Skkn phân loại và phương pháp giải bài tập nhiệt hoc

Vấn dé đặt ra là làm thê nào đề cho học sinh hiểu, năm chắc một số dạng bài tập về Chuyển động cơ học theo từng dạng cơ bản, thực hành vận dụng vào một số bài tập nâng cao và mục đích cu

BAO CAO KET QUA NGHIEN CUU, UNG DUNG SANG KIEN

1 Lời giới thiệu

Việc đạy học là rnột quá trình đòi hỏi người giáo viên phải thường xuyên trau đôi, đúc

rút, tÔng kết kinh nghiệm, phải trăn trở ngày đêm dé tim ra cho minh cach dạy đối với từng loại bài tập vật lý, từng vấn đê làm sao đó cho hoc sinh hiéu, tiép thu va van đụng một cách tốt nhất khi học Vật lý

Trong chương trình Vật lý học phố thông, phân kiên thức nào cũng có cái khó cái hay của nó

Đề học sinh năm vững nội đung cũng như ban chat timg phân từng dạng bài tập Vật lý không hê đơn giản đặc biệt là khi dạy phần ““ Nhiệt học ” vì đây được coi là phân kiên

thức ngăn gọn và dê hiêu nhât trong 4 phân Cơ - Nhiệt - Điện - Quang Tuy nhiên khi học sinh băt tay vào làm những bài tập phân nhiệt đặc biệt là bài tập khó, học sinh vần gặp nhiều khó khăn và sai sót với những biêu thức toán học công kênh và những con sô tương đôi lớn

Đề tìm được lời giải đòi hỏi người dạy cũng như người học phải phân tích được đúng

ban chat hiện tượng xảy ra và cũng phải hiệu thực tê thì mới có thê giải quyêt được

Qua nhiêu năm dạy học và dạy đội tuyển học sinh giỏi tôi nhận thay học sinh thường khó khăn khi giải các bài tập vật lý có ứng đụng bài tập về Cơ - Nhiệt trong các hiện tượng rất thực tế Nhiêu học sinh cho răng đó là bài tập khó mà các em thường không giải được Vì vậy

đa số học sinh thường mất nhiêu thời gian mà không làm được loại bài tập này, thậm chí rất nhiêu em học khá giỏi cũng không muốn quan tâm đến loại bài tập này vì cho răng đây là dang bai khó Vấn dé đặt ra là làm thê nào đề cho học sinh hiểu, năm chắc một số dạng bài

tập về Chuyển động cơ học theo từng dạng cơ bản, thực hành vận dụng vào một số bài tập

nâng cao và mục đích cuối cùng là giúp học sinh linh hoạt, vận dụng sáng tạo giải quyết các bài tập mới lạ găn với các hiện tượng trong thực tế

Do đó tôi quyết định chọn đê tài “Phân loại và phương pháp giải bài tập 'Nhiệt hoc” Nhăm giúp các em tiếp cận với các dạng bài tập về Nhiệt học từ đơn giản đến phức tạp,

giúp các em thành thạo trong việc giải quyết từng dang bài Từ đó biết kết hợp, vận dung linh

hoạt giải quyết các dạng bài tập mới lạ và có ứng dụng thực tế trên nên kiến thức về chuyền

động và Nhiệt học mà đề tài nêu ra

2 Tên sáng kiến: Phân loai và phương pháp giải bài tập Nhiệt học

3 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến:

Gido vién: Ta Thi Giang — Trwong THCS Vinh Yén — Tp Vinh Yén

4 Lĩnh vực áp dụng sáng kiên: Giáo viên tham gia công tác bôi dưỡng HSG Vật lý lớp 8.9 ở các trường THCS trong toàn Tỉnh

Học sinh tham gia đội tuyến học sinh giỏi Vật lý lớp 8, 9 ở các trường THCS trong toàn Tỉnh

5 Ngày sáng kiến được áp dụng lân đâu hoặc áp dụng thử:

Bắt đâu từ ngày 06 tháng 12 năm 2018 đến 06 tháng 05 năm 2019

6 Mô tä bản chất của sáng kiến:

6.1 CO SO KHOA HOC CUA CHUYEN DE

1 Co sé ly luain

- Giữa vô vàn các bài tập vật lý hay và khó, việc từm ra những phương phap

giải chung và cụ thể là cân thiết và đặc biệt quan trọng giúp học sinh tự tín chiếm

lĩnh tri thức mới

- Việc phân loại và đưa ra phương pháp giải các dạng bài tập giúp học sinh tự bôi đưỡng kiến thức nên cho bản thân, chuẩn bị cơ sở tốt cho giai đoạn luyện tập nâng cao hơn nhằm đáp ứng yêu cầu trong các kỳ thi học sinh giỏi

- Nắm chắc được phương pháp giải các dạng bài tập nhiệt học giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tế đời sống, giải quyết những thắc mắc hoặc van dé ma thực tế đời sống đòi hỏi

Vi vây tôi mạnh đạn xây dựng chuyên đề này với mong muốn trao đôi với các đông chí vê phương pháp dạy hoc đê nâng cao chất lượng bôi dưỡng cho học sinh, đặc biệt là bôi đưỡng học sinh giỏi

2 Cơ sở thực tiên

- Trường THCS Vĩnh Yên ngoài việc đào tạo học sinh phát triên toàn điện theo mục tiêu đào tạo chung thi công tác bôi dưỡng học sinh giỏi là một trong những

nhiệm vụ hàng đâu Bởi vậy nhà trường đã được UBND Thành phố, Phòng giáo dục

và đào tạo cho tuyên chọn các em học sinh giỏi trên toàn thành phô Tuy nhiên qua

thực tiễn giảng day tôi nhận thấy:

+ Học sinh khi vận dụng kiến thức mới vào giải các bài tập nhiệt học kê cả

những bài tập đơn giản còn gặp nhiều lúng túng và sai sót, đặc biệt là các bài tập mang tính khái quát cao

+ Hoc sinh dé nham lẫn bản chất của các hiện tượng hoặc không hiểu bản

chât một số hiện tượng ít gặp

+ Nếu học sinh nắm được phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp thì

học sinh dé quên và gặp khó khăn ngay cả khi gặp lại bài tập đã làm

Vì vậy tôi viết chuyên dé này đề đông nghiệp cùng tham khảo, đóng góp ý kiến cho hoàn thiện nội dung, góp phân vào việc nâng cao chất lượng dạy học của

bộ môn và hoàn thành nhiệm vụ giáo dục

Gido vién: Ta Thi Giang — Trwong THCS Vinh Yén — Tp Vinh Yén

6.2 NOI DUNG CHUYEN DE

Trên cơ sở thực tiễn và lý luận đã phân tích ở trên tôi thấy việc phân loại va

đưa ra phương pháp giải cho từng đạng bài tap phan nhiệt học ( mặc dù chỉ là tương

đốn) là cần thiết cho học sinh Dé thực hiện được nội dung trên một cách có hiệu qua

trước hết phải:

1 Hình thành cho học sinh một hệ thông kiến thức cơ bản vững vàng

Đó là việc hình thành các khái niệm, các định luật, các tính chất, các công thức

về nhiệt lượng: nhiệt năng: sự chuyên thé của chất

2 Các bước giãi một bài toán Vật lý

Bước 1: Tìm hiệu đề bài

-_ Đọc kỹ đê bài, tóm tắt bài toán (nêu cần)

- Vẽ hình của bài toán (nếu cân)

Bước 2: Phân tích hiện tượng vật lý

- Xác định xem kiến thức trong đề bài liên quan đến những khái niệm

nào định luật nào?

- _ Đôi với những hiện tượng vật lý phức tạp cân phải phân tích thành

những hiện tượng đơn giản

- Tim xem hiện tượng vật lý điển biến qua những giai đoạn nào? Mỗi giai đoạn tuân theo những quy tắc nào?

Bước 3: Xây dựng lập luận cho việc giải bài tập

Trình bày hệ thông chặt chẽ lập luận, lôgíc đê tìm môi liên hệ giữa

những đại lượng đã cho và đại lượng phải tìm

- Lập các công thức có liên quan giữa các đại lượng đã biết và đại lượng

phải tìm rồi thực hiện các phép biến đôi toán học đê đưa ra một công

thức chỉ chứa các đại lượng đã biết và phải tìm

- Thay số đề tìm giá trị đại lượng phải tìm

Bước 4: Biện luận kết quả

- Sau khi tìm được kết quả, cân rút ra nhận xét vê giá trị thực của kết quả

3 Phân loại và phương pháp giải các bài tập Nhiệt học

Phân /Nhiệt học có thê chia thành các dạng bài toán sau:

+ Bài toán có sự trao đôi nhiệt của hai hay nhiêu chất

+ Bài toán có sự chuyển thê của các chất

+ Bài toán liên quan đến năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu

+ Bài toán đô thị biêu diễn sự tương quan giữa các đại lượng đặc trưng + Bài toán có sự trao đôi nhiệt với môi trường

+ Bài toán sử dụng khái niệm nhiét dung

a) ĐANG 1:

BÀI TOÁN CÓ SỰ TRAO ĐỒI NHIỆT CỦA HAI HAY NHIÊU CHAT

*“ Phương pháp giải:

© Xác đinh các chất thu nhiệt, các chất tỏa nhiệt

e©_ Tỉnh nhiệt lượng các chất toả ra, thu vào theo công thức

Gido vién: Ta Thi Giang — Truong THCS Vinh Yén — Tp Vinh Yén

e© sáp dụng phương trình cân bằng(PTCB) nhiệt và dữ kiện bài toán, suy ra ân

a) Hỏi nhiệt độ của chỉ ngay khi có cân bằng nhiệt ?

b) Tính nhiệt lượng nước thu vào

c) Tính nhiệt dung riêng của chỉ

m¡ = 300g=0,3kg a) Nhiệt độ của chỉ ngay khi có cân bằng nhiệt cũng là

t; = 100°C nhiệt độ cuối của nước ( khi nước đã nóng lên), nghĩa là

c) Cị= ? Áp dụng phương trình cân băng nhiệt ta có :

Qtod r2 = Qua vào

Hay 12C;= 1571,25

=C; +130.94 (1kg K) Vậy nhiệt dung riêng của chì là : 130,94 J/kgK

Một nhiệt lượng kê chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 150C Hỏi nước nóng lên tới

bao nhiêu độ nếu bỏ vào nhiệt lượng kế một quả cân bằng đồng thau khối lượng

500g được nung nóng tới 1000C

Bỏ qua nhiệt lượng truyền cho nhiệt lượng kế và môi trường bên ngoài

Lấy nhiệt dung riêng của đông thau là 36§J/kg.K, của nước là 4 186]/kg K Khéi

lượng riêng của nước là 1 000kg/m°

Vị= 2l = 0,002m3 Khối lượng của nước là :

C;= 3681kg.K Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có :

Gido vién: Ta Thi Giang — Trwong THCS Vinh Yén — Tp Vinh Yén

Hay m;C:( t; - ft) = mịC4( t - tị)

m,C,t, + m,C,t, m,C, +m,C,

Hãy tìm :

a) Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng nhiệt?

b) Nhiệt lượng đề làm nóng hỗn hợp từ điêu kiện ban dau dén 30°C?

oe a) Gọi t là nhiệt độ của hỗn hợp khi cân băng nhiệt

m.=3ke = Nhiệt lượng chất lỏng 1 thu vào là :

Vay nhiệt độ khi cân bang nhiét 1a 28,95°C

b) Gọi Q là nhiệt lượng cân thiết đề làm nóng hỗn hợp dén 30°C

Nhiệt lượng chất 1 thu vào dé tăng nhiệt độ đến 30°C 1a:

Q¡= m¡C;(30 — tị) = 1.2000.(30-10)= 40000(7)

Nhiệt lượng chất 2 thu vào đề tăng nhiệt độ đến 309C là:

Qz= m;Cs(30 — t;) = 2.4000.(30 - 10) = 160000(1) Nhiệt lượng chất 3 toả ra đề giảm nhiệt độ xuống 309C

hay : Q= 40000+160000- 180000= _20000(1)

Vay nhiét hrong can cung cap tà 20000.7

II đê nước ở thùng III có nhiệt độ bang 50°C ?

Q› = m2.C.(80-50) = no.m-C.30 (2) Nhiệt lượng thu vào của số nước ở thùng II là :

Nhu vậy néu muic Ø thùng 1ï: n ca thì phải múc ở thùng TI: 2n ca và SỐ nước

có săn trong thing III la: 3n ca (n nguyén diong )

Bai 5

Có 2 bình cách nhiệt, Bình 1 chứa m¡=2kg nước ở t¡=200C, bình 2 chứa m2 = 4kg nước ở ty= 60°C Người ta rót một lượng nước từ bình 1 sang bình 2 Sau khi cân bằng nhiệt, người ta lại rót một lượng nước m như thể từ bình 2 sang bình 1 Nhiệt độ cân băng ở bình 1 lúc này là t;=21,959C

a Tính lượng nước m trong mỗi lân rót và nhiệt độ cân băng của bình 2

b Nếu tiếp tục thực hiện lần thứ hai, tìm nhiệt độ cân băng của mỗi bình

Bài giải : a) Sau khi rót lượng nước m từ bình 1 sang binh 2, nhiệt độ cân băng của bình

b) Binh 1 có nhiệt độ tị= 21,95°C, binh 2 cé nhiét d6 ty = 59°C nén sau lần rót

từ bình 1 sang binh 2 từ PTCB nhiệt ta có:

m((tz' - t/) = m;(ty - ty) ty’ = M2772 58 19°C m+ My

Và cho lân rót từ bình 2 sang bình 1, ta có PTCB nhiệt:

Ba bình nhiệt lượng kế đựng ba chất löng khác nhau có khối lượng bằng nhau

và không phản ứng hoá học với nhau Nhiệt độ chất lỏng ở bình 1, bình 2 và bình 3

lần lượt là tạ=159C, ty=10°C, tạ=200C

Nếu đồ 1⁄2 chất lỏng ở bình 1 vào bình 2 thì nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng

nhiệt là tạz=129C Nếu đồ 1⁄2 chất long ở bình 1 vào bình 3 thì nhiệt độ hỗn hợp khi can bằng nhiệt là t;z—=1909C

Hỏi nếu đô lẫn cả 3 chất lỏng với nhau thì nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng

nhiệt là bao nhiêu? Bỏ qua nhiệt lượng trao đôi nhiệt với môi trường Các bình nhiệt lượng kề làm bằng chất có nhiệt dung riêng nhỏ không đáng kế và thể tích của bình

đủ lớn đê chứa được cả 3 chat long

Bài giải

Goi khối lượng nước ở mỗi bình là m

- Khi đồ 1⁄2 chất lỏng ở bình 1 vào bình 2, ta có PTCB nhiệt:

b) DẠNG HI : BAI TOAN CO SU CHUYEN THE CUA CAC CHAT

* Phuong phap giai

© Xác đinh quá trình chuyên thê của các chất

© Bién luận đề xác định nhiệt độ chưng khi có cân bằng nhiệt (có thể biện luận

trước khi tính toán hoặc trong khi tính toán tuỳ thuộc vào điêu kiện mà bài toán r4)

e©_ Tính nhiệt lượng vật toả ra, thu vào ứng với mỗi quá trình tăng, giảm nhiệt độ

và chuyên thê của chất

© áp dụng PTCB nhiệt và dữ kiện bài toán, suy ra ấn số phải tìm

* Chú ý :

- Khi các chất chuyên thể thì thể tích của nó có thể thay đối nhưng khối lượng

của nó là không đôi

- Trong suốt quá trình chuyên thê nhiệt độ của chất không thay đối

* Bài tập mẫu

Bail:

Bỏ một cục nước đá đang tan vào một nhiệt lượng kề chứa 1,5kg nước ở 30°C Sau khi có cân bằng nhiệt người ta mang ra cân lại, khối lượng của nó chỉ còn lại 0.45kg Xác định khối lượng cục nước đá ban đầu ?

Biết C„u¿= 42001/kg.K : 2 „uc z¿ 3.4.1051/kg ( bỏ qua sự mất mát nhiệt)

m)= 1,5kg Gọi mạ là khối lượng cục nước đá ban đâu

tị= 30°C "i nước đá không tan hết nên nhiệt độ của hệ khi có m= 0.45kg cân bằng nhiét 14 0°C

C„u¿.= 42001/kg.K Nhiệt lượng phân nước đá tan thu vào là

Người ta đô m;(kg) nước ở 60°C vào m;(kg) nước đá ở nhiệt độ -50C Khi có

cân bằng nhiệt, lượng nước thu được là 50kg có nhiệt độ 250C Tính mạ, mạ ?

Cho nhiệt dung riêng của nước và nước đá lần lượt là: 42001/kgK và 21001/kg.K : nhiệt nóng chảy của nước đã là 3,4.10°1/kg

|

t}= 60°C Nhiệt lượng tnị kg trước toả ra là

Dẫn 100g hơi nước ở 100°C vào bình cách nhiệt đựng nước đá ở -4°C Nước

đá bị tan hoàn toàn và lên đến 10°C Tìm khối lượng nước đá có trong bình ?

Biết nhiệt nóng chảy của nước đá là 3.4 10°1/kg : nhiệt hoá hơi của nước ở 100°C là 2 3 _1051/kg: nhiệt dung riêng của nước là 42001/kgK; của nước da

Tom tat Bai giai

m;= 100g= 0,1kg Gọi mạ là khối lượng nước đá cân tìm

ti= 100°C Nhiệt lượng hơi nước tộ ra đề giảm nhiệt độ xuống

Bài 4:

Cĩ 3 bình nhiệt lượng kể, mỗi bình déu chia M= 20g nước ở cùng nhiệt độ

Người ta cơn thả vào mơi bình nhiệt lượng kê một cục nước đá cĩ khối lượng khác

_ Tha vao binh 1 cuc nudc đã cĩ khơi lượng rnị= 10g Khi cĩ cân băng nhiệt, khơi lượng nước đá ở bình 1 cịn lại là mị = 9g Thả vào bình 2 cục nước đá cĩ khơi

lượng m;= 20g Khi cĩ cân băng nhiệt, khơi lượng nước đã ở bình 2 khơng đơi

; Thả vào bình 3 cục nước đá cĩ khơi lượng rn: = 40g thì khi cĩ cân băng nhiệt

khơi lượng nước đá trong bình 3 là bao nhiêu?

Bài giải:

Sau khi thiết lập cân bằng nhiệt, trong bình 1 và bình 2 tơn tại cả nước và

nước đá nên nhiệt độ khi cân băng nhiệt là 00C

Vì thả vào bình 2, 20g nước đá mà khi cân bằng nhiệt, lượng nước đá đĩ

khơng đơi nên khi thả 40g nước đá vào bình 3 phải cĩ một phần nước hố đá là mạ

Vay khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ bình này cũng là 00C

Gọi nhiệt dung riêng và nhiệt độ ban đâu của nước và nước đá lân lượt là: Cì, tị và

—m,C,‡, + (m, — m )2 =—m,C,¿

(m, =m) GA (4)

(m, —m, ) Thay (2) và (4) vào (3) ta được:

Bais:

Một bình cách nhiệt hình trụ chứa khối nước đã cao 25cm ở nhiệt d6 -20°C Người ta rót nhanh rnột lượng nước vào bình tới khi mặt nước cách đây bình 45cm

Khi đã cân bằng nhiệt mực nước trong bình giảm đi 0.5cm so với khi vừa rót

Cho biết khối lượng riêng của nước và nước đá lần lượt là 1000kg/m2 và 900kg/m, nhiệt dung riêng của nước là 42001/kgK, của nước đá là 21001/kgK, nhiệt nóng chảy của đá là 3,4 1051/kg

Xác định nhiệt độ của nước rót vào 2

hị= 25cm= 025m Khi cân băng nhiệt mực nước giảm đi chứng tỏ một t¡= -20°%C phân nước đã bị nóng chảy và nhiệt độ khi cân băng

h =45cm= 045m nhiét 1a t = 00C

Ah= 0,5cm= 0,005m Gọi S là diện tích đáy của hình trụ

D¡= 900kg/m3 a là chiêu cao cột nước đá bị nóng chảy

D;= 1000kg/m° Sau khi nóng chảy nó có chiêu cao là (a- A h) nhưng khối Cz= 42001/kg.K lượng vẫn không thay đôi, nghĩa là :

Áp dụng phương trình cân băng nhiệt ta có :

ở ông nghiệm thứ 2 vào ống nghiệm thứ nhất Khi có cân bằng nhiệt, mực nước

trong ông nghiệm dâng cao thêm Ah;=0,2cm so với lúc vừa rót xong Tính nhiệt độ ban đâu của nước đá ?

Biết nhiệt dung riêng của nước là 42001/kg.K, của nước đá là 20001/kgK;

nhiệt nóng chảy nước đá là 3.4.1051/kg : khối lượng riêng của nước và nước đá lần

lượt là 1000kg/m3 và 900kg/m3 Bỏ qua sự trao đôi nhiệt với môi trường

hị= 40cm Mực nước dang thém chimg té cé mét phan nudc bi déng đặc va

tạ= 40C nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 00C

h;ạ= 10cm Gọi S là tiết diện Ống nghiệm

Ah;= 02cm h là chiêu cột nước bị đông đặc

Cị= Sau khi đông đặc cột nước có chiêu cao h+ Ahị, nhưng khối

4200J/kg.K | lượng vẫn không thay đôi, nghĩa là: