Sáng kiến kinh nghiệm THCS phương pháp giải bài toán nhiệt học vật lí 8

Chương trình Vật lí THCS có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức Vật lí cơ bản ở trình độ PTCS, bước đầu hình thành ở học sinh những kĩ năng cơ bản phổ thông và thói que

Phần một: Đặt vấn đề I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Vật lí học là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật quan trọng Sự phát triển của khoa học Vật lí gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học

kĩ thuật Vì vậy những hiểu biết và nhận thức vật lí có giá trị to lớn trong đời sống và sản xuất, đặc biệt là trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Môn Vật lí có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo của trường THCS Chương trình Vật lí THCS có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức Vật lí cơ bản ở trình độ PTCS, bước đầu hình thành ở học sinh những

kĩ năng cơ bản phổ thông và thói quen làm việc khoa học, góp phần hình thành ở học sinh các năng lực nhận thức và các phẩm chất nhân cách mà mục tiêu giáo dục THCS

đã đề ra

Môn Vật lí ở THCS có vị trí cầu nối quan trọng, một mặt nó phát triển, hệ thống hóa các kiến thức, kĩ năng và thái độ mà học sinh đã lĩnh hội và hình thành ở tiểu học; mặt khác nó góp phần chuẩn bị cho học sinh những kiến thức, kĩ năng và thái độ cần thiết để tiếp tục học lên THPT và THCN, học nghề hoặc đi vào các lĩnh vực lao động sản xuất đòi hỏi những hiểu biết nhất định về Vật lí

Ta đã biết ở giai đoạn 1 (lớp 6 và lớp 7) do khả năng tư duy của học sinh còn hạn chế, vốn kiến thức toán học chưa nhiều nên SGK chỉ đề cập đến những khái niệm, những hiện tượng vật lí quen thuộc thường gặp hằng ngày Ở giai đoạn 2 (lớp 8 và lớp

9) khả năng tư duy của các em đã phát triển, đã có một số hiểu biết ban đầu về các khái niệm cũng như các hiện tượng Vật lí hằng ngày Do đó việc học tập môn Vật lí ở lớp 8 đòi hỏi cao hơn, nhất là những bài toán phần Nhiệt học

Qua nhiều năm giảng dạy Vật lí 8 bản thân tôi nhận thấy: Các bài toán Nhiệt học chiếm một nửa chương trình vật lí 8 và đây là loại toán các em gặp rất nhiều lúng túng khi giải loại toán này Từ đó dẫn đến việc tiếp thu kiến thức của các em gặp rất nhiều khó khăn, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng dạy và học Để khắc phục điều đó tôi đã

mạnh dạn đưa ra “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NHIỆT HỌC VẬT LÝ 8” Sau đây tôi xin trình bày sáng kiến của mình về: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN

NHIỆT HỌC VẬT LÝ 8”.

Phương pháp giải bài tp Nhiệt học Vật lí 8

II/.THỰC TRẠNG :

1 Thuận lợi

* Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài tôi có được những thuận lợi như:

- Việc đổi mới phương pháp dạy học đã được áp dụng rộng rãi ở các cấp học

- Nhà trường đã tạo điều kiện để các môn học được ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy – học

- Vật lí học là môn học rất thực tiễn, gắn liền với những hiện tượng thường xảy

ra hằng ngày nên rất lôi cuốn học sinh tìm hiểu

2 Khó khăn:

a Khó khăn khách quan:

- Hiểu biết về nhiệt của các em còn hạn chế nên tiếp thu bài chậm, lúng túng từ

đó không nắm vững kiến thức, kĩ năng cơ bản, định luật, công thức nên khó mà giải được một bài toán về nhiệt học lớp 8

- Đa số các em chưa có định hướng chung về phương pháp học lí thuyết, biến đổi công thức, hay phương pháp giải một bài toán Vật lí

- Kiến thức toán còn hạn chế nên không thể tính toán được mặc dù có thể đã thuộc lòng công thức

b Khó khăn chủ quan:

- Đọc đề chưa kĩ, khả năng phân tích, tổng hợp đề còn yếu nên gặp nhiều lúng túng và không thể giải được bài toán

- Một số em không thuộc công thức và kí hiệu các đại lượng trong bài toán, từ

đó không biết tóm tắt và đổi ra đơn vị cơ bản Một số khác không biết biến đổi công thức, còn nhầm lẫn giữa nhiệt độ cuối với nhiệt độ cân bằng …

- Đa số các em chưa có thói quen định hướng cách giải một cách khoa học trước những bài toán nhiệt học

Kết quả khảo sát phần Nhiệt học lớp 8 năm học 2016 – 2017 như sau:

Phần hai: Giải quyết vấn đề

Những bài toán Nhiệt học được gói gọn trong chương II lớp 8 bao gồm những bài toán định tính và những bài toán định lượng, hoặc kết hợp giữa định tính và định lượng Đây là những dạng toán hoàn toàn mới lạ đối với học sinh lớp 8 Vì vậy phải tập dần cho các em có kĩ năng định hướng giải một cách có hệ thống, khoa học, dễ dàng thích ứng với các bài toán đa dạng và phức tạp hơn sau này

Để khắc phục những nhược điểm đã nêu ở trên tôi đã đưa ra một số giải pháp cần thiết cho học sinh bước đầu có phương pháp cơ bản để giải loại toán này

1 Thường xuyên nhắc nhở, kiểm tra học sinh việc ghi nhớ kí hiệu và đơn

vị của các đại lượng:

Khối lượng: m (kg)

Nhiệt độ đầu: t1 (0C hoặc K)

Nhiệt độ cuối: t2 (0C hoặc K)

Độ tăng nhiệt độ: t = t2 – t1 (0C hoặc K)

Nhiệt dung riêng: c (J/kg.K)

Nhiệt lượng thu vào hoặc toả ra: Q (J)

Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu: q (J/kg)

Công do nhiên liệu sinh ra: A (J)

Hiệu suất: H (%)

Khối lượng riêng: D ( kg/m3)

Thể tích: V (m3)

2 Giúp học sinh nắm vững nguyên lí truyền nhiệt, các khái niệm, công thức:

* Trước hết giúp học sinh hiểu được nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên phụ thuộc vào những yếu tố nào?

+ Khối lượng: m

+ Độ tăng nhiệt độ: t = t2 – t1 (t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối) + Nhiệt dung riêng của chất làm vật: c

Nhiệt lượng vật thu vào: Q = cm t

* Nguyên lí truyền nhiệt: Khi có hai vật trao đổi nhiệt với nhau thì:

+ Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn

+ Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại

Phương pháp giải bài tp Nhiệt học Vật lí 8

+ Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào

Q toả ra = Q thu vào

Nhiệt lượng toả ra cũng được tính bằng công thức Q = c.m.t, nhưng trong đó

t = t1 – t2 (t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối) Phần này là phần cốt lõi để giải toán và đi đến kết quả nên đối với học sinh yếu mặc dù thuộc công thức nhưng vẫn gặp khó khăn Học sinh phải nắm vững vật toả nhiệt và vật thu nhiệt cũng như nhiệt

độ đầu, nhiệt độ cuối và nhiệt độ cân bằng Tôi đã giao nhiêm vụ cho những em khá kèm em yếu để phát huy vai trò của đôi bạn cùng tiến

* Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu (q)

Đại lượng vật lí cho biết nhiệt lượng toả ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn được gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu

Công thức tính nhiệt lượng toả ra khi nhiên liệu bị đốt cháy:

Q = q.m

Ví dụ 1: Người ta bỏ một thỏi kim loại có khối lượng 0,350kg đã được nung nóng tới

1200C vào một nhiệt lượng kế đang chứa 0,345 kg nước ở nhiệt độ 200C Nhiệt độ khi

có cân bằng là 300C Xác định tên kim loại nói trên Cho biết cnước = 4200J/kg.K, cFe

= 460J/kg.K, cCu = 380J/kg.K, cAl = 880J/kg.K, cPb = 130J/kg.K

3 Cho học sinh đọc kĩ đề bài, sau đó hướng dẫn học sinh phân tích đề:

GV cho học sinh đọc đề vài lần rồi hỏi:

+ Bài toán cho biết những đại lượng nào?

+ Cần phải tìm đại lượng nào?

+ Tóm tắt bằng kí hiệu các đại lượng đã biết và đại lượng phải tìm?

Cho biết:

Kim loại (toả nhiệt):

m1 = 0,350 kg

t1 = 1200C

t = 300C

Nước (thu nhiệt):

m2 = 0,345 kg c2

= 4200J/kg.K t2

= 200C

t = 300C

Phải tìm: c1 = ?

+ Gọi vài HS đọc lại đề bài (dựa vào tóm tắt để đọc)

4 Xây dựng lập luận: Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho.

+ Trong hệ này vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt? ( Thỏi kim loại toả nhiệt, nước thu nhiệt) Để giải được bài toán này ta cần phải thực hiện các bước nào? Ap dụng những công thức nào? (Tính nhiệt lượng do thỏi kim loại toả ra (Q1), sau đó tính nhiệt lượng do nước thu vào (Q2) Ap dụng phương trình cân bằng nhiệt Q toả ra = Q

thu vào từ đó tìm được c = ?

5 Cho học sinh tiến hành giải bài toán: Lưu ý cho học sinh tiến hành giải bằng các phương trình chữ trước Sau đó thu gọn phương trình chữ rồi mới thế

số liệu vào để tìm kết quả cuối cùng.

Nhiệt lượng do thỏi kim loại toả ra khi hạ nhiệt độ từ 1200C xuống 300C là:

Q1 = c1.m1 t = c1.m1 (t1 – t)

Nhiệt lượng do nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 200C lên đến 300C là:

Q1 = c2.m2 t = c2.m2 (t – t2)

Vì trong nhiệt lượng kế nên nhiệt lượng do thỏi kim loại toả ra bằng nhiệt lượng do nước thu vào nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Q toả ra = Q thu vào hay Q 1 = Q 2

c1.m1 (t1 – t) = c2.m2 (t – t2) Suy ra nhiệt dung riêng của miếng kim loại là:

c1 = c2 m2 (t − t 2 )

= 4200.0,345.10

= 460 J/kg.K

m1 (t1 − t ) 0,350.90

Vậy kim loại đó là sắt

6 Kiểm tra – biện luận:

Giúp HS kiểm tra lại xem cách giải trên đã đúng chưa?

Có đúng với thực tế không?

Phương pháp giải bài tp Nhiệt học Vật lí 8

Đơn vị có phù hợp chưa? - Có cùng thứ nguyên không?

Còn cách giải nào khác nữa hay không?

***************************

Ví dụ 2: Thả một quả cầu bằng đồng có khối lượng 630g đã được nung nóng tới

1500C vào một cốc nước ở nhiệt độ 300C Sau một thời gian nhiệt độ cuối cùng của

hệ là 500C Coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau Tính khối lượng nước Cho biết cnước = 4200J/kg.K, cCu = 380J/kg.K

Tương tự như ở ví dụ 1, tôi yêu cầu HS đọc kĩ đề bài Sau đó hỏi:

+ Bài toán cho biết những đại lượng nào?

+ Cần phải tìm đại lượng nào?

+ Tóm tắt bằng kí hiệu các đại lượng đã biết và đại lượng phải tìm?

Cho biết:

Quả cầu:

m1 = 0,630 kg

t1 = 1500C

c1 = 380J/kg.K

t = 500C

Nước:

c2 = 4200J/kg.K

t2 = 300C

t = 500C

m2 = ?

+ Gọi vài HS đọc lại đề bài (dựa vào tóm tắt để đọc)

Xây dựng lập luận: Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho.

+ Trong hệ này vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt? (Quả cầu toả nhiệt, nước thu nhiệt) Để giải được bài toán này ta cần phải thực hiện các bước nào? Ap dụng những công thức nào? (Tính nhiệt lượng do quả cầu toả ra (Q1), sau đó tính nhiệt lượng do nước thu vào (Q2) Ap dụng phương trình cân bằng nhiệt Q toả ra = Q thu vào

từ đó tìm được m2 = ?

Cho học sinh tiến hành giải bài toán: Lưu ý cho học sinh tiến hành giải bằng các phương trình chữ trước Sau đó thu gọn phương trình chữ rồi mới thế số liệu vào để tìm kết quả cuối cùng.

Nhiệt lượng do quả cầu toả ra khi hạ nhiệt độ từ 1500C xuống 500C là:

Q1 = c1.m1 t = c1.m1 (t1 – t)

Nhiệt lượng do nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 300C lên đến 500C là:

Q1 = c2.m2 t = c2.m2 (t – t2)

Coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Q toả ra = Q thu vào hay Q 1 = Q 2

c1.m1 (t1 – t) = c2.m2 (t – t2) Suy ra khối lượng của quả cầu là:

m2 = c m (t − t)

1 1 1

)

c(t−t

2 2

= 380.0,630.100

4200.20 = 0,285kg = 285g

Kiểm tra – biện luận:

Giúp HS kiểm tra lại xem cách giải trên đã đúng chưa?

Có đúng với thực tế không?

Đơn vị có phù hợp chưa? - Có cùng thứ nguyên không?

Còn cách giải nào khác nữa hay không?

Trên đây là hai ví dụ về hệ chỉ có hai vật trao đổi nhiệt với nhau

Đối với dạng toán mà hệ gồm ba hay bốn vật trao đổi nhiệt với nhau thì sao?

Ví dụ 3: Đổ 738 g nước ở nhiệt độ 150C vào một nhiệt lượng kế bằng đồng có khối lượng 100g, rồi thả vào đó một miếng đồng có khối lượng 200g ở nhiệt độ 1000 C Sau một thời gian nhiệt độ cuối cùng của hệ là 170C Tính nhiệt dung riêng của đồng Cho biết cnước = 4200J/kg.K

Tương tự như ở hai ví dụ trên, tôi yêu cầu HS đọc kĩ đề bài Sau đó hỏi:

+ Bài toán cho biết những đại lượng nào?

+ Cần phải tìm đại lượng nào?

+ Tóm tắt bằng kí hiệu các đại lượng đã biết và đại lượng phải tìm?

Cho biết: Nhiệt độ cân bằng của hệ là t = 170C

Miếng đồng:

m1 = 200 g = 0,2kg

t1 = 1000C

Nước:

c2 = 4200J/kg.K

t2 = 150C

m2 = 738g = 0,738kg

Nhiệt lượng kế:

t3 = 150C

m3 = 100g = 0,1kg

c1 = ?

+ Gọi vài HS đọc lại đề bài (dựa vào tóm tắt để đọc)

Xây dựng lập luận: Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho.

+ Trong hệ này có mấy vật trao đổi nhiệt với nhau? (3 vật), đó là những vật (chất) nào? ( đồng – nước – nhiệt lượng kế bằng đồng), vật nào toả nhiệt, vật nào thu nhiệt? (Miếng đồng toả nhiệt, nước và nhiệt lượng kế thu nhiệt) Để giải được bài toán này ta cần phải thực hiện các bước nào? Ap dụng những công thức nào? (Tính nhiệt lượng do miếng đồng toả ra (Q1), sau đó tính nhiệt lượng do nước (Q2) và nhiệt lượng kế (Q3) thu vào Ap dụng phương trình cân bằng nhiệt Q toả ra = Q thu vào từ đó tìm được c1 = ?

Giải

Nhiệt lượng do miếng đồng toả ra khi hạ nhiệt độ từ 1000C xuống 170C là:

Q1 = c1.m1 t = c1.m1 (t1 – t)

Nhiệt lượng do nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 150C lên đến 170C là:

Q1 = c2.m2 t = c2.m2 (t – t2)

Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế thu vào khi tăng nhiệt độ từ 150C lên đến 170C là:

Q3 = c1.m3 t = c1.m3 (t – t3) (do c1 = c3 vì là đều là đồng)

Vì trong nhiệt lượng kế nên nhiệt lượng do miếng đồng toả ra bằng nhiệt lượng do nước và nhiệt lượng kế thu vào nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Q toả ra = Q thu vào

Phương pháp giải bài tp Nhiệt học Vật lí 8

hay Q 1 = Q 2 + Q 3

c1.m1 (t1 – t) = c2.m2 (t – t2) + c1.m3 (t – t3)

c1.m1 (t1 – t) = (t – t2) (c2.m2 + c1.m3) (do t2 = t3 = 150C)

Thay số vào phương trình trên ta tính được

c1 377 J/kg.K

Vậy nhiệt dung riêng của đồng là: 377 J/kg K

Kiểm tra – biện luận:

Giúp HS kiểm tra lại xem cách giải trên đã đúng chưa?

Có đúng với thực tế không?

Đơn vị có phù hợp chưa? - Có cùng thứ nguyên không?

Còn cách giải nào khác nữa hay không?

Phần ba : Kết quả Sau vai năm áp dụng các giải pháp trên tôi thấy kết quả học sinh giải bài toán nhiệt học lớp 8 khả quan hơn nhiều Những HS yếu đã biết cách giải những bài toán

cơ bản này Những HS khá – giỏi đã làm rất tốt và tự tin hơn khi gặp những bài toán khó Nhìn chung các em đều cảm thấy thích thú và tự tin hơn khi giải bài toán nhiệt học Qua việc giải hệ thống bài tập, học sinh được trang bị cho mình những kĩ năng

xử lí tình huống và rèn luyện cách tổng hợp kiến thức giúp học sinh hiểu và nắm sâu hơn phần lí thuyết Đồng thời qua giải bài tập Vật Lý giúp học sinh ôn tập, đào sâu,

mở rộng kiến thức, dẫn đến kiến thức mới, rèn luyện kỹ năng, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức, phát huy tính tự lực của học sinh , góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo, đồng thời kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Tôi thấy chất lượng dạy và học được cải tiến rõ rệt: Học sinh tích cực, chủ động hơn, lớp học trở nên sôi động hơn và đặc biệt là học sinh có hứng thú học tập, phát triển được tư duy của người học

Kết quả khảo sát cuối chương nhiệt học năm học 2017 – 2018 như sau:

Phương pháp giải bài tp Nhiệt học Vật lí 8

BÀI HỌC KINH NGHIỆM:

Để chất lượng dạy và học được nâng cao người giáo viên cần phải nắm rõ đặc điểm hoạt động của học sinh, để từ đó định ra phương pháp dạy cho phù hợp Một mặt người giáo viên phải không ngừng tìm tòi, sáng tạo nhằm cải tiến cách dạy của mình Trước hết muốn hướng dẫn tốt một tiết bài tập cho học sinh, người giáo viên phải xây dựng cho mình một số nhiệm vụ sau:

- Phải nghiên cứu lí luận dạy học về bài tập và giải bài tập Thông qua việc giải bài tập phần Nhiệt học 8 phải xây dựng và lựa chọn hệ thống bài tập từ dễ đến khó

- Các bài tập phải đa dạng về thể lọai, các kiến thức toán - lí phải phù hợp với trình độ của học sinh

- Phải hướng dẫn học sinh phân tích thật kĩ kiến thức trong sách giáo khoa và các kiến thức có liên quan đến bài tập mà bài tập yêu cầu

* Nắm chắc phương pháp giải bài tập Vật lý:

- Trước hết phải tìm hiểu đề

- Xem xét hiện tượng Vật lí được đề cập dựa vào kiến thức Vật lí nào để tìm mối quan hệ có thể có của đại lượng đã cho và đại lượng phải tìm sao cho có thể tìm thấy mối liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với đại lượng đã cho và đại lượng phải tìm

- GV phải hướng dẫn học sinh các hoạt động chính của giải bài tập Vật lý + Tìm hiểu đầu bài

+ Phân tích hiện tượng

+ Xây dựng lập luận

+ Biện luận

* Xây dựng lập luận trong giải bài tập: Là một bước hết sức quan trọng, đòi hỏi học sinh phải vận dụng những định luật vật lý, những quy tắc, những công thức

để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm, hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những điều kiện đã cho trong đầu bài

* Giáo viên hướng dẫn học sinh có mối quan hệ giữa việc nắm bắt kiến thức và

giải bài tập Vật Lý.

Tức là giáo viên giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản thật kĩ, thật sâu, đến việc giải bài tập Vật Lý một cách linh hoạt Học sinh biết vận dụng kiến thức để giải