nội dung bài 1.5.
Mục tiêu của bài tập:
- HS phát hiện ra vấn đề cần được giải thích là khi búa đập vào mũ đinh sẽ làm cho đinh nóng lên, gỗ càng chắc, đinh càng nóng.
- Bài tập cho thấy công do búa thực hiện được biến thành động năng của đinh và nội năng của đinh và búa. Nhưng khi đinh đã được đóng chặt vào gỗ, công thực hiện của búa chủ yếu chuyển thành nội năng của đinh và búa do đó làm cho đinh nóng lên nhanh hơn.
Gợi ý sử dụng bài tập:
+ Bài tập này có thể vận dụng để củng cố kiến thức về hai cách làm thay đổi nội năng.
+ Bài tập này cũng có thể sử dụng làm bài tập đặt vấn đề để HS tìm hiểu Ngun lí I của nhiệt động lực học.
Bài 1.6. Tại sao kim loại và gỗ cũng ở nhiệt độ bằng nhau và thấp hơn
370 C (nhiệt độ bình thường của cơ thể người) nhưng khi ta đặt tay lên sẽ cảm thấy kim loại lạnh hơn gỗ. Ngược lại nếu chúng cũng cùng nhiệt độ nhưng cao hơn 370 C thì ta cảm thấy kim loại nóng hơn gỗ?
- HS vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt lượng để giải thích các hiện tượng thường gặp trong cuộc sống. Thông qua bài tập nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
- Kiến thức cần vận dụng về tính chất dẫn nhiệt của các vật, về nhiệt dung riêng để giải thích hiện tượng. Cụ thể là:
Việc cảm thấy nóng hay lạnh khi tay ta tiếp xúc với bất cứ vật nào là tùy thuộc vào nhiệt lượng mà vật đó trao đổi với tay trong một đơn vị thời gian. Độ dẫn nhiệt của kim loại tốt hơn độ dẫn nhiệt của gỗ. Vì vậy khi nhiệt độ của chúng thấp thì nhiệt lượng truyền từ tay ta sang các vật. Trong một đơn vị thời gian kim loại nhận nhiệt từ tay nhiều hơn gỗ, do đó ta cảm thấy kim loại lạnh hơn. Giải thích tương tự với trường hợp ngược lại.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập được sử dụng trong phần vận dụng kiến
thức bài nội năng và sự biến thiên nội năng.
Bài 1.7. Một thùng bằng gỗ chứa 20 kg nước ở 100 C, phải pha thêm bao nhiêu kilogam nước ở 900 C để được nước sau khi cân bằng nhiệt là 440
C. Coi như thời gian cân bằng nhiệt xảy ra rất nhanh nên việc truyền nhiệt ra thùng gỗ và ra khơng khí là khơng đáng kể.
Mục tiêu của bài tập:
- Rèn luyện kỹ năng thu thập và xử lý thông tin; - Rèn luyện kỹ năng tính tốn cho học sinh.
- HS vận dụng cơng thức cân bằng nhiệt để tính tốn:
Theo nội dung bài toán đã đưa ra, chỉ có sự trao đổi nhiệt giữa nước 900C và nước 100C, ta có:
+ Nhiệt lượng 20 kg nước lạnh cần thu vào để tăng nhiệt độ từ 100C lên 440C là:
QThu= 20c(44-10) = 680c (1)
+ Nhiệt lượng m kg nước nóng 900C tỏa ra sao cho sau khi cân bằng nhiệt ta thu được nước có nhiệt độ 440C là:
QTỏa= mc(90-44) = 46mc (2)
Từ (1), (2) và áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: QThu= QTỏa
46m = 680
=> m ≈ 14,8 kg.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập này dùng để củng cố kiến thức về sự
truyền nhiệt sau khi học bài Nội năng và sự biến thiên nội năng.
2.3.2. Bài tập áp dụng chủ đề 2
Bài 2.1. Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh. Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết khí truyền ra mơi trường xung quanh một nhiệt lượng là 20 J.
Mục tiêu của bài tập:
- Bài tập nhằm khắc sâu cho học sinh công thức của ngun lí I NĐLH, trong đó tập trung làm nổi bật về việc quy ước dấu.
-HS vận dụng công thức liên hệ giữa công và nhiệt, chú ý về quy ước sử dụng dấu của các đại lượng.
Áp dụng cơng thức ngun lí I NĐLH: ΔU = A + Q
Vì chất khí nhận cơng (khí bị nén) và truyền nhiệt nên: A > 0, Q < 0
Do đó :
ΔU = A + Q = 100 – 20 = 80 J.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập này được sử dụng ngay sau khi học sinh
nghiên cứu về Nguyên lí I của NĐLH.
Bài 2.2. Người ta cung cấp cho khí trong một xilanh nằm ngang nhiệt lượng 2J. Khí nở ra, đẩy pit- tơng đi một đoạn 5 cm với một lực có độ lớn là 20N. Tính độ biến thiên nội năng của khí.
Mục tiêu của bài tập:
- Bài tập nhằm khắc sâu cho học sinh công thức của ngun lí I NĐLH, trong đó tập trung làm nổi bật về việc quy ước dấu.
-HS nhớ lại cơng thức tính cơng của một lực; vận dụng cơng thức liên hệ giữa công và nhiệt, chú ý về quy ước sử dụng dấu của các đại lượng.
+ Cơng mà chất khí thực hiện có độ lớn là: A = F.l = 20.0,05 = 1J. + Vì khí nhận nhiệt lượng và sinh công nên
Q > 0, A< 0 + Áp dụng cơng thức ngun lí I NĐLH:
ΔU = A + Q = 1,5 – 1= 0,5 J.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập này được sử dụng ngay sau khi học sinh
nghiên cứu về Nguyên lí I của NĐLH.
Bài 2.3. Trường hợp nào có nội năng lớn hơn: Khí trong xilanh của động cơ đốt trong ở đầu kì cháy dãn nở hay lượng khí đó ở cuối kì cháy dãn nở? Giải thích?
Mục tiêu của bài tập:
- HS biết được ứng dụng của nguyên lí I trong kỹ thuật của động cơ đốt trong.
- HS biết vận dụng nguyên lí I để đưa ra lời giải cho bài tập.
Khí ở đầu kỳ cháy dãn nở có nội năng lớn hơn vì sau khi cháy khí nhận được nhiệt lớn làm cho áp suất khí tăng lên, kết quả là khí thực hiện cơng lên pitton làm cho pitton dịch chuyển. Cũng lượng khí đó ở cuối kì cháy dãn nở thì do nội năng của khí cháy đã thực hiện cơng lên pit- tơng, đồng thời thể tích khí tăng lên nên nội năng giảm.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập được sử dụng trong hoạt động củng cố
cho học sinh. Nội dung bài tập kích thích hứng thú học tập cho học sinh, là tiền đề để học sinh mở rộng, tìm hiểu, khám phá.
Bài 2.4. Hai quả cầu kim loại giống nhau, một quả treo bằng sợi dây, một quả kia đặt trên một giá đỡ. Coi giá đỡ và sợi dây không hấp thụ nhiệt lượng. Thực tế cho thấy, khi muốn nung nóng hai quả cầu đến cùng một nhiệt độ, thì quả cầu đặt ở giá đỡ phải cần nhiều nhiệt lượng hơn (điều kiện truyền như nhau). Hãy giải thích hiện tượng?
Mục tiêu của bài tập
- Bài tập nhằm phát triển NL GQVĐ của học sinh.
- Bài tập mang tính chất vận dụng cao, học sinh phải vận dụng định luật bảo tồn năng lượng, kết hợp với ngun lí I của NĐLH để đưa ra lời giải
Hướng dẫn:
+ Quả cầu đặt trên giá đỡ cần năng lượng nhiều hơn vì khi quả cầu giãn nở (nở vì nhiệt) trọng tâm của nó được nâng cao lên. Nội năng của chính quả cầu trên giá đỡ đã thực hiện công để nâng trọng tâm khi đó.
+ Trong khí đó quả cầu đang bị treo, nó được cung cấp nhiệt lượng nên giãn nở, vì thế trọng tâm của nó được hạ thấp xuống. Khi đó có một phần cơ năng đã biến thành nội năng của quả cầu. Vì vậy khi cần nung đến cùng một nhiệt độ thì quả cầu được treo cần truyền ít năng lượng hơn.
Gợi ý sử dụng bài tập: BT được dùng để củng cố, vận dụng sau khi học
sinh học xong bài các nguyên lý của NĐLH.
Bài 2.5. Một một quả bóng rơi từ độ cao h1 xuống đất và nảy lên được
độ cao h2. Vì sao trên thực tế h2 < h1? Nguyên lí I của NĐLH áp dụng cho trường hợp này như thế nào? Độ biến thiên nội năng trong trường hợp này có tác dụng gì?
Mục tiêu của bài tập:
- Rèn luyện kỹ năng phân tích hiện thượng xảy ra;
- HS Vận dụng kiến thức về bảo tồn năng lượng, ngun lí I của NĐLH để tìm lời giải.
+ Trong q trình quả bóng rơi xuống, khi chạm đất và nảy lên một phần cơ năng của bóng đã biến thành nội năng của khơng khí, mặt đất và quả bóng, nên h2 < h1 .
+ Xét hệ bóng, đất và khơng khí: Hệ gồm khơng khí, đất và bóng là hệ kín nên ngun lí I của NĐLH được biểu diễn như sau:
Q = ∆U – A = 0. Độ tăng nội năng của hệ là:
∆U = A = mg(h1 - h2)
+ Độ tăng nội năng này làm cho nhiệt độ của hệ tăng lên đồng thời có thể gây ra biến dạng cho bóng và đất.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập này dùng để củng cố kiến thức về cách
làm biến thiên nội năng bằng thực hiện cơng sau khi học các ngun lí của NĐLH và được dùng trong tiết bài tập.
2.3.3. Bài tập áp dụng chủ đề 3
Bài 3.1. Dù nhiệt độ khơng khí rất nóng vẫn có thể làm mát một quả
dưa chuột bằng cách bọc quả dưa vào một khăn ướt rồi đặt trước một quạt máy đang chạy. Điều này có vi phạm nguyên lý II NĐLH không? Tại sao?
Mục tiêu của bài tập
- HS rèn kỹ năng thu thập và xử lí thơng tin.
- HS phát hiện và hiểu đúng vấn đề cần giải quyết: Hiện tượng được mơ tả có vi phạm ngun lí II NĐLH khơng? Tại sao?
- Học sinh đối chiếu dữ kiện bài tốn với ngun lí II NĐLH và nhận thấy vấn đề cần giải quyết.
Theo cách phát biểu của Clau- đi- út thì thơng tin được đưa ra trong bài tập là khơng vi phạm vì cách làm mát quả dưa chuột ở bài tập cần sự hỗ trợ của quạt máy và chiếc khăn ướt được quấn quanh quả dưa.
Gợi ý sử dụng bài tập: BT được sử dụng ngay sau khi học sinh đã
Bài 3.2. Về mùa hè, người ta có thể dùng máy điều hòa nhiệt độ để truyền nhiệt từ trong phịng ra ngồi trời, mặc dù nhiệt độ ngồi trời cao hơn trong phịng. Hỏi điều này có vi phạm ngun lí II NĐLH khơng? Tại sao?
Mục tiêu của bài tập
- HS rèn kỹ năng thu thập và xử lí thơng tin.
- HS phát hiện và hiểu đúng vấn đề cần giải quyết: Hiện tượng được mơ tả có vi phạm ngun lí II NĐLH không? Tại sao?
- Học sinh đối chiếu dữ kiện bài tốn với ngun lí II NĐLH và nhận thấy vấn đề cần giải quyết.
Theo cách phát biểu của Clau- đi- út thì thơng tin được đưa ra trong bài tập là khơng vi phạm vì việc truyền nhiệt từ trong phịng ra ngồi trời là nhờ có máy lạnh.
Gợi ý sử dụng bài tập: BT được sử dụng ngay sau khi học sinh đã
nghiên cứu nguyên lí II NĐLH theo cách phát biểu của Clau- đi- út.
Bài 3.3. Thông thường sau khi chơi thể thao, mồ hôi sẽ làm ướt hết quần áo của vận động viên. Thực tế cho thấy nếu vận động viên giữ nguyên bộ quần áo bị ướt đó ngồi trước máy quạt sẽ thấy cơ thể nhanh bị lạnh hơn việc vận động viên đó thay chiếc áo ướt bằng một chiếc áo khô rồi mới ngồi trước máy quạt. Em hãy giải thích hiện tượng?
Mục tiêu của bài tập
- HS rèn kỹ năng mở rộng kiến thức, thu thập và xử lí thơng tin.
- HS phát hiện và hiểu đúng vấn đề cần giải quyết: Giải thích hiện tượng được mơ tả trong bài tập. Qua nội dung bài tập HS đưa ra những đánh giá về tác động đến sức khỏe khi mặc quần áo ướt mồ hôi để nghỉ ngơi.
+ Khi vận động viên mặc bộ quần áo ướt đẫm mồ hôi ở trước quạt máy, nước trong quần áo sẽ hay hơi với tốc độ lớn, điều này làm cho cơ thể nhanh mất nhiệt nên vận động viên sẽ cảm thấy nhanh bị lạnh hơn so với việc thay một bộ quần áo khác khô rồi mới nghỉ ngơi.
+ Việc vận động viên để mất nhiệt quá nhanh sẽ gây ra hiện tượng sốc nhiệt đối với cơ thể, do đó sẽ gây tác dụng khơng tốt đối với cơ thể người. Vì vậy các chuyên gia về sức khỏe đưa ra lời khuyên cho những người hoạt động ở cường đơ lớn, cơ thể bị tốt nhiều mồ hơi thì khi nghỉ ngơi phải lau khô và thay bằng những bộ quần áo khô để bảo vệ sức khỏe.
Gợi ý sử dụng bài tập: BT được sử dụng ở phần vận dụng, mở rộng
kiến thức sau khi học sinh đã nghiên cứu nguyên lí II NĐLH.
Bài 3.4. Trong động cơ phản lực, đâu là nguồn nóng, đâu là ngồn lạnh?
Mục tiêu của bài tập
- HS khắc sâu kiến thức về nguyên lí II NĐLH sau khi đã nghiên cứu cách phát biểu của Các- nô.
- Đối với động cơ phản lực, buồng đốt là nguồn nóng, mơi trường ngồi là nguồn lạnh.
Gợi ý sử dụng bài tập: BT được sử dụng ngay sau khi học sinh đã
nghiên cứu nguyên lí II NĐLH theo cách phát biểu của Thomson.
Bài 3.5. Trong những ngày hè nóng nực, một HS nghĩ ra cách sau:
Đóng kín các cánh cửa của căn phịng, sau đó mở cửa tủ lạnh để tạo cảm giác mát mẻ trong phịng. Làm như vậy có được khơng ? Tại sao ?
Mục tiêu của bài tập
- HS phân tích thơng tin, đưa các các nhận định vật lí: Nguồn lạnh, nguồn nóng, năng lượng cung cấp.
- HS dựa vào kiến thức về nhiệt học để giải bài tập, cụ thể là: Tủ lạnh có buồng lạnh (nguồn lạnh) và dàn toả nhiệt (nguồn nóng). Khi một tủ lạnh đặt trong phịng thì cả nguồn nóng và nguồn lạnh của tủ lạnh đều ở trong phòng. Điện năng tiêu thụ là công dùng để cung cấp cho máy lạnh, giúp máy lạnh lấy nhiệt lượng từ buồng lạnh đẩy ra dàn toả nhiệt. Vì vậy ban đầu khi mới mở của tủ lạnh thì bạn nhỏ sẽ mát. Tuy nhiên sau một khoảng thời gian
dài, phịng sẽ nóng lên vì cơng mà tủ lạnh nhận được từ nguồn điện sẽ biến thành nhiệt lượng toả ra phòng.
Gợi ý sử dụng bài tập: Bài tập được sử dụng trong hoạt động vận
dụng kiến thức nguyên lí II NĐLH.
Bài 3.6. Mỗi giờ nồi supde của một máy hơi nước công suất 10 kW tiêu thụ
10 kg than đá. Hơi nước đi vào xylanh có nhiệt độ 2000C và đi ra là 1000C. a) Tính hiệu suất lí tưởng của máy hơi nước trên.
b) Tính hiệu suất thực tế, biết năng suất tỏa nhiệt của than đá là 36.106J/kg.
Hướng dẫn:
a) Hiệu suất lí tưởng
H = 1 2 2 1 1 1 T T T T T Với: t1 = 2000C => T1 = 473 K t2 = 1000K => T2 = 373 K Nên: H = 1- 0,79 = 0,21 = 21%. b) Hiệu suất thực tế: H = 1 A Q Theo bài ra ta có: A = N.t = 104.36.102 = 36.106 J
Nhiệt lượng được sản ra từ việc đốt cháy hoàn toàn 10 kg than đá là: Q1 = 36.106.10 = 36.107J
Vậy hiệu suất thực tế của động cơ là: H = 0,1 = 10%.
Bài 3.7. Một đầu máy điêzen xe lửa có cơng suất 3.106 W và hiệu suất là 25%. Xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ trong mỗi giờ nếu đầu máy chạy hết công suất. Cho biết năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu là 4,2.107 J/kg.
Hướng dẫn giải:
H =
1
A
Q , suy ra: Q1 = A
H
Biết rằng trong 1 giờ đầu máy sinh ra một công bằng: A = 3.106.36.102 = 108.108J.
Nhiệt lượng cần cung cấp cho đầu máy hoạt động hết công suất trong 1 giờ bằng:
Q1=
8
108.10
0, 25 = 432.108 J. Lượng nhiên liệu cần tiêu thụ trong 1 giờ là:
m =
8
7
432.10
4, 2.10 = 1028,6 kg.
Bài 3.8. Một động cơ của một xe máy có hiệu suất H = 20%. Sau một
giờ hoạt động xe đã tiêu thụ hết 1 kg xăng. Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46.106J/kg. Tính cơng suất động cơ của xe máy?
Hướng dẫn giải