chuyen de li 8.doc

Bài tập vận dụng: phương trình cân bằng nhiệt .I / LÝ DO : Xuất phát từ thực tế giảng dạy theo chương trình mới bộ môn vật lý THCS .Với đặt thù bộ môn vật lý hiện nay thì việc chuẩn bị

Trang 1

SỞ GIÁO DỤC PHÒNG GIÁO DỤC

TRƯỜNG:

-***** -CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 8:

BÀI TẬP VẬN DỤNG PHƯƠNG TRÌNH

CÂN BẰNG NHIỆT

NGÀY THỰC HIỆN: 13/3/2010

TỔ: TOÁN - LÍ

HỌ VÀ TÊN GV

Năm học 200 9 -20 10

Trang 3

Bài tập vận dụng: phương trình cân bằng nhiệt

I / LÝ DO :

Xuất phát từ thực tế giảng dạy theo chương trình mới bộ môn vật lý THCS Với đặt thù bộ môn vật lý hiện nay thì việc chuẩn bị ,sử dụng đồ dùng dạy học làm thí nghiệm là không thể thiếu trong việc truyền đạt tri thức khoa học cho học sinh Bởi vì nội dung của bài học hầu hết đều xuất phát từ việc tổ chức các hoạt động thí nghiệm nhóm của học sinh , học sinh thu thập thông tin , xử lý thông tin , phân tích , tổng hợp , hình thành nội dung kiến thức

Giáo viên trực tiếp giảng dạy hiện nay mất nhiều thời gian cho việc soạn giảng , sử dụng đồ dùng dạy học … chưa đưa ra được phương pháp giải bài tập cụ thể cho học sinh , một ít giáo viên (giáo viên dạy ở môn toán – lý ) thường không đầu tư nhiều và thường không quan tâm đến phương pháp giải bài tập

Việc không đưa ra phương pháp phương pháp giải bài tập của giáo viên có nhiều nguyên nhân: nguyên nhân chủ quan ( người dạy ít đầu tư, ngại khó , mất nhiều thời gian , mất nhiều công sức hướng dẫn , cháy giáo án trong tiết dạy , ít tìm tòi , …) – nguyên nhân khách quan (khó bố trí triển khai cho học sinh …)

Việc tổ chức thuận lợi ,kịp thời ,tạo điều kiện cho học sinh tham gia tìm hiểu phương pháp giải bài tập là điều rất cần thiết hạn chế được thiếu sót của người dạy bởi các nguyên nhân khách quan Mục tiêu của chuyên đề là giúp các giáo viên bộ môn vật lý THCS củng cố phương pháp dạy học

đảm bảo “giúp người học nắm vững -vận dụng-nâng cao kiến thức” từ đó hình thành và phát huy

tốt phương pháp tự học cho học sinh

II/ NỘI DUNG

A – Kiến thức cơ bản:

1 ) Công thức tính nhiệt lượng thu vào(không có sự chuyển thể của chất ):

Với : - m : Khối lượng của vật ( kg)

- c: nhiệt dung riêng của chất làm vật ( J/kg K)

- t2,t1 nhiệt độ lúc sau và lúc đầu của vật (O C)

(t2>t1)

- Q: nhiệt lượng vật thu vào ( J ) Nhiệt lượng vật tỏa ra cũng được tính bằng công thức tương tự

Q= m.c.( t1- t2 )

Lưu ý : t1 > t2

2) Phương trình cân bằng nhiệt :

Nếu không có sự trao đổi năng lượng ( nhiệt ) với môi trường ngoài thì :

Q tỏa ra = Q thu vào

- Q tỏa ra : tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra

- Q thu vào : tổng nhiệt lượng của các vật thu vào

3 ) Nhiệt lượng m (kg) nhiên liệu tỏa khi đốt cháy hoàn toàn:

Q = q.m

- m : khối lượng của nhiên liệu ( kg )

- q: năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu ( J/ kg ) -Q: nhiệt lượng nhiên liệu tỏa ra(J)

3) Hiệu suất của động cơ nhiệt ( hoặc việc sử dụng nhiệt )

H = Q có ích / Q toàn phần 100%

Q có ích : Nhiệt lượng vật nhận vào để tăng nhiệt độ

Q toàn phần : Nhiệt lượng mà nguồn nhiệt cung cấp ( do nhiên liệu cháy hoặc vật khác tỏa ra )

Q= m.c.( t2- t1 )

Trang 4

B –Bài tập áp dụng.

Dạng 1: Xác định m,c,t,  t khi chỉ có 2 vật trao đổi nhiệt với nhau:

1 Xác định vật nào thu nhiệt, vật nào tỏa nhiệt

2 Viết biểu thức cho vật thu nhiệt,tỏa nhiệt

3.Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt

-> suy ra đại lượng cần tìm

T

9

ph Gọi 1 học sinh đọc đề bài 1.1 ) Người ta thả một thỏi

đồng nặng 0,4 kg ở nhiệt độ

80O C vào 0,5 kg nước ở

nhiệt độ 18O C.Hãy xác định

nhiệt độ khi có cân bằng

nhiệt ? Cho nhiệt dung riêng

của đồng c1 = 400J/kg.K ,

của nước c2 =4200J/kg.K

Yêu cầu hs thực hiện theo

các bước giải theo phương

pháp

Đọc và tóm tắt đề bài Tóm tắt:

m1=0,4 kg đồng

t1=80O C

c1 = 400J/kg.K

m2= 0,5 kg

t2=18O C nước

c2 =4200J/kg.K Tính tc=?O C

Xác định vật tỏa nhiệt,thu nhiệt :

Viết biểu thức của vật thu nhiệt ,tỏa nhiệt ->

Viết phương trình cân bằng nhiệt ->

Suy ra đại lượng t cần tìm

Chú ý phép biến đổi Thay số

Chú ý đến đơn vị của các đại lượng

Tính toán kết quả,đơn vị

Bài giải:

Gọi m1 ,m2 là khối lượng của đồng và nước

t c là nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt

Nhiệt lượng đồng tỏa ra:

Q1 = m1.c1(t1-t) Nhiệt lượng nước thu vào :

Q2 = m2.c2(t-t2) Aùp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:

Q1 = Q2

 m1.c1(t1-t)= m2.c2(t-t2) => 1 1 1 2 2 2

1 1 2 2

) (

m c t m c t t

m c m c

+

=

+

0, 4.400.80 0, 25.4200.18

0, 4.400 0, 25.4200

+

=

+

=26,2O C

Vậy khi có cân bằng nhiệt nhiệt độ là t= 26,2 O C

1.2 ) Người ta cần có 30 lít nước ở nhiệt độ t = 35 O C để tắm Nhiệt độ ban đầu của nước là t1 =

20 O C Hỏi cần phải cấp cho khối nước đó một nhiệt lượng bằng bao nhiêu ? Nhiệt dung riêng của nước 4200J/kg K

(Hs thực hiện theo đúng trình tự như hương pháp nêu trên?

T

9

ph

Gọi 1 học sinh đọc đề bài Đọc và tóm tắt đề bài

Tóm tắt:

t = 35 O C

t1 = 20 O C

cn=4200J/kg K Tính Q?

Trang 5

pháp

Viết biểu thức của vật thu nhiệt ->

Bài giải:

Trước tiên ta tính khối lượng

của 30 l nước.

Lấy khối lượng riêng của nước là D= 1000 kg/m3 thì

khối lượng của 30 l nước

bằng : m= V.D =30.10 -3.103 = 30 kg

Aùp dụng công thức tính nhiệt lượng khi làm nóng vật,ta có:

Q =cm(t-t1)

= 30.4200(35-20)

= 1 890 000 J

Dạng 2: Xác định m,c,t,  t khi chỉ có nhiều vật trao đổi nhiệt với nhau:

1 Xác định vật nào thu nhiệt, vật nào tỏa nhiệt

2 Viết biểu thức cho vật thu nhiệt,tỏa nhiệt

3.Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt

Chú ý : - Q tỏa ra : tổng nhiệt lượng của các vật tỏa ra

- Q thu vào : tổng nhiệt lượng của các vật thu vào -> suy ra đại lượng cần tìm

******

1.3 ) Một chiếc ấm bằng nhôm khối lượng m1 = 0.5 kg chứa m2 = 2 kg nước Tất cả đang ở nhiệt độ ban đầu t1 = 20 O C hỏi phải tốn bao nhiêu nhiệt lượng để ấm nước đạt đến nhiệt độ sôi t2 = 100

O C Nhiệt dung riêng của nhôm c1 =880 J /kg K, của nước c2 =4200J/kg.K

T

9

ph Gọi 1 học sinh đọc đề bài

pháp

m1 = 0.5 kg

c1 =880 J /kg K, nhôm

t1 = 20 O C

t2 = 100 O C

m2 = 2 kg nước

c2 =4200J/kg.K Tính Q?

Xác định vật thu nhiệt : Viết biểu thức của vật thu nhiệt ->

Viết biểu thức tính nhiệt lượng cần cung cấp ->

Chú ý : Thay số Chú ý đến đơn vị của các đại lượng

Bài giải:

Nhiệt lượng do ấm nhôm thu vào để tăng từ t1 đến t2 :

Q1 = m1.c1(t2-t1) = 0,5.880(100-20) = 352

00 J Nhiệt lượng do ấm nhôm thu vào để tăng từ t1 đến t2:

Q2 = m2.c2(t2-t1) = 2.4200(100-20) = 672 000J Nhiệt lượng tổng cộng : Q=Q1+Q2= 35200+672 000=

707 200 J = 707,2 kJ

Trang 6

1.4 ) Để xác định nhiệt độ của một chiếc lò , người ta đốt trong lò một cục sắt khối lượng m1= 0.5 kg rồi thả nhanh vào trong bình chứa m2 = 4kg nước có nhiệt độ ban đầu t1= 18 O C Nhiệt độ cuối cùng trong bình là t2= 28 O C Hãy xác định nhiệt độ của lò?(Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình , nhiệt dung riêng của sắt là c1 = 460J/ kg K, nước c2 =4200J/kg.K)

T

9

ph Học sinh đọc,tìm hiểu đề bài

pháp

m1= 0.5 kg

t1= 18 O C sắt

t2= 28 O C

c1 = 460J/ kg K

m2 = 4kg lò

c2 =4200J/kg.K Tính t ?

Suy ra đại lượng t cần tìm

Bài giải:

Bài giải:

Gọi nhiệt độ của lò là t thì nhiệt lượng do cục sắt tỏa ra khi nguội từ nhiệt độ lò đến nhiệt độ t2 là:

Q1 = m1.c1(t-t2) Nhiệt lượng nước thu vào để tăng từ t1 đến t2:

Q2= m2.c2(t2-t1) Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình, nên ta có:

Q1 = Q2

hay m1.c1(t-t2)= m2.c2(t2-t1)

=> t = t2+ 2 2

2 1

1 1

m c

28+ 4.4200 (28 18) 758, 4 0,5.460 − =

O C

1.5 ) Bỏ một quả cầu đồng thau có khối lượng 1 kg được nung nóng đến 100 O C vào trong thùng sắt có khối lượng 500 g đựng 2 lít nước ở 20 O C Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường

a Tìm nhiệt độ cuối cùng của nước ? Biết nhiệt dung riêng của đồng thau ,sắt , nước lần lượt là

c1= 0.38 103 J/ kg.K, c2= 0.46 103 J/kg.K, c3 =4.2 103 J/kg.K

b Tìm nhiệt lượng cần thiết để đun nước từ nhiệt độ câu a/ cả quả cầu đến 50 O C?

T

L Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung

9

ph Học sinh đọc,tìm hiểu đềbài

pháp

m1=1 kg t1=100 O C qcầu

c1= 0.38.103 J/kg.K m2=500 g=0.5 kg

c2= 0.46.103 J/kg.K sắt t1=20 O C

m3= 2kg(1 lít =1kg) t1=20 O C nước

c3 =4.2.103 J/kg.K

Trang 7

b/ Tính Q?

Suy ra đại lượng t cần tìm Chú ý phép biến đổi Thay số

a) Tìm t

Nhiệt lượng Q1 của quả cầu bằng đồng thau tỏa ra khi giảm từ t1

đến t :

Q1 = m1.c1(t1-t) Nhiệt lượng Q2 , Q3 của thùng sắt và nước nhận được để tăng từ t2

đến t :

Q2 = m2.c2(t –t2);

Q3 = m3.c3(t –t2) Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt

Q1 = Q2+ Q3

hay m1.c1(t1-t)=

m2.c2(t –t2)+ m3.c3(t –t2)

=> t = 1 1 1 2 2 3 3 2

1 1 2 2 3 3

t= 23,37 O C

b/ Nhiệt lượng cần thiết để cả hệ thống tăng từ 23,37O C

-> 50O C :

Q = (m1.c1 +m2.c2 + m3.c3)(t’ –t) =(1.0,38.103+0,5.0,46.103+2.4,2

103)(50-23,37)

Q =239,9103 J 1.6 ) Một hỗn hợp gồm 3 chất lỏng không có tác dụng hóa học có khối lượng lần lượt là m1= 1kg , m2= 2kg , m3= 3kg Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là c1= 2000 J/

kg K , t1= 10O C , c2= 4000J/ kg.K, t2 = 10O C , c3= 3000J/ kg K, t3 = 50 O C Hãy tìm :

a Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng nhiệt ?

b Nhiệt lượng để làm nóng hỗn hợp từ điều kiện ban đầu đến 30 O C?

T

9

pháp

m1= 1kg

c1= 2000J/ kg K (1)

t1= 10O C

m2= 2kg

c2= 4000J/ kg.K (2)

t2 = 10O C

m3= 3kg

c3= 3000J/ kg K, (3)

t3 = 50 O C a/Tính t?

b/Tính Q?

Xác định vật tỏa nhiệt,thu

Bài giải:

Gọi t là nhiệt độ cân bằng

1.0,38.10 100 (0,5.0, 46.10 2.4, 2.10 ).20

1.0,38 0,5.0, 46 2.4, 2

Trang 8

nhiệt : Viết biểu thức của vật thu nhiệt ,tỏa nhiệt ->

của hỗn hợp ( m1 , m2 thu nhiệt ; m3 tỏa nhiệt )

Ta có phương trình cân bằng nhiệt:

m1.c1(t- t1)+ m2.c2(t –t2)=

m3.c3(t3–t)

t = 1 1 1 2 2 2 3 3 3

m c t m c t m c t

= 20,5 O C

b) Gọi Q là nhiệt lượng cần làm nóng hỗn hợp đến nhiệt độ t’ = 30O C Tương tự ta có

Q = Q1 + Q2 – Q3

=m1.c1(t’- t1)+ m2.c2(t’ –t2

)-m3.c3(t3–t) = 180 000 J 1.7 ) Trộn lẫn rượu vào nước , người ta thu được một hỗn hợp nặng 140 g ở nhiệt độ t= 36 O C Tính khối lượng nước và rượu đã pha , biết rằng ban đầu rượu có nhiệt độ t1 = 19O C và nước có nhiệt độ t2 = 100O C , nhiệt dung riêng của rượu và nước c1= 2500J/ kg K, c2= 4200J/ kg K,

T

9

pháp

m=140 g=0.14 kg t= 36 O C rượu

t1 = 19O C

c1= 2500J/ kg K,

t2 = 100O C nước

c2= 4200J/ kg K, Tính m1 , m2 ? Xác định vật tỏa nhiệt,thu nhiệt :

Lập tỉ số Chú ý phép biến đổi Thay số

Bài giải:

Gọi m1 , m2 là khối lượng của rượu và nước

Nhiệt lượng rượu thu vào: Q1

= m1.c1(t-t1) Nhiệt lượng nước tỏa ra:

Q2 = m2.c2(t2-t) Khi có cân bằng nhiệt :

Q1= Q2

m1.c1(t-t1) = m2.c2(t2-t)

<=> m1/m2=c2(t2-t)/c1(t-t1)

<=>

4200(100-36)/2500(36-19)

<=> m1=6,3m2 (1) Mặc khác m1 + m2 = 140g (2)

6,3 m2 + m2 = 7,3 m2 = 140

=> m2 = 19,18 g

m1= 6,3 m2 =6,3 .19,18 =

120, 82g

Trang 9

1.8/ Một bếp điện đun một ấm đựng 500g nước ở 15O C Nếu đun 5 phút , nhiệt độ nước lên đến

23O C Nếu lượng nước là 750 g thì đun trong 5 phút , nhiệt độ chỉ lên đến 20,8O C

a/ Tính nhiệt lượng ấm thu vào để tăng lên 1O C

b ) Nhiệt lượng do bếp điện tỏa ra trong 1 phút cho hiệu suất của bếp là 40 % và nhiệt dung riêng của nước là c= 4200 J/ kg K

T

9

pháp

m1=500g=0.5 kg

t1=15O C (1) t= 5 phút

t2=23O C

m2=750 g (2)

t3=20, 8O C

t= 1O C

H =40 % c= 4200 J/ kg K Xác định vật tỏa nhiệt,thu nhiệt :

Bài giải:

a/ Trong hai trường hợp ấm và nước thu cùng một nhiệt lượng , do đó

(m1.c + m0.c0 )(t1-t) = (m2.c+ m0.c0 )(t2-t)

=>m0.c0=

1 2

−

Thay số vào ta được: m0.c0=

668 J/ kg b) Nhiệt lượng ấm và nước thu được trong 5 phút

Q= (m1.c+ m0.c0 )(t1-t)

= 22 144 J Nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra trong 5 phít

Q’ Q.100%/H=Q.100%/40%

= 553 600J Nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra trong 1 phút

Q=Q’/t = Q’/5 =110 720 J 1.9/ Khi đốt cháy m1 = 200g dầu hỏa băng bếp dầu thì có thể đun đến sôi 10lít nước có nhiệt độ ban đầu t1=20O C.Tính hiệu suất của bếp?năng suất tỏa nhiệt của dầu hoả : q= 45.10 6 J/kg

T

9

ph

Học sinh đọc,tìm hiểu đề bài

pháp

m1 = 200g=0.2 kg V= 10lít-> m2=10 kg

Trang 10

t2= 100O C

q= 45.10 6 J/kg Tính H %?

Viết ct tính hiệu suất của bếp ->

Thay số Chú ý đến đơn vị của các đại lượng

Khối lượng của 10 lít nước : M= V.D = 10.103=10 kg Nhiệt lượng do nước thu vào đồng thời là nhiệt lượng có ích :

Qi= m2c(t2-t1)

=10.4200(100-20)

=3,36.106

J Nhiệt lượng toàn phần do 200g dầu hỏa cháy hoàn toàn tỏa ra :

Qt = m1 q

= 0,2.45.106 9.106 J

Do đó hiệu suất của bếp :

H =Qi/Qt= 3,36.106/9.106 =

37 % 1.10/ Trong tay em chỉ có nước ( có nhiệt dung riêng cn ) , nhiệt lượng kế , nhiệt kế , cân , bộ quả cân , bình đun dây buộc và bếp Hãy thiết lập phương án để xác định nhiệt dung riêng của một vật rắn nguyên chất

T

L Hoạt động của

9

ph

Học sinh đọc,tìm

hiểu đề bài

Yêu cầu hs thực

hiện theo các

bước giải theo

phương pháp

mk ,m1 ,m2,t1, t2 ,t Xác định các đại lượng bằng các dụng cụ đã cho

Suy ra đại lượng t cần tìm Chú ý phép biến đổi ,thay số Chú ý đến đơn vị của các đại lượng

Bài giải:

Dùng cân để xác định khối lượng -Nhiệt lượng kế: mk

-Nước trong nhiệt lượng kế :m1

-Vật rắn : m2

Tiến hành đo : -Nhiệt độ nước trong nhiệt lượng kế :

t1

-Nhiệt độ nước có vật trong bình đun trên bếp : t2

-Lấy vật thả nhanh vào nhiệt lượng kế ( vật được buộc bằng dây khi thả vào bình , đo nhiệt độ cân bằng : t

Ta có phương trình cân bằng nhiệt :

m2.c2 (t2-t) = (mk.ck )+ m1.cn(t-t1)

2 2

−

Lặp lại thí nghiệm nhiều lần và giá trị

c2 chính là giá trị trung bình của các lần đo

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	259 KB