(Sáng kiến kinh nghiệm) phương pháp giải bài tập phần nhiệt cho học sinh giỏi trường THCS quang trung đạt hiệu quả cao

MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1.1Lí 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 lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2.Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 14 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15 3.1 Kết luận 15 3.2 Kiến nghị 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Vật lý học sở nhiều ngành kĩ thuật quan trọng Sự phát triển khoa học Vật lý gắn bó chặt chẽ có tác động qua lại trực tiếp với tiến khoa học kỹ thuật Vì hiểu biết nhận thức Vật lý có giá trị to lớn đời sống sản xuất, đặc biệt cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Mơn Vật lý có vai trị quan trọng việc thực mục tiêu đào tạo trường THCS Chương trình Vật lý THCS có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức Vật lý trình độ phổ thơng sở, bước đầu hình thành cho học sinh kỹ bản, phổ thơng thói quen làm việc khoa học, góp phần hình thành học sinh lực nhận thức phẩm chất, nhân cách mà mục tiêu giáo dục THCS đề Môn Vật lý trường THCS có vị trí quan trọng, góp phần cung cấp cho học sinh kiến thức, kỹ thái độ cần thiết để tiếp tục học lên THPT THCN, học nghề vào lĩnh vực lao động sản xuất đòi hỏi hiểu biết định Vật lý Bài tập Vật lý có vai trị quan trọng dạy - học Vật lý đặc biệt việc bồi dưỡng học sinh giỏi Thông qua việc giải tập Vật lý, học sinh thu nhận khái niệm mới, phương pháp giải tập đó… giúp học sinh vận dụng, khắc sâu kiến thức, kỹ Vật lý; phát triển tư duy, lực nhận thức giải vấn đề Qua nhiều năm giảng dạy Vật lý thân nhận thấy: Các tập Nhiệt học chiếm không nhiều thời lượng chương trình Vật lý thường chiếm phần cấu trúc đề thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh đề thi vào khối chuyên Vật lý trường THPT Đây loại tập mà em gặp nhiều lúng túng, sai sót với biểu thức tốn học dài số tương đối lớn Bên cạnh đó, thời lượng học Vật lý lớp bố trí có tiết/tuần gần khơng có tập Thực tế, nhiều học sinh khơng thể tự giải tập Nhiệt học đặc biết tập khó chưa biết cách phân loại chưa tìm phương pháp giải phù hợp Qua nhiều năm giảng dạy vật lý trường THCS Quang Trung học sinh vấn đề học giải, chữa tập vật lý gặp khơng khó khăn Vì em giải tập cách mị mẫm, khơng có định hướng rõ ràng, áp dụng cơng thức máy móc nhiều khơng giải được, có nhiều ngun nhân: - Lý thuyết chưa tốt - Học sinh chưa biết phương pháp để giải tập vật lý - Chưa có kỹ toán học cần thiết để giải tập vật lý - Chưa xác định mục đích việc giải tập tìm từ câu hỏi điều kiện toán, xem xét tượng vật lý nêu đề tập để từ nắm vững chất vật lý, xác định mối liên hệ cho phải tìm Do vậy, việc tiếp thu kiến thức em gặp nhiều khó khăn, ảnh Để giúp học sinh khắc phục khó khăn thường gặp thêm tự tin trước tập học, đề thi học sinh giỏi, đề thi vào chuyên Lam Sơn Bản thân thấy việc giúp học sinh trường THCS Quang Trung 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, sau nhiều năm nghiên cứu, áp dụng thực tiễn giảng dạy bồi dưỡng HSG viết sáng kiến kinh nghiệm: “Phương pháp giải tập phần nhiệt cho học sinh giỏi trường THCS Quang Trung đạt hiệu cao” 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp giải tập phần nhiệt cho học sinh giỏi trường THCS Quang Trung giúp học sinh nắm vững kiến thức , phân biệt dạng tập, nắm cách giải dạng để nâng cao chất lượng học sinh giỏi đạt kết cao kì thi HSG thành phố, tỉnh chuyên Lam Sơn 1.3 Đối tượng nghiên cứu Học sinh tham gia thi đội tuyển Vật lí khối HSG khối trường THCS Quang Trung – Thành Phố Thanh Hóa 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra tìm hiểu đối tượng học sinh - Phương pháp thống kê, xử lý số liệu - Phương pháp nghiên cứu, xây dựng sở giả thuyết NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận - Mơn vật lý môn khoa học thực nghiệm, nghiên cứu tượng xảy tự nhiên đời sống, có nhiều ứng dụng thực tế. Vật lý có vai trị quan trọng việc hình thành phát triển nhân cách người, thông qua dạy học vật lí giáo dục cho HS có hệ thống tri thức khoa học, kiến thức kĩ thuật tổng hợp - hướng nghiệp, giới quan vật biện chứng, củng cố lòng tin vào khoa học, nâng cao khả nhận biết ngày xác đầy đủ quy luật tự nhiên người - Phương pháp giải tập Vật lý khả định hướng, vận dụng cách có mục đích, sáng tạo kiến thức việc tìm lời giải hợp lý cho tập Học sinh có phương pháp tốt biết cách phân tích đề tượng xảy từ phân loại tập, xác định hướng giải trình bày lời giải cách logic, xác thời gian xác định - Nhiệt học phần chương trình Vật lý THCS có nhiều tập định lượng Nắm phương pháp giải số 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; giúp học sinh tự tin tiếp cận với tập nâng cao, tượng nhiệt học phức tạp 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Thuận lợi Được quan tâm quyền địa phương lãnh đạo nhà trường sở vật chất trang thiết bị dạy học Giáo viên tham gia tập huấn lớp bồi dưỡng, chuyên đề, thay sách giáo khoa, nắm thay đổi phương pháp dạy học môn Vật lí Học sinh có ý thức tự học, tự phấn đấu Nội dung sách giáo khoa Vật lí biên soạn hợp lí, logic 2.2.2 Khó khăn Bên cạnh thuận lợi q trình nghiên cứu đề tài gặp khơng khó khăn: - Học sinh chưa biết cách phân tích, xử lý tượng; chưa biết cách xử lý công thức cho phù hợp nên chưa có giải hợp lý; dễ nhầm lẫn chất tượng q trình nhiệt học khơng hiểu rõ chất số tượng gặp - Học sinh cịn lúng túng việc vận dụng, liên hệ đại lượng kiến thức; kĩ biến đổi tập từ đơn giản đến phức tạp kĩ giải tốn cịn nhiều hạn chế - Vận dụng kiến thức Tốn học giải phương trình bậc nhất, giải phương trình bậc hai, giải hệ phương trình, biện luận phương trình để tìm nghiệm phù hợp tập nhiệt học hay nhầm lẫn - Trong đề thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh đề thi vào khối chuyên Vật lý trường THPT thì dạng tập nhiệt học hay gặp - Tài liệu trình bày dạng tập nhiệt học cho học sinh giỏi cấp THCS chưa đáp ứng nhu cầu học tập em, chưa sâu vào phân loại khái quát thành phương pháp cụ thể, thường biên soạn không theo trình tự định Do đó, giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi việc lựa chọn tập, phân loại tập xây dựng phương pháp giải phù hợp cịn gặp nhiều khó khăn *Kết khảo sát chưa áp dụng theo SKKN Điểm Điểm 9-10 Điểm Khối Số học sinh KS SL Tỷ lệ SL Tỷ lệ SL Tỷ lệ 30 13 43.3% 0% 17 56.7% 12 50% 8.3% 41.7% 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Những biện pháp hướng dẫn học sinh giải toán nhiệt học lớp - Nắm bắt mức độ, lượng hóa mục tiêu - Tùy toán nhiệt học để đưa cách giải khác mà đưa đến kết Giáo viên phải sử dụng linh hoạt biện pháp sư phạm để phát huy tính chủ động sáng tạo học sinh học tập Đối với mơn vật lý nói chung nói riêng chương trình vật lý trung học sở học sinh không nhàm chán làm tập vật lý, tùy giáo viên giảng dạy đưa cách giải nhiều phương pháp khác Muốn đạt kết giáo viên không nắm vững kiến thức mà phải biết vận dụng kết hợp phương pháp giảng dạy nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo học sinh Mục tiêu kĩ năng: quan sát, nhìn nhận Mục tiêu thái độ: tuân thủ, tán thành, bảo vệ 2.3.2 Một số phương pháp giải toán nhiệt học lớp 2.3.2.1 Giúp em nắm vững khắc sâu phần kiến thức lí thuyết học a Nhiệt - Nhiệt tổng động phân tử cấu tạo nên vật - Nhiệt lượng phần nhiệt mà vật nhận thêm hay bớt trình truyền nhiệt b Nguyên lý truyền nhiệt Nếu có hai vật trao đổi nhiệt thì: - Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - Sự truyền nhiệt xảy đến nhiệt độ hai vật dừng lại - Nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật thu vào c Các công thức Công thức nhiệt lượng: Q = mc∆t + Q: Nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa (J) + m: Khối lượng vật (kg) + c: Nhiệt dung riêng chất làm vật (J/kg.K) + ∆t: Độ tăng (giảm) nhiệt độ vât - Vật thu nhiệt vào để nóng lên:  ∆t = t2 - t1: Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu - Vật tỏa nhiệt để lạnh đi: ∆t = t1 - t2: Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối - Nhiệt dung riêng chất nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất nóng lên thêm 10C - Khi nóng chảy hay đơng đặc nhiệt độ vật khơng thay đổi ta phải cung cấp nhiệt lượng Nhiệt lượng thu vào hay toả nóng chảy hay đơng đặc nhiệt độ nóng chảy là: Q =  m với  nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất nóng chảy hồn tồn nhiệt độ nóng chảy - Khi hố hay ngưng tụ phải cung cấp nhiệt lượng Nhiệt lượng thu vào hay toả hoá hay ngưng tụ nhiệt độ sôi là: Q = L.m với L nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất hố hồn tồn nhiệt độ sơi Q i - Hiệu suất sử dụng nhiệt: H  Q 100% Phương trình cân nhiệt:  Qtỏa ra = Qthu vào - Qtỏa ra: Nhiệt lượng vật tỏa trình truyền nhiệt - Qthu vào: Nhiệt lượng vật thu vào trình truyền nhiệt Một số biểu thức liên quan m - Khối lượng riêng: D =  V P - Trọng lượng riêng: d =  V - Biểu thức liên hệ khối lượng trọng lượng: P = 10m - Biểu thức liên hệ khối lượng riêng trọng lượng riêng: d = 10D 2.3.2.2 Phương pháp chung để giải tập Nhiệt học Bước 1: Tìm hiểu đề - Đọc kỹ đề bài, tóm tắt toán đổi đơn vị (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 Xác định nhiệt độ hỗn hợp có cân nhiệt + Hỗn hợp gồm lỏng + rắn nhiệt độ hỗn hợp nhiệt độ nóng chảy + Hỗn hợp gồm lỏng + nhiệt độ hỗn hợp nhiệt độ sơi + Có phải suy luận để xác định nhiệt độ hỗn hợp Qthu  Qtỏa - 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 2.3.2.3 Phương pháp giải số dạng tập Nhiệt học cụ thể Dạng I: Bài tập có trao đổi nhiệt hai hay nhiều chất a Phương pháp giải - Xác định chất thu nhiệt, chất tỏa nhiệt - Tính nhiệt lượng chất toả ra, thu vào theo cơng thức - Áp dụng phương trình cân (PTCB) nhiệt kiện toán, suy ẩn số phải tìm b Bài tập mẫu 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 Bài giải a Nhiệt độ chì có cân nhiệt nhiệt độ cuối nước ( nước nóng lên), nghĩa 60 0C => tcb = 600C b Nhiệt lượng nước thu vào: Qthu vào = m2c2( t - t2) = t2 = 58,50C t = 600C c2 = 190J/kg.K a) tcb = ? b) Qthu vào = ? c) c1 = ?             = 0,25 190 (60 - 58,5) = 571,25 (J) c Nhiệt lượng chì toả là: Qtoả ra = m1c1( t1- t) = 0,3.c1.(100 - 60) = 12c1(J) Áp dụng phương trình cân nhiệt ta có:               Qtoả ra = Qthu vào Hay 12c1= 1571,25             c1 = 130,94 (J/kg.K) Vậy  nhiệt dung riêng chì là : 130,94 J/kg.K       c Bài tập áp dụng Bài 1: Trộn lẫn rượu nước người ta thu hỗn hợp nặng 140g nhiệt độ 360C Tính khối lượng nước khối lượng rượu trộn Biết ban đầu rượu có nhiệt độ 190C nước có nhiệt độ 1000C, cho biết nhiệt dung riêng nước 4200J/Kg.K, rượu 2500J/Kg.k Bài 2: 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 100 0C.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 Bài 3: 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 t1= 20 0C, thùng II t2 = 800C Thùng chứa III có sẵn lượng nước nhiệt độ t3 = 400C tổng số ca nước vừa đổ thêm Cho 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 4: Có bình cách nhiệt. Bình chứa m1 = 2kg nước t1 = 200C, bình chứa m2  = 4kg nước t2 = 600C Người ta rót lượng nước m 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 5: Bình A chứa 3kg nước 200C; bình B chứa 4kg 300C Đầu tiên trút ca nước từ bình A sang bình B Sau cân nhiệt, trút ca nước từ bình B sang bình A Nhiệt độ cân bình A 24 0C Tính nhiệt độ bình B có cân nhiệt khối lượng ca nước Cho khối lượng ca nước có trao đổi nhiệt nước hai bình Bài 6: 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 90C Tiếp  tục  đổ thêm vào nhiệt lượng kế 2m (kg) chất lỏng  khác (khơng tác dụng hóa học với nước)  ở  nhiệt  độ t3 = 45 0C, có  cân bằng  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 c 1 = 900 J/kg.K c2 = 4200 J/kg.K Bỏ qua mát nhiệt khác Dạng II: Bài tập phương trình cân nhiệt chưa biết vật tỏa nhiệt, vật thu nhiệt a Phương pháp giải - Giả sử vật có nhiệt độ cao tỏa nhiệt vật có nhiệt độ thấp thu nhiệt - Viết phương trình cân nhiệt tính tốn a.Bài tập mẫu Một hệ vật gồm n vật có khối lượng vật m , m2 , ,mn nhiệt độ ban đầu t1, t2 , , tn làm chất có nhiệt dung riêng c1 , c2 , , cn trao đổi nhiệt với Tìm nhiệt độ cân hệ ? b.Hướng dẫn giải : Gọi t nhiệt độ cân hệ Giả sử hệ có k vật tỏa nhiệt, (n-k) vật sau thu nhiệt Theo pt cân nhiệt : Qtỏa = Qthu => m1c1  t1  t   m2 c2  t2  t    mk ck  tk  t   mk 1ck 1  t  tk 1   mk  2ck   t  t k     mncn  t  tn   t (m1c1  m2 c2   mn cn )  m1c1t1  m2c2t2   mncnt n  t  m1c1t1  m2 c2t2   mn cntn m1c1  m2 c2   mn cn c Bài tập vận dụng Bài 1: Một hỗn hợp gồm bốn chất lỏng khơng có tác dụng hóa học với có khối lượng là: m = 1kg , m2 = 2kg , m3 = 3kg, m4 = 5kg Biết nhiệt dung riêng nhiệt độ chúng là: c1 = 2000J/kg.K , t1 = 100C; c2 = 4000J/kg.K , t2 = 200C; c3 = 3000J/kg.K , t3 = 400C; c4 = 2500J/kg.K, t4 = 500C Hãy tìm nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt Bài 2 : Một hỗn hợp gồm chất lỏng khơng tác dụng hố học với có khối lượng m1 = 2kg; m2 = 1kg m3 = 4kg Biết nhiệt dung riêng nhiệt độ chúng là: c = 2000 J/kg.K, t1 = 100C ; c2 = 4000 J/kg.K, t2 = 200C; c3 = 3000 J/kg.K, t3 = 500C Hãy tìm: a) Nhiệt độ hỗn hợp có cân nhiệt b) Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp ban đầu đến 40oC Dạng III: Bài tập có trao đổi nhiệt với mơi trường, có liên quan đến thời gian a Phương pháp giải - Khi có tỏa nhiệt mơi trường hiệu suất truyền nhiệt H nhỏ 100% lượng nhiệt thực tế phải cung cấp là Q – Qhp - Sự trao đổi nhiệt với môi trường tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ Tỷ lệ với diện tích tiếp xúc với mơi trường Nên nhiệt lượng hao phí môi trường là: Qhp =  k.S.(t2 - t1)   - với k hệ số tỷ lệ Trong trường hợp nhiệt lượng cung cấp cho vật không đủ làm cho vật chuyển thể vật có nhiệt độ ổn định ta ln có cơng suất tỏa nhiệt mơi trường cơng suất thiết bị đốt nóng cung cấp cho vật - Bài tập liên quan đến thời gian, phải xét mối quan hệ nhiệt độ, khối lượng thời gian theo kiện đề bài, thiết lập mối quan hệ kiện để tìm u cầu tập b Bài tập mẫu Dùng bếp dầu để đun sôi lượng nước có khối lượng m = 1kg, đựng ấm nhơm có khối lượng m2 = 500g sau thời gian t1 = 10 phút nước sôi Nếu dùng bếp dầu để đun sơi lượng nước có khối lượng m đựng ấm điều kiện thấy sau thời gian 19 phút nước sơi Tính khối lượng nước m3 ? Biết nhiệt dung riêng nước, nhôm c = 4200J/kg.K; c2 = 880J/kg.K nhiệt lượng bếp dầu tỏa cách đặn Tóm tắt m1 = 1kg m2= 500g = 0,5kg t1 = 10 phút t2= phút Bài giải: Gọi Q1 Q2 nhiệt lượng mà bếp cung cấp cho nước ấm hai lần đun, t độ tăng nhiệt độ nước Ta có : Q 1= ( m1c1 + m2c2 )t Q2 = ( m3c1 + m2c2 )t c1 = 4200J/kg.K Do bếp dầu tỏa nhiệt đặn nên thời gian đun lâu c2= 880J/kg.K Tính: m3= ? nhiệt lượng tỏa lớn Do ta có : Q1= kt1 ; Q2= kt2 ( k hệ số tỉ lệ ; t t2 thời gian đun tương ứng ) Suy : kt1 = ( m1c1 + m2c2 )t ( ) kt2 = ( m3 c1 + m2c2 )t ( ) t m c m c 2 Chia vế ( ) cho ( ) ta : t  m c  m c  1 2 m3  (m1c1  m2 c )t  m2 c t1 c1t1 (3) Thay số vào ( ) ta tìm m3  ( kg ) Vậy khối lượng nước m3 đựng ấm là: kg c Bài tập áp dụng Bài 1: Một chậu nhôm khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước 200C a Thả vào chậu nhơm thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước nóng đến 21,20C Tìm nhiệt độ bếp lị? Biết nhiệt dung riêng nhơm, nước đồng là:  c1= 880J/kg.K , c2= 4200J/kg.K , c3= 380J/kg.K Bỏ qua toả nhiệt môi trường   b Thực trường hợp này, nhiệt lượng toả môi trường 10% nhiệt lượng cung cấp cho chậu nước Tìm nhiệt độ thực bếp lò Bài 2: Một bếp điện đun ấm nước đựng 500g nước 15 0C Nếu đun phút nhiệt độ nước lên đến 230C Nếu lượng nước 750g đun phút nhiệt độ lên đến 20,80C Tính: a Nhiệt lượng ấm thu để tăng 10C ? b Nhiệt lượng ấm tỏa phút ? Cho biết hiệu suất bếp 40% nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K Bài 3: Người ta nung miếng thép khối lượng m = kg nung đến 5000C thả vào ấm đựng kg nước 20 0C, khối lượng ấm 0,5 kg làm nhơm Tính nhiệt lượng cuối hệ Cho nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Nhôm 880 J/kg.K , thép 460 J/kg.K hiệu suất truyền nhiệt 80% 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 C n Xác định nhiệt dung riêng chất làm cầu?  Dạng IV: Bài tập có sử dụng khái niệm nhiệt dung a 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 b Bài tập mẫu Có số chai sữa hồn tồn giống nhiệt độ tx0C người ta thả chai vào bình cách nhiệt chứa nước, sau cân nhiệt lấy thả chai khác vào Nhiệt độ nước ban đầu bình t0 = 360C, chai thứ lấy có nhiệt độ t1= 330C, chai thứ lấy có nhiệt độ t2= 30,50C Bỏ qua hao phí nhiệt a Tìm nhiệt độ tx b Đến chai thứ lấy nhiệt độ nước bình bắt đầu nhỏ 260C Hướng dẫn giải Tóm tắt Gọi q1 nhiệt lượng tỏa nước bình t0= 36 C giảm nhiệt độ 10C; t1= 330C q2 nhiệt lượng thu vào chai sữa tăng lên t2= 30,5 C 10C Phương trình cân nhiệt bình với chai a.Tìm tx sữa thứ là: b.tn< 26 C q1(t0 – t1) = q2 (t1 – tx) (1) Tìm chai thứ n Phương trình cân nhiệt bình với chai sữa thứ là: q1 (t1 – t2) = q2 (t2 – tx) (2) Chia vế (1) cho (2) thay số với t0 = 360C, t1 = 330C, t2 = 30,50C ta được: tx = 180C q b Thay tx = 180C vào (1) (2)  q  Từ phương trình (1) suy ra: 10 t1  q1.t0  q2 t x q1  tx  (t0  t x ) q1  q2 q1  q2 (3) Tương tự lấy chai thứ hai ra, vai trò t0 t1 ta có: t2  t x  q1 (t1  t x ) q1  q2 (4)  q  Thay (3) vào (4) => t2  t x    (t0  t x )  q1  q2  Tổng quát: Chai thứ n lấy nhiệt độ: n  q1  tn  t x    (t0  t x )  q1  q2  Theo điều kiện: tn < 260C q q  => q1=5q5 n   5  tn  18    (36  18)   26  n  6   c Bài tập áp dụng Bài 1: Ba bình cách nhiệt A, B, C nhiệt dung không đáng kể đựng chất lỏng có nhiệt dung nhiệt độ là: q1, q2, q3 và t1, t2, t3 Nhúng nhiệt kế có nhiệt dung q0, 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: 900C, 600C, 800C Biết q1 = 2q2 = 3q3 = 6q0 a.     Tính giá trị t1, t2 và t3? b.     Sau số lần nhúng vậy, nhiệt kế bao nhiêu? Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi Bài 2: Có hai bình, bình đựng chất lỏng Một học sinh múc ca chất lỏng bình trút vào bình ghi lại nhiệt độ cân bình sau lần trút: 20 0C, 350C, bỏ sót lần khơng ghi, 50 0C Hãy tính nhiệt độ có cân nhiệt lần bị bỏ sót khơng ghi nhiệt độ ca chất lỏng lấy từ bình trút vào Coi nhiệt độ khối lượng ca lấy từ bình nhau, bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi Bài 3: Trong hai bình cách nhiệt có chứa hai chất lỏng khác hai nhiệt độ ban đầu khác Người ta dùng nhiệt kế nhúng nhúng lại vào bình bình Chỉ số nhiệt kế 400C; 80C; 390C; 9,50C a Xét lần nhúng thứ hai vào bình để lập biểu thức liên hệ nhiệt dung q nhiệt kế nhiệt dung q1 của bình b Đến lần nhúng (lần thứ vào bình 1) nhiệt kế ? c Sau số lớn lần nhúng vậy, nhiệt kế Bài 4: 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 11 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 5: Người ta thả chai sữa trẻ em vào phích đựng nước nhiệt độ t = 400C Sau đạt cân nhiệt, chai sữa nóng tới nhiệt độ t 1 = 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 6: 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 Dạng V: Bài tập phương trình cân nhiệt có chuyển thể chất a Phương pháp giải - Xác định vật trao đổi nhiệt - Tính nhiệt lương tỏa , thu vào vật - So sánh nhiệt lượng Qtỏa Qthu để đưa kết luận chuyển thể - Viết phương trình cân nhiệt tính tốn Bài tập mẫu Đổ m1= 2kg nước t1= 100oC vào bình đồng khối lượng m2=0,6kg có chứa m3=3kg nước đá t2= - 10oC Tính nhiệt độ chung khối lượng nước có bình cân nhiệt xảy Biết nhiệt dung riêng nước c1=4200J/kg.K, đồng c2=380J/kg.K, nước đá c3=2100J/kg.K, nhiệt nóng chảy nước đá =3,4.105J/kg cơng thức tính nhiệt lượng vật thu vào nóng chảy Q=.m Hướng dẫn giải : Tóm tắt m1= 2kg m2=0,6kg m3=3kg t1= 100oC t2= - 10oC c1=4200J/kg.K c2=380J/kg.K c3=2100J/kg.K =3,4.105J/kg Tìm tcb=? mn=? Nhiệt lượng tỏa 2kg nước sôi giảm nhiệt độ xuống C: Q1=m1c1(t1-0)=2.4200(100-0)=840000(J) Nhiệt lượng cần cung cấp cho bình nước đá chúng tăng nhiệt độ tới 0oC: Q2=(m2c2+m3c3)(0-t2)=(0,6.380+3.2100)(0+10)=65280(J) Q1 > Q2 nên bình nước đá tăng nhiệt độ tới 0oC nước đá bắt đầu nóng chảy Giả sử nước đá nóng chảy hết cần cung cấp nhiệt lượng : Q3=.m3=3,4.105.3=1020000(J) Q1