Sáng kiến kinh nghiệm “ Bồi dưỡng học sinh theo chủ đề về giải các bài toán truyền nhiệt giữa hai vật trong vật lí 8 ”

Vì vậy tôi đi sâu nghiên cứu đề tài “ Bồi dưỡng học sinh theo chủ đề về giải các bài toán truyền nhiệt giữa hai vật trong vật lí 8 ”, vì năng lực và thời gian có hạn nên tôi chỉ nghiên c

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài.

Chương trình giáo dục thể hiện ngày càng rõ hơn tinh thần phân ban và dạy học tự chọn, đặc biệt lớp cuối cấp giáo dục phổ thông Bồi dưỡng học sinh theo các chủ đề một phần dành cho việc nâng cao kiến thức, kĩ năng của các môn phân hoá sau này, phần khác dành cho việc cung cấp một số nội dung mới theo nhu cầu của người học và yêu cầu của cộng đồng

Vậy bồi dưỡng học sinh theo các chủ đề đã trở thành hình thức dạy học có tính pháp quy cần được nghiên cứu thực nghiệm và triển khai ở mức độ hợp lý cùng các hình thức dạy học khác

Là một giáo viên đang trực tiếp dạy bộ môn vật lí ở trường THCS, một trong các bộ môn đã và đang được áp dụng dạy bồi dưỡng cho học sinh theo các chủ đề, bản thân tôi thấy cần phải nghiên cứu nội dung các tiết dạy này cho phù hợp với

thực tế đặc biệt là với đối tượng học sinh Vì vậy tôi đi sâu nghiên cứu đề tài “ Bồi

dưỡng học sinh theo chủ đề về giải các bài toán truyền nhiệt giữa hai vật trong vật lí 8 ”, vì năng lực và thời gian có hạn nên tôi chỉ nghiên cứu đề tài này trong

một phạm vi hẹp với chủ đề: “ Nâng cao”

Với phương châm vừa nghiên cứu vừa áp dụng tôi mong rằng đề tài này sẽ giúp cho bản thân tôi và các bạn đồng nghiệp một phần nhỏ vào việc đẩy mạnh đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong quá trình tiếp thu kiến thức nói chung và trong giờ học môn vật lý nói riêng

1.2 Mục đích nghiên cứu

Thúc đẩy việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong quá trình tiếp thu kiến thức

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Sáng kiến kinh nghiệm “ Bồi dưỡng học sinh theo chủ đề về giải các bài toán truyền nhiệt giữa hai vật trong vật lí 8 ” được nghiên cứu và viết dựa vào 67 học

sinh khối 8 Trường trung học cơ sở Hợp Thắng

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Với phương pháp dạy học tích cực, lấy học sinh làm trung tâm như hiện nay thì việc rèn luyện cách tự học, tự tìm tòi ra những kiến thức mới cần thiết cho bản thân, bên cạnh đó tạo cho các em cảm giác hứng thú học tập mang lại kết quả học tập tốt hơn

Vì vậy mà đề tài của tôi lấy phương pháp điều tra khảo sát thực tế, phương pháp thu thập thông tin, phương pháp hỏi – đáp, phương pháp thảo luận làm phương pháp chính để nghiên cứu đề tài này

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Trong những năm gần đây mục tiêu dạy học bồi dưỡng theo các chủ đề ở các trường THCS và THPT của nước ta là:

- Bổ sung và khai thác sâu chương trình giáo dục bắt buộc làm cho chương trình giáo dục THCS có tính phân hoá và việc phân ban của chương trình giáo dục THPT được đậm nét hơn

- Đáp ứng nhu cầu và nguyện vọng học tập của các đối tượng học sinh khác nhau Tạo điều kiện cho những học sinh gặp khó khăn trong học tập có thể nắm được kiến thức cơ bản của chương trình chuẩn bị cho học sinh trung học cơ sở thi vào THPT Đặc biệt là đáp ứng được nhu cầu học tập của những học sinh có năng khiếu Góp phần chuẩn bị cho những học sinh không có điều kiện tiếp tục học lên trên mà bước vào cuộc sống lao động

- Tăng cường rèn luyện tính tích cực, tự giác nhất là những khả năng tự học của học sinh

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Năng lực tiếp thu kiến thức của một số em rất tốt, nhưng do học sinh còn chưa biết cách xử lí và giải quyết các bài tập để có hiệu quả Một số em còn ham chơi lơ là việc học tập Vì vậy kết quả quá trình dạy học không được cao, cụ thể như sau:

Từ kết quả trên, tôi tự thấy bản thân cần phải học hỏi, tìm tòi, nghiên cứu biên soạn nội dung bài học cho phù hợp, có tính giáo dục cao để học sinh ham học hơn, say mê tìm hiểu và chất lượng giáo dục đạt kết quả cao hơn Trước mắt chủ yếu tập trung các chủ đề thuộc chương trình khung với loại chủ đề đó là:

Chủ đề nâng cao: Giúp học sinh đào sâu thêm kiến thức đã học Tập dượt nghiên cứu một số vấn đề đơn giản Chủ đề này dành cho học sinh khá và giỏi

Loại chủ đề biên soạn các tiết dạy học sau đây dành cho học sinh với tinh thần

“ Tài liệu tự học có hướng dẫn” Nó được xác định rõ mục tiêu mà học sinh cần đạt được sau khi học song mỗi chủ đề, trên cơ sở đó giúp cho học sinh nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết đồng thời biết vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn

2.3 Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Các giải pháp thực hiện được thể hiện qua bài soạn cụ thể của các tiết dạy học sau:

CÁC BÀI TOÁN VỀ TRUYỀN NHIỆT GIỮA HAI VẬT

Chủ đề: Nâng cao

Thời lượng: 6 tiết

.A MỤC TIÊU

● Kiến thức:

Phân tích các quá trình về biến đổi trạng thái nhiệt của một vật (thay đổi nhiệt

độ cũng như chuyển thể trong một số tình huống thông thường và qua hệ bài tập)

● Kỹ năng:

Vận dụng các công thức thích hợp và áp dụng định luật bảo toàn để tính một

số đại lượng liên quan đến quá trình trao đổi nhiệt

● Thái độ:

Có ý thức tiết kiệm điện năng thông qua việc giải hệ thống các bài tập

B KIẾN THỨC BỔ TRỢ

Một vật có thể tồn tại ở ba thể là rắn, lỏng, khí Khi thu nhiệt, chất rắn có thể

tăng nhiệt độ rồi nóng chảy (chuyển từ thể rắn sang thể lỏng), chất lỏng có thể tăng nhiệt độ rồi hóa hơi (chuyển từ thể lỏng sang thể khí) Ngược lại, khi tỏa nhiệt, chất khí có thể giảm nhiệt độ rồi ngưng tụ (chuyển từ thể khí sang thể lỏng), chất lỏng có thể giảm nhiệt độ rồi đông đặc (chuyển từ thể lỏng sang thể rắn).

Một chất nòng chảy ở nhiệt độ nào thì đông đặc ở nhiệt độ đó Nhiệt độ này

được gọi là nhiệt độ nóng chảy của các chất.

Ở nhiệt độ nóng chảy, 1kg một chất muốn nóng chảy (hoặc đông đặc) hoàn

toàn sẽ thu vào (hoặc tỏa ra) một nhiệt lượng nhất định Nhiệt lượng đó gọi là nhiệt

nóng chảy (hoặc nhiệt đông đặc), kí hiệu là λ, đơn vị là J/kg Khi đó, công thức tính nhiệt lượng mà vật thu vào (hay tỏa ra) để nóng chảy (hay đông đặc) hoàn toàn là:

Q= λm ( m là khối lượng vật chuyển thể tính bằng kg).

Một chất hóa hơi ở nhiệt độ nào thì ngưng tụ ở nhiệt độ đó Nhiệt độ này gọi

là nhiệt độ sôi của chất.

Ở nhiệt độ sôi, 1kg một chất muốn hóa hơi (hoặc ngưng tụ) hoàn toàn sẽ thu

vào (hoặc tỏa ra) một nhiệt lượng nhất định Nhiệt lượng đó gọi là nhiệt hóa hơi (hoặc nhiệt ngưng tụ), kí hiệu là L, đơn vị là J/kg Khi đó, công thức tính nhiệt

lượng mà vật thu vào (hay tỏa ra) để hóa hơi (hay ngưng tụ) hoàn toàn là:

Q= Lm ( m là khối lượng vật chuyển thể tính bằng kg).

Ta có thể tóm tắt quá trình chuyển thể theo sơ đồ sau:

Nóng chảy:Q thu =λm Hóa hơi: Q thu =Lm

(Ở nhiệt độ nóngchảy) (Ở nhiệt độ sôi)

Đông đặc: Q tỏa =λm Ngưng tụ: Q tỏa =Lm

C NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

● Tìm hiểu sự thay đổi trạng thái nhiệt của một vật khi trao đổi nhiệt với các vật xung quanh.

* Quan sát thí nghiệm đun nước đá và thu thập dữ liệu theo hướng dẫn sau:

Dùng đèn cồn đun nóng 0,3kg nước đá (đã đạp vụn) đựng trong bình như hình 1 Ghi lại các số liệu cần thu thập vào chỗ chấm theo bảng 1

Thể

Thể khí

Hình 1

Bảng 1

Trạng thái

nước đá

Nước đá ở thể rắn

Nước đá bắt đầu tan

Nước đá tan hoàn toàn thành nước

Nước bắt đầu sôi

Nước đang sôi

và hóa hơi trong 3 phút Thời gian

đun (phút)

t 0 =

t 1 = t2= t3= t4= Nhiệt độ

nước đá

-8 0 C

* Trả lời các câu hỏi sau

Câu 1 Mô tả quá trình biến đổi trạng thái của nước đá trong bình theo các mốc thời

gian đã ghi ở bảng 1?

Trả lời:

Câu 2 Nếu nước hóa thành hơi hoàn toàn và tiếp tục đun thì hơi nước trong bình sẽ

thay đổi trạng thái như thế nào?

Trả lời:

Nếu nước hóa thành hơi hoàn toàn và tiếp tục đun thì nhiệt độ hơi nước trong bình

sẽ tiếp tục tăng

Câu 3 Từ các số liệu thu thập được, hãy vẽ đường biểu diễn nhiệt độ của vật theo

thời gian đun?

Trả lời:

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật theo thời gian đun có dạng như hình 2

t0

t4

(4) (5)

t3

(3)

t2 (2)

t1 (1) Hình 2 t (phút)

Câu 4 Hãy viết các công thức tính nhiệt lượng mà vật thu vào trên các đoạn tương

ứng của đường biểu diễn quá trình thu nhiệt đã vẽ ở câu 3?

Trả lời:

Đoạn (1): Qthu= cnđ.mnđ(t2-t1); Đoạn (2): Qthu= λnđ.mnđ

Đoạn (3): Qthu= cn.mn(t3-t2); Đoạn (4): Qthu= Ln.mn;

Đoạn (5): Qthu= chn.mhn(t4-t3)

Câu 5 Từ đồ thị hãy nhận xét về nhiệt độ của vật trong thời gian chuyển thể (nóng

chảy hoặc hóa hơi)

Giả sử sau khi đun, tất cả hơi nước trong bình được dẫn vào ống ngưng hơi để làm nước cất và nước cất đó lại được giữ trong tủ lạnh

Trả lời:

Nhiệt độ của vật trong thời gian chuyển thể (nóng chảy và hóa hơi) thay đổi ít (hầu

như không thay đổi)

Câu 6 Mô tả quá trình biển đổi nhiệt của hơi nước khi để chúng trong tủ lạnh? Trả lời:

Câu 7 Vẽ phác họa đường biểu diễn nhiệt độ của hơi nước trong quá trình làm lạnh

chúng

Trả lời:

Đường biểu diễn nhiệt độ của hơi nước trong quá trình làm lạnh chúng có dạng

như hình 3

t0

t1 (1)

t2 (2)

(3)

t3 (4)

t4 (5) t (phỳt) Hỡnh 3

Cõu 8 Hóy cho biết trong thớ nghiệm trờn, ngoài nước đỏ thu nhiệt cũn cú vật nào

thu nhiệt nữa khụng? Đú là nhiệt lượng cú ớch hay nhiệt lượng hoa phớ?

Trả lời:

Đoạn (1): Qtỏa=chn.mhn(t1-t2); Đoạn (2): Qtỏa= Lhn.mhn;

Đoạn (3): Qtỏa= cn.mn(t3-t2); Đoạn (4): Qtỏa= λn.mn

Đoạn (5): Qtỏa= cnđ.mnđ(t4-t3)

● Áp dụng quy trỡnh giải một số bài toỏn về quỏ trỡnh trao đổi nhiệt giữa cỏc vật

* Giải bài tập về trao đổi nhiệt theo quy trỡnh sau:

- Đọc kĩ đề bài, xỏc định vật tỏa nhiệt, vật thu nhiệt

- Túm tắt đề bài: Ghi dữ kiện theo vật trao đổi nhiệt, dùng các ký hiệu chữ đã qui ớc để viết các dữ kiện và ẩn số, đổi đơn vị các dữ kiện cho thống nhất (nếu cần thiết )

- Giải bài tập

* Cỏc bước giải

Bước 2: Nếu nhiệt lượng hao phớ khụng đỏng kể thỡ viết phương trỡnh cõn bằng

phương trỡnh cõn bằng nhiệt cho phự hợp

thay đổi kết quả ở bước 1 vào cụng thức tớnh hiệu suất cho phự hợp

Bước 3: Suy ra cụng thức tớnh đại lượng cần tỡm từ phương trỡnh cõn bằng nhiệt hay cụng thức tớnh hiệu suất ở bước 2 Rồi tớnh kết quả cần tỡm

* Bài tập vớ dụ

Bài 1 Trong một thớ nghiệm, một học sinh thả 300g chỡ ở 1000C vào 250g nước ở

kết quả tớnh được gần bằng kết quả tra bảng

Túm tắt

Vật 1: Chỡ tỏa nhiệt Vật 2: Nước thu nhiệt

m1= 300g = 0,3kg m2= 250g = 0,25kg

t1= 1000C t2= 58,50C

Bài giải

Q1tỏa= c1.m1(t1 - t) = c1.0,3.(100 - 60) = 12.c1 (J)

Q2thu= c2.m2(t- t2) = 4200.0,25.(60 - 58,5) = 1575 (J)

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Qtỏa= Qthu

Vậy nhiệt dung riêng của chì tính được là: 131 J/kg.K

Giải thích: Nhiệt dung riêng của chì tính được lớn hơn nhiệt dung riêng của chì tra

trong bảng là vì trong tính toán, ta đã bỏ qua sự mất mát nhiệt do bình đựng nước và không khí xung quanh thu vào

Bài 2 Phải tốn bao nhiêu gam dầu hỏa mới làm cho 0,5kg nước từ 200C sôi và hóa hơi hoàn toàn Biết rằng hiệu suất của bếp dầu hỏa là 23% Hãy đề ra phương án làm tăng hiệu suất của bếp

Tóm tắt

Vật 1: Dầu hỏa tỏa nhiệt Vật 2: Nước thu nhiệt

H = 23% m2= 0,5kg

t1= 200C; t2= 1000C

Bài giải

Q2thu I = c2.m2(t2 – t1) = 4200.0,5.(100 - 20) = 168000 (J)

Nhiệt lượng mà 0,5kg nước thu vào có ích khi hóa hơi hoàn toàn là:

Q2thu II = L.m2 = 2,3.106.0,5 = 1150000 (J)

Nhiệt lượng có ích là:

Q2thu I + Q2thu II = 168000+ 1150000= 1318000 (J)

Qtp= q1.m1= 44.106.m1 (J)

Theo công thức hiệu suất của bếp dầu hỏa, ta có:

⇒ m1= 131,8.106/44.106.23 ≈ 0,130 (kg) = 130g

hoàn toàn

Phương án làm tăng hiệu suất của bếp lò là: Dùng tấm bìa to che chắn xung quanh

bếp, đặt bếp nơi kín gió,

Bài 3 Một xe máy có công suất 1,6kW chuyển động với vận tốc 36 km/h sẽ đi được

bao nhiêu km? Biết hiệu suất của động cơ là 25%, năng suất tỏa nhiệt của xăng là

Tóm tắt

Xăng tỏa nhiệt; Xe máy thu nhiệt để chạy

Tính s (km)?

Bài giải

Nhiệt lượng toàn phần do 2 lít xăng cháy tỏa ra là:

Nhiệt lượng có ích chuyển thành công có ích làm chạy xe máy là:

Đáp số: s = 100,625km

● Thảo luận về quy trình giải bài toán trao đổi nhiệt giữa hai vật hoặc nhiều vật khi biết rõ trạng thái nhiệt của chúng.

Dựa vào 3 bài tập đã giải ở trên để trả lời các câu hỏi sau:

Câu 9 Đối với các bài toán về trao đổi nhiệt giữa các vật, đầu tiên ta phải tìm hiểu

vấn đề gì khi đọc đề bài?

Trả lời:

Đọc kĩ đề bài, xác định vật nào tỏa nhiệt, vật nào thu nhiệt

Câu 10 Sau khi đọc kĩ đề bài, nên ghi tóm tắt dữ kiện như thế nào?

Trả lời:

Ghi tóm tắt dữ kiện đề bài cho theo từng vật tham gia trao đổi nhiệt Nên đổi dữ kiện về cùng một hệ đơi vị Nếu đề bài cho biết tên chất của vật trao đổi nhiệt thì có thể tra bảng phụ lục (bảng nhiệt dung riêng, khối lượng riêng, nhiệt nóng chảy, nhiệt hóa hơi và năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu) để biết thêm các dữ kiện cần thiết

Câu 11 Cần chú ý gì khi viết lời giải và phép tính sau lời giải trong các bước giải

bài toán về trao đổi nhiệt giữa các vật?

Trả lời:

Khi viết lời giải và phép tính sau lời giải trong các bước giải bài toán về trao đổi nhiệt giữa các vật nên chú ý:

- Trong phần lời giải: Nên nói rõ nhiệt lượng của vật nào, thu vào hay tỏa ra, khi nào (tăng hay giảm nhiệt độ hay chuyển thể)

Với những bài toán có nhiệt lượng hoa phí đáng kể thì lời giải cần nêu rõ đó là nhiệt lượng có ích hay toàn phần

Với những bài toán về động cơ nhiệt thì nhiệt lượng có ích thường chuyển hóa

nhiệt lượng do lượng nhiên liệu mà động cơ đã tiêu thụ tỏa ra

- Trong phép tính dưới lời giải nên viết các công thức phù hợp với lời giải và các kí hiệu phù hợp với dữ kiện trong phần tóm tắt đề, rồi mới thay số vào công thức để tính

● Giải các bài tập sau

Bài 4 Người ta thả 400g nước đá vào 1kg nước ở 50C Khi có cân bằng nhiệt, khối lượng nước đá tăng thêm 10g Xác định nhiệt độ ban đầu của nước đá Biết nhiệt dung riêng của nước đá là 2100J/kg.K và nhiệt độ nóng chảy của nước đá là

Tóm tắt

Vật 1: Nước đá thu nhiệt Vật 2: Nước tỏa nhiệt

m3 = 10g = 0,01kg t2= 5 0C

Tính t1?

Bài giải

Khối lượng của nước đá tăng thêm 10g chứng tỏ nước đá thu nhiệt, tăng nhiệt độ

Q1thu = c1.m1 (0 – t1) = 2100.0,4 (- t1) = - 840.t1 (J)

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta lại có:

Q1thu = Q2tỏa + Q3tỏa

Bài 5 Thả một quả cầu nhôm khối lượng 0,15kg được đun nóng tới 100oC vào một

Tóm tắt

Vật 1: Quả cầu nhôm tỏa nhiệt Vật 2: Nước thu nhiệt

t1 = 1000C; t2 = 200C

t = 250C

c1 = 880J/ kg K; c2 = 4200 J/ kg k

m2 = ?

Bài giải

Nhiệt lượng của nước thu vào để tăng từ 200C lên 250C:

Q2 = m2c2(t - t2)

Nhiệt lượng của quả nhôm toả ra đúng bằng nhiệt lượng nước thu vào:

Q toả ra = Q thu vào

Hay: m2c2(t - t2) = m1c1(t1 - t)

⇒ m2 = 1 1 1

2 2

m c t t

c t t

Bài 6 Một máy kéo chạy 50km với lực kéo không đổi là 1000N thì tiêu thụ hết 7 lít

Tóm tắt

Biết qxăng=4,6.107 J/kg; Dxăng= 700kg/m3

Tính H?

Bài giải

Công có ích của máy kéo là:

Nhiệt lượng toàn phần do 7 lít xăng cháy tỏa ra là:

Hiệu suất của động cơ máy kéo là:

⇒ H ≈ 0,22.100% ≈ 22%

Bài 7 Một ô tô chạy được một quãng đường dài 100km với lực kéo trung bình là

Tóm tắt

Biết qxăng=4,6.107 J/kg; Dxăng= 700kg/m3

Tính H?

Bài giải

Công có ích mà ôtô thực hiện được là:

Nhiệt lượng toàn phần do 10 lít xăng cháy tỏa ra là:

Hiệu suất của ôtô là:

⇒ H ≈ 0,43.100% ≈ 43%