung hỗn hợp 00C Dạng 6: Bài tập liên quan đến đồ thị nhiệt *Phương pháp giải: + Căn vào đồ thị suy số liệu ứng với đại lượng tương ứng 13 + Từ đại lượng tìm liên hệ với cơng thức thích hợp có chứa đại lượng tìm từ suy đại lượng khác Bài tập 1: Hai lít nước đun bình đun nước có cơng suất 500W Một phần nhiệt tỏa môi trường xung quanh Sự phụ thuộc công suất tỏa môi trường theo thời gian đun biểu diễn đồ thị hình vẽ Nhiệt độ ban đầu nước 200c Sau nước bình có nhiệt độ 300C Cho nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K Bài giải Gọi đồ thị biểu diễn công suất tỏa môi trường P = a + bt + Khi t = P = 100 + Khi t = 200 P = 200 + Khi t = 400 p = 300 Từ ta tìm P = 100 + 0,5t; Gọi thời gian để nước tăng nhiệt độ từ 20 c đến 300c T nhiệt lượng trung bình tỏa thời gian là: Ptb = = = 100 + 0,25t Ta có phương trình cân nhiệt: 500T = 2.4200(30 - 20) + (100+0,25T)T Phương trình có nghiệm: T = 249 s T = 1351 s Ta chọn thời gian nhỏ T = 249s Bài tập 2: Sự biến thiên nhiệt độ khối lượng nước đá đựng ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp cho đồ thị (H.1) Tìm khối lượng nước đá khối lượng ca nhôm Cho nhiệt dung riêng nước nhôm 4200J/kg.K; 880J/kg.K Nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105J/kg t 0C C A B Q (KJ), (Hình 1) 170 175 Định hướng giải tập: - Xác định kiện đồ thị - Phân tích đồ thị: + Đoạn thẳng AB nằm ngang nhiệt độ không đổi chứng tỏ nước đá tan nhiệt lượng cung cấp cho trình 170kJ = 170000J => tính khối lượng nước đá + Đoạn BC (tăng dần) nhiệt độ từ 00C đến 20C cần nhiệt lượng 175 – 170 = (kJ) = 5000J => tính khối lượng ca nhôm Bài giải Gọi m1, m2 (kg) khối lượng nước ca nhơm (m1, m2 > 0) Từ cơng thức tính nhiệt lượng cần thiết để nước đá nóng chảy hồn tồn: Q1 = λ m1 => m1 = 170000 Q1 = 3,4.105 = 0,5 (kg)  Nhiệt lượng nước đá ca nhôm thu để tăng nhiệt độ từ 00C đến 20C là: Q2 = 175 – 170 = 5(kJ) = 5000J 14 Ta lại có: Q2 = (m1c1+m2c2).(2 - 0) Hay: 5000 = 0,5.4200 + m2.880 => m2 = (2500 - m1c1) : c2 = (2500 - 0,5.4200) : 880 = 0,45(kg) Vậy: Khối lượng nước ca nhôm là: 0,5kg 0,45kg Bài tập 3: Cho đồ thị biểu diễn thay đổi nhiệt độ chất lỏng theo nhiệt lượng cung cấp có dạng (hình 2) Biết nhiệt dung riêng chất lỏng 2500J/kg.K Xác định nhiệt hóa chất lỏng? t(0C) 80 B C 20 A 1,8 12,6 Q(x105J) (Hình 2) Định hướng giải tập: - Phân tích đồ thị: + Đoạn thẳng AB (tăng dần) nhiệt độ tăng từ 20 0C đến 800C cần nhiệt lượng 1,8.105J => tính khối lượng chất lỏng + Đoạn BC (nằm ngang): nhiệt độ không đổi, chứng tỏ chất lỏng hóa Nhiệt lượng để chất lỏng hóa hồn tồn (12,6-1,8).105J Từ tính nhiệt hóa chất lỏng Bài giải Gọi m (kg) khối lượng chất lỏng (m > 0) Nhiệt lượng để m(kg) chất lỏng tăng nhiệt độ từ 200C đến 800C 1,8.105 (J) Ta có: Q1 = m.c.(t2-t1)  m = Q1 1,8.105 = = 1,2(kg) c (t  t1 ) 2500.(80  20) Nhiệt lượng để chất lỏng hóa hồn tồn: Q = (12,6-1,8).105 = 10,8.105(J) Nhiệt hóa chất lỏng đó,ta vận dụng cơng thức: Q = L.m => L = Q : m = 10,8.105 = 9.105(J/kg) 1,2 Vậy: Nhiệt hóa chất lỏng 9.105J/kg Các em học sinh giỏi giải tập nhiệt học đạt mục tiêu mà đặt viết sáng kiến 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Kết khảo sát sau áp dụng đề tài học sinh lớp 8, trường THCS Nga Thắng năm học 2019-2020 Đề khảo sát: Người ta thả miếng đồng khối lượng 1kg vào 1000g nước Miếng đồng nguội từ 70°C xuống 10°C Biết nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K; nhiệt dung riêng đồng c1 = 380J/kg.K Hỏi: 15 a Nước nhận nhiệt lượng bao nhiêu? b Nước nóng lên thêm độ ? Sau chấm khảo sát, thơng kê tơi có kết sau: H/S Lớp Kết Giỏi Khá TB Yếu Kém Sỹ số 29 = 10,3 % = 31,0% 16 = 55,3% = 3,4% Qua kết nghiên cứu giảng dạy nhận thấy: Học sinh rèn phương pháp tự học, tự phát vấn đề, biết nhận dạng số tốn, nắm vững cách giải Kĩ trình bày toán khoa học Đa số em yêu thích học Vật lí, nhiều học sinh tích cực xây dựng Học sinh có hứng thú để giải tập phần Nhiệt học nói riêng Vật lí nói chung Kết luận kiến nghị Kết luận: Tôi sử dụng tài liệu để giảng dạy lớp cung cấp kiến thức cho học sinh tự học Các em biết vận dụng để giải dạng tập: Đây kết việc bồi dưỡng lực tự học, tự nghiên cứu cho em học sinh Phương pháp giải tập phần Nhiệt học có vai trị hệ thống công thức số tập cụ thể Trong q trình giảng dạy, tơi hình thành cho học sinh phương pháp giải dạng tập Học sinh vững vàng lựa chọn kiến thức, công thức phù hợp với dạng tốn cụ thể Từ rèn cho học sinh phương pháp làm tập Vật lí, tạo điều kiện để học sinh học phần khác tốt Trong q trình giảng dạy tơi ln đổi phương pháp giảng dạy, tinh giản kiến thức dạng kiến thức bản, đặc biệt trang bị cho học sinh phương pháp suy luận logic Kiến nghị : Đối với nhà trường cụm chuyên môn: Cần tăng cường công tác giao lưu lực sư phạm giáo viên giao lưu học sinh giỏi khối 8, thường xuyên Với phòng GD &ĐT: Nên tổ chức chuyên đề Bồi dưỡng học sinh giỏi, nâng cao chất lượng đại trà, để giáo viên môn trao đổi kinh nghiệm học tập lẫn Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Nga Thắng, ngày 10 tháng năm 2021 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết Nguyễn Đình Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Sách Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 8: Của tác giả Lê Thị Hạnh Dung, xuất năm 2015 Sách Đề thi tuyển sinh THPT chuyên Vật lý: Của tác giả Lê Thạnh HoạchPhạm Văn Bền – Đặng Đình Tới xuất năm 2005 Sách 500 tập vật lý THCS: Của tác giả Phan Hoàng Văn xuất năm 2007 Tài Liệu Dạy - Học Vật Lí 9: Của tác giả Phạm Ngọc Tiến, xuất năm 2015 Sách Chiến thắng kỳ thi vào 10: Của tác giả Trịnh Minh Hiệp, xuất năm 2018 Sách giáo khoa vật lí Bài tập nâng cao vật lí 8: Sách PGS - PTS Vũ Thanh Khiết Mẫu (2) DANH MỤC 17 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Đình Phương Chức vụ đơn vị cơng tác: Giáo viên trường THCS Nga Thắng TT Tên đề tài SKKN Hướng dẫn học sinh giải tập phần nhiệt học - Vật lý Hướng dẫn học sinh giải toán chuyển động học học sinh lớp trường THCS Nga Thắng Hướng dẫn làm tốt số dạng tập thấu kính phân kỳ cho học sinh lớp trường THCS Nga Thắng Một số kinh nghiệm Hướng dẫn giải tập Thấu kính, cho học sinh lớp 9, trường THCS Nga Thắng Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải tập phần Công Cơng suất điện chương trình Vật lý trường THCS Nga Thắng Một số giải pháp giải tập thực nghiệm điện chiều cho học sinh lớp 9, trường THCS Nga Thắng’’ Cấp đánh giá xếp loại (Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh ) Kết đánh giá xếp loại (A, B, C) Năm học đánh giá xếp loại Huyện C 2012-2013 Huyện B 2013-2014 Huyện B 2014-2015 Huyện B 2015-2016 Huyện A 2016-2017 Huyện B 2019-2020 18 ... thức học vào giải tập vật lý cách có hiệu quả, nên chọn đề tài: “ Hướng dẫn học sinh phân loại phân tích tìm lời giải tốn phần Nhiệt học chương trình Vật lí 8, trường THCS Nga Thắng? ?? 1.2 Mục đích... dẫn học sinh giải toán chuyển động học học sinh lớp trường THCS Nga Thắng Hướng dẫn làm tốt số dạng tập thấu kính phân kỳ cho học sinh lớp trường THCS Nga Thắng Một số kinh nghiệm Hướng dẫn giải. .. Thấu kính, cho học sinh lớp 9, trường THCS Nga Thắng Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải tập phần Cơng Cơng suất điện chương trình Vật lý trường THCS Nga Thắng Một số giải pháp giải tập thực nghiệm