Đang tải... (xem toàn văn)
Trong chương trình vật lý 8 nhiệt học là một trong những phần hết sức quan trọng . Nhưng để học sinh nắm vững và giải tốt các bài toán phần này thì đoi hỏi người giáo viên phải biết vận dụng thành thạo, nhuần nhuyển các kiến thức về phần nhiệt học cũng như vận dụng thành thạo phương trình cân bằng nhiệt để giải các bài toán về nhiệt học . Trong đề tài này tôi mạnh dạn đưa ra một số kỹ năng mà tôi đúc rút được trong quá trình dạy học để giải các bài toán về nhiệt học hy vọng rằng các bạn đồng nghiệp và các em học sinh có được một số kỹ năng khi giải các bài toán về nhiệt học do thời gian không cho phép nên tôi chỉ trình bày một số dạng toán cơ bản phục vụ cho việc dạy đại trà và bồi dưỡng học sinh giỏi
Tên đề tài: “Một số kỹ giải toán phần nhiệt học vật lý 8” A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình vật lý nhiệt học phần quan trọng Nhưng để học sinh nắm vững giải tốt tốn phần đoi hỏi người giáo viên phải biết vận dụng thành thạo, nhuần nhuyển kiến thức phần nhiệt học vận dụng thành thạo phương trình cân nhiệt để giải tốn nhiệt học Trong đề tài mạnh dạn đưa số kỹ mà đúc rút trình dạy học để giải toán nhiệt học hy vọng bạn đồng nghiệp em học sinh có số kỹ giải toán nhiệt học thời gian không cho phép nên trình bày số dạng tốn phục vụ cho việc dạy đại trà bồi dưỡng học sinh giỏi Trong thực tế dạy học nay, người giáo viên lên lớp không truyền đạt kiến thức cho học sinh mà cịn phát huy tính tích cực tư sáng tạo để chiếm lĩnh tri thức Tuy nhiên lâu ý tới việc phát huy tính tích cực tư sáng tạo giải tập chủ yếu mơn Tốn, mà khơng ý tới mơn Vật lý, Hố học mơn học khác Trên sở tinh thần phát huy tính tích cực tư sáng tạo giải toán, dựa vào hoạt động trí tuệ chung như: - Tương tự hố - Trừu tượng hoá - Tổng quát hoá - Khái quát hoá đặc biệt hoá Từ tập ban đầu ta đề xuất cách giải mở rộng, phát triển thành nhiều dạng tập khác Qua nhiều năm giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lý 8, tơi có số kinh nghiệm giảng dạy phần nhiệt học, đặc biệt dạng tập nhiệt học Một số kỹ giải toán phần nhiệt học vật lý B.NỘI DUNG + Các toán trao đổi nhiệt hai chất nhiều chất + Các tốn có chuyển thể chất + Các tốn có trao đổi nhiệt với mơi trường + Các tốn có liên quan đến cơng suất tỏa nhiệt vật tỏa nhiệt + Các toán trao đổi nhiệt qua qua vách ngăn + toán liên quan đến suất tỏa nhiệt nhiên liệu + toán đồ thị biểu diễn tương quan đại lượng đặc trưng Dạng Tính nhiệt độ chất hỗn hợp ban đầu cân nhiệt Bài Người ta thả thỏi đồng nặng 0, 4kg nhiệt độ 800c vào 0, 25kg nước t o = 180c Hãy xác định nhiệt độ cân Cho c = 400 j/kgk c = 4200 j/kgk Giải Gọi nhiệt độ cân hỗn hợp t Ta có phương trình cân nhiệt hỗn hợp sau m1 c1 (80 − t ) = m2 c2 (t − 18) Thay số vào ta có t = 26,20C Nhận xét Đối với tập đa số học sinh giải qua tập giáo viên hướng dẫn học sinh làm hỗn hợp chất lỏng tổng quát lên n chất lỏng Bài Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng khơng có tác dụng hố học với có khối lượng là: m1 = 1kg , m2 = 2kg , m3 = 3kg Biết nhiệt dung riêng nhiệt độ chúng c1 = 2000 j / kgk , t1 = 10 c, c2 = 4000 j / kgk , t = 10 c, c3 = 3000 j / kgk , t3 = 50 c Hãy tính nhiệt độ hỗn hợp cân Tương tự toán ta tính nhiệt độ hỗn hợp cân t t= m1 c1 t1 + m2 t c2 + m3 c3 t thay số vào ta có t = 20,50C m1 c1 + m2 c2 + m3 c3 Từ ta có tốn tổng quát sau Bài Một hỗn hợp gồm n chất lỏng có khối lượng m1 , m2 , mn nhiệt dung riêng chúng c1 , c2 .cn nhiệt độ t1 , t t n Được trộn lẩn vào Tính nhiệt độ hỗn hợp cân nhiệt Hồn tồn tương tự tốn ta có nhiệt độ cân hỗn hợp cân nhiệt t= m1 c1 t1 + m2 t c2 + m3 c3 t + + mn t n cn m1 c1 + m2 c2 + m3 c3 + + mn cn Dạng Biện luận chất có tan hết hay khơng có nước đá Đối với dạng tốn học sinh hay nhầm lẫn nên giáo viên phải hướng dẫn tỷ mỷ để học sinh thành thạo giải tập sau số tập Bài Bỏ 100g nước đá t1 = o C vào 300g nước t = 20 o C Nước đá có tan hết khơng? Nếu khơng tính khối lượng đá cịn lại Cho nhiệt độ nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 j / kgk nhiệt dung riêng nước c = 4200j/kg.k Nhận xét Đối với tốn thơng thường giải học sinh giải cách đơn giản tính việc so sánh nhiệt lượng nước đá nước Giải Gọi nhiệt lượng nước Qt từ 200C 00C nước đá tan hết Q thu ta có Qt = m2 c2 ( 20 − 0) = 0,3.4200.20 =25200j Qthu = m1 λ = 0,1 3,4.10 = 34000j Ta thấy Q thu > Qtoả nên nước đá không tan hết Lượng nước đá chưa tan hết m= 8800 Qthu − Qtoa = 3,4.105 = 0,026 kg λ Bài Trong bình có chứa m1 = 2kg nước t1 = 250 c Người ta thả vào bình m2 kg nước đá t = − 20 c Hảy tính nhiệt độ chung hỗn hợp có cân nhiệt trường hợp sau đây: a) m2 = 1kg b) m2 = 0,2kg c) m2 = 6kg cho nhiệt dung riêng nước, nước đá nhiệt nóng chảy nước đá c1 = 4,2kj / kgk ; c2 = 2,1kj / kgk , λ = 340kj / kg Nhận xét Đối với toán giải học sinh dể nhầm lẫn trường hợp nước đá Do giải giáo viên nên cụ thể hoá trường hợp phân tích học sinh thấy rõ tránh nhầm lẫn toán khác Giải Nếu nước hạ nhiệt độ tới 00c toả nhiệt lượng Q1 = c1m1 (t1 − 0) = 4,2.2.(25 − 0) = 210kj a) m2 = 1kg nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tăng nhiệt độ tới ooc Q2 = c2 m2 (o − t ) = 2,1.(o − (−20)) = 42kj Q1 〉Q2 nước đá bị nóng chảy Nhiệt lượng để nước đá nóng chảy hồn tồn: Q' = λ m2 = 340.1 = 340kj Q1 〈Q2 + Q'2 nước đá chưa nóng chảy hồn tồn Vậy nhiệt độ cân 00C Khối lượng nước đá đông đặc m y c1 m1 (t − 0) + λ.m y = c2 m2 (0 − t ) ⇒ m y = 0,12kg Khối lượng nước đá nóng chảy m x xác định bởi: c1.m1 (t − 0) = c2 m2 (0 − t ) + λ.mx ⇒ mx ≈ 0,5kg Khối lượng nước có bình: mn = m1 + m x ≈ 2,5kg Khối lượng nước đá lại md = m2 − m x = 0,5kg b) m2 = 0,2kg : tính tương tự phần a Q2 = c2 m2 (0 − t ) = 8400 j; Q' = λ.m2 = 68000 j Q1 〉Q2 + Q'2 nước đá nóng chảy hết nhiệt độ cân cao Ooc Nhiệt độ cân xác định từ c2 m2 (0 − t ) + λ.m2 + c1m2 (t − 0) = c1m1 (t1 − t ) Từ t ≈ 14,5 c Khối lượng nước bình: mn = m1 + m2 = 2,2kg Khối lượng nước đá md = O c) m2 = 6kg Q2 = c2 m2 (0 − t ) = 252kj Q1 〈Q2 : nước hạ nhiệt độ tới Oocvà bắt đầu đông đặc - Nếu nước đông đặc hồn tồn nhiệt lượng toả là: Q'1 = λm1 = 680kj Q2 〈Q1 + Q'1 : nước chưa đơng đặc hồn tồn, nhiệt độ cân ooc - Khối lượng nước đá có bình đó: md = m2 + m y = 6,12kg Khối lượng nước lại: mn = m1 − m y = 1,88kg Bài tập tương tự Bài Thả 1, 6kg nước đá -100c vào nhiệt lượng kế đựng 1,6kg nước 800C; bình nhiệt lượng kế đồng có khối lượng 200g có nhiệt dung riêng c = 380j/kgk a) Nước đá có tan hết hay khơng b) Tính nhiệt độ cuối nhiệt lượng kế Cho biết nhiệt dung riêng nước cd = 2100j/kgk nhiệt nóng chảy nước đá λ = 336.10 j / kgk đá Bài Trong nhiệt lượng kế có chứa 1kg nước 1kg nước đá nhiệt độ O0c, người ta rót thêm vào 2kg nước 500C Tính nhiệt độ cân cuối Đáp số : Bài a) nước dá không tan hết b) 00C Bài t = 4,80C Dạng tính nhiệt lượng khối lượng chất khơng có (hoặc có) mát nhiệt lượng môi trường Bài Người ta đổ m1 = 200 g nước sơi có nhiệt độ 1000c vào cốc có khối lượng m2 = 120g nhiệt độ t = 200C sau khoảng thời gian t = 5’, nhiệt độ cốc nước 400C Xem mát nhiệt xảy cách đặn, hảy xác định nhiệt lượng toả môi trường xung quanh giây Nhiệt dung riêng thuỷ tinh c2 = 840j/kgk Giải Do bảo toàn lượng, nên xem nhiệt lượng Q cốc nước toả môi trường xung quanh khoảng thời gian phút hiệu hai nhiệt lượng - Nhiệt lượng nước toả hạ nhiệt từ 1000C xuống 400C Q1 = m1c1 (t1 − t ) = 0,2.2400 (100-40) = 28800 J - Nhiệt lượng thuỷ tinh thu vào nóng đến 400C Q2 = m2 c2 (t − t ) = 0,12.840.(40-20) = 2016 J Do nhiệt lượng toả ra: Q = Q1 − Q2 = 26784 j Công suất toả nhiệt trung bình cốc nước N= Q 26784 j = = 89,28j/s T 300 s Bài Một thau nhôm khối lượng 0, 5kg đựng 2kg nước 200c a Thả vào thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lị Nước nóng đến 21,20C Tìm nhiệt độ bếp lị Biết nhiệt dung riêng nhôm, nước, đồng c1 = 880 j / kgk ; c2 = 4200 j / kgk ; c3 = 380 j / kgk Bỏ qua toả nhiệt môi trường b Thực trường hợp này, nhiệt toả môi trường 10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước Tính nhiệt độ thực bếp lò c Nếu tiếp tục bỏ vào thau nước thỏi nước đá có khối lượng 100g 00C Nước đá có tan hết khơng? Tìm nhiệt độ cuối hệ thống lượng nước đá cịn sót lại khơng tan hết? Biết nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.10 j / kg Nhận xét: toán giải hai câu a, b khơng phải khó so với tốn khác có toả nhiệt lượng mơi trường nên giải giáo viên cân làm rõ cho học sinh thấy toả nhiệt môi trường nên 10% nhiệt toả môi trường nhiệt lượng mà nhơm nước nhận thêm giải học sinh khơng nhầm lẫn Giải a) Gọi t0C nhiệt độ củ bếp lò, nhiệt độ ban đầu thỏi đồng Nhiệt lượng thau nhôm nhận để tăng từ t1 = 200C đến t = 21,20C Q1 = m1c1 (t − t1 ) ( m1 khối lượng thau nhôm) Nhiệt lượng nước nhận để tăng từ t1 = 200C đến t = 21,20C Q2 = m2 c2 (t − t1 ) m2 khối lượng nước Nhiệt lượng đồng toả để hạ từ t0C đến t = 21,20C Q3 = m3 c3 (t − t ) ( m3 khối lượng thỏi đồng) Do khơng có toả nhiệt mơi trường nên theo phương trình cân nhiệt ta có: Q3 = Q1 + Q2 ⇒ m3c3 (t '−t ) = (m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) ⇒t = ((m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) + m3 c3t m3c3 Thay số vào ta t = 160,780C b) Thực tế có toả nhiệt mơi trường nên phương trình cân nhiệt viết lại Q3 − 10%(Q1 + Q2 ) = (Q1 + Q2 ) ⇒ Q3 = 110%(Q1 + Q2 ) = 1,1(Q1 + Q2 ) Hay m3c3 (t '−t ) = 1,1(m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) ⇒ t' = ((m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) + m3 c3t + t2 m3c3 t’ = 174,740C c) Nhiệt lượng thỏi nước đá thu vào để nóng chảy hồn tồn 00C Q = λm = 3,4.10 5.0,1 = 34000 j Nhiệt lượng hệ thống gồm thau nhôm, nước, thỏi đồng toả để giảm từ 21,20C xuống 00C là: Q' = (m1c1 + m2 c2 + m3 c3 )(21,2 − 0) = 189019 j Do nhiệt lượng nước đá cần để tan hoàn toàn bé nhiệt lượng hệ thống toả nên nước đá t” tính ∆Q = Q'−Q = (m1c1 + (m2 + m)c2 + m3c3 )t" (Nhiệt lượng thừa lại dùng cho hệ thống tăng nhiệt độ từ 00C đến t” 0C) t" = Q'−Q 189109 − 34000 = (m1c1 + (m2 + m)c2 + m3 c3 ) 0,5.880 + (2 + 0,1) 4200 + 0,2.380 t" = 16,60c Bài 10: Một ấm điện nhơm có khối lượng 0, 5kg chứa 2kg nước 25oC Muốn đun sơi lượng nước 20 phút ấm phải có cơng suất bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng nước C = 4200J/kg.K Nhiệt dung riêng nhôm C1 = 880J/kg.K 30% nhiệt lượng toả môi trường xung quanh Giải: + Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ ấm nhôm từ 25oC tới 100oC là: Q1 = m1c1 ( t2 t1 ) = 0,5.880.( 100 25 ) = 33000 ( J ) + Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ nước từ 25oC tới 100oC là: Q2 = mc ( t2 t1 ) = 2.4200.( 100 25) = 630000 ( J ) + Nhiệt lượng tổng cộng cần thiết: Q = Q1 + Q2 = 663000 ( J ) (1) + Mặt khác nhiệt lượng có ích để đun nước ấm điện cung cấp thời gian 20 phút Q = H.P.t (2) (Trong H T = 100% - 30% = 70% ; P công suất ấm ; t = 20 phút = 1200 giây) +Từ ( ) ( ) : P = Q 663000.100 = = 789,3( W) H.t 70.1200 Bài tập tương tự Bài 11 Một bình nhiệt lượng kế nhơm có khối lượng m1 = 500 g chứa m2 = 400 g nước nhiệt độ t1 = 20 c a) Đổ thêm vào bình lượng nước m nhiệt độ t = 50C Khi cân nhiệt nhiệt độ nước bình t = 100C Tìm m b) Sau người ta thả vào bình khối nước đá có khối lượng m3 nhiệt độ t = −5 c Khi cân nhiệt thấy bình cịn lại 100g nước đá Tìm m3 cho biết nhiệt dung riêng nhôm c1 =880 (j/kgk), nước c2 = 4200 ( j/kgk) nước đá c3 = 2100(j/kgk), nhiệt nóng chảy nước đá λ = 34000 j/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường (Trích đề thi TS THPT chuyên lý ĐHQG Hà Nội - 2002 ) Bài 12 Đun nước thùng dây nung nhúng nước có cơng suất 1, 2kw Sau phút nước nóng lên từ 800C đến 900C.Sau người ta rút dây nung khỏi nước thấy sau phút nước thùng nguội 1,50C Coi nhiệt toả môi trường cách đặn Hãy tính khối lượng nước đựng thùng.Bỏ qua hấp thụ nhiệt thùng Đáp số m = 3,54kg Dạng tính đại lượng m,t, c rót số lần hỗn hợp chất từ bình sang bình khác Sự trao đổi nhiệt qua có phần nhiệt lượng hao phí dẫn nhiệt Nhiệt lượng tỷ lệ với diện tích tiếp xúc với mơi trường, tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ dẫn với nhiệt độ môi trường phụ thuộc vào chất liệu làm dẫn Khi hai dẫn khác mắc nối tiếp lượng có ích truyền hai Khi hai dẫn khác mắc song song tổng nhiệt lượng có ích truyền hai nhiệt lượng có ích hệ thống Khi truyền nhiệt qua vách ngăn Nhiệt lượng trao đổi chất qua vách ngăn tỷ lệ với diện tích chất tiếp xúc với vách ngăn tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ hai bên vách ngăn Bài 13 có hai bình cách nhiệt Bình chứa m1 = 4kg nước nhiệt độ t1 = 20 c ;bình hai chứa m2 = 8kg nhiệt độ t = 40 c Người ta trút lượng nước m từ bình sang bình Sau nhiệt độ bình ổn định, người ta lại trút lượng nước m từ bính sang bình Nhiệt độ bình cân nhiệt t '2 = 380C Hãy tính lượng nước m trút lần nhiệt độ ổn định t '1 bình Nhận xét: Đối với dạng toán giải học sinh gặp nhiều khó khăn khối lượng nước trút m chắn học sinh nhầm lẫn tính khối lượng giáo viên nên phân tích đề thật kỹ để từ hướng dẫn học sinh giải cách xác Giải: Khi nhiệt độ bình ổn định sau lần rót thứ tức cân nhiệt nên ta có phương trình cân nhiệt lần thứ mc(t − t '1 ) = m1c(t '1 −t1 ) (1) Tương tự nhiệt độ bình ổn định trút lượng nước m từ bình sang bình nhiệt độ bình ổn định ta có phương trình cân nhiệt lần thứ hai mc(t ' −t '1 ) = c(m2 − m)(t − t '2 ) Từ (1) (2) ta có hệ phương trình (2) mc(t − t '1 ) = m1c(t '1 −t1 ) mc(t ' −t '1 ) = c(m2 − m)(t − t '2 ) Với m1 = 4kg t1 = 20 c , m2 = 8kg , t = 40 c , t '2 = 380c thay vào giải ta m = 0,5kg , t '1 = 400c Tương tự tập ta có tập sau Bài 14 Có hai bình cách nhiệt đựng chất lỏng Một học sinh múc ca chất lỏng từ bình trút sang bình ghi nhiệt độ lại cân nhiệt bình sau lần trút: 100c, 17,50C, bỏ sót lần khơng ghi, 250C Hãy tính nhiệt độ có cân nhiệt lần bị bỏ sót khơng ghi nhiệt độ chất lỏng bình coi nhiệt độ khối lượng ca chất lỏng lấy từ bình Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường Nhận xét: Đối với tốn giải cần ý đến hai vấn đề - Thứ tính nhiệt độ cân lần quên ghi nhiệt độ phải bé 250C - Thứ hai sau mổi lần trút nhiệt độ bình hai tăng chứng tỏ nhiệt độ bình phải lớn bình Giải Gọi q2 nhiệt dung tổng cộng chất lỏng chứa bình sau lần trút thứ (ở 100C), q nhiệt dung ca chất lỏng trút vào (có nhiệt độ C t1 ) t nhiệt độ bỏ sót khơng ghi Phương trình cân nhiệt ứng với lần trút q (17,5 − 10) = q (t1 − 17,5) cuối: ( q2 + q)(t − 17,5) = q(t1 − t ) (q + 2q )(25 − t ) = q (t1 − 25) Giải hệ phương trình ta có t = 220C t1 =400C Bài 15: Trong bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước nước đá 00C Qua thành bên bình người ta đưa vào đồng có lớp cách nhiệt bao quanh Một đầu tiếp xúc với nước đá, đầu nhúng nước sơi áp suất khí Sau thời gian Td = 15 phút nước đá bình tan hết Nếu thay đồng thép có tiết diện khác chiều dài với đồng nước đá tan hết sau Tt = 48 phút Cho hai nối tiếp với nhiệt độ t điểm tiếp xúc hai bao nhiêu? Xét hai trường hợp: 1/ Đầu đồng tiếp xúc với nước sôi 2/ Đầu thép tiếp xúc với nước sôi Khi hai nối tiếp với sau nước đá bình tan hết? (giải cho trường hợp trên) Giải: Với chiều dài tiết diện xác định nhiệt lượng truyền qua dẫn nhiệt đơn vị thời gian phụ thuộc vào vật liệu làm hiệu nhiệt độ hai đầu Lượng nhiệt truyền từ nước sôi sang nước đá để nước đá tan hết qua đồng qua thép Gọi hệ số tỷ lệ truyền nhiệt đồng thép tương ứng Kd Kt Ta có phương trình: Q = Kd(t2 - t1)Td = Kt(t2-tt)Tt Với tV = 100 t1 = Nên: = = 3,2 Khi mắc nối tiếp hai nhiệt lượng truyền qua s Gọi nhiệt độ điểm tiếp xúc hai t Trường hợp 1: Kd(t2-t) = Kt(t - t1) Giải phương trình ta tìm t = 760C Trường hợp 2: Tương tự trường hợp ta tìm t = 23,80C Gọi thời gian để nước đá tan hết mắc nối tiếp hai T Với trường hợp 1: Q = Kd(t2-t1)Td = Kd(t2-t)T = 63 phút Tương tự với trường hợp ta có kết Bài 16: Trong bình có tiết diện thẳng hình vng chia làm ba ngăn hình vẽ hai ngăn nhỏ có tiết diện thẳng hình vng có cạnh nửa cạnh bình cổ vào ngăn đến độ cao ba chất lỏng: Ngăn nước nhiệt độ t1 = 650C Ngăn cà phê nhiệt độ t2 = 350C Ngăn sữa nhiệt độ t3 = 200C Biết thành bình cách nhiệt tốt vách ngăn dẫn nhiệt Nhiệt lượng truyền qua vách ngăn đơn vị thời gian tỷ lệ với diện tích tiếp xúc chất lỏng với hiệu nhiệt độ hai bên vách ngăn Sau thời gian nhiệt độ ngăn chứa nước giảm t1 = 10C Hỏi hai ngăn lại nhiệt độ biến đổi thời gian nói trên? Coi phương diện nhiệt chất nói giống Bỏ qua trao đổi nhiệt bình mơi trường Giải: Vì diện tích tiếp xúc cặp chất lỏng Vậy nhiệt lượng truyền chúng tỷ lệ với hiệu nhiệt độ với hệ số tỷ lệ K Tại vách ngăn Nhiệt lượng tỏa ra: Q12 = K(t1 - t2); Q13 = k(t1 - t3); Q23 = k(t2 - t3) Từ ta có phương trình cân nhiệt: Đối với nước: Q12 + Q23 = K(t1 - t2 + t1 -t3) = 2mct1 Đối với cà phê: Q12 -Q23 = k(t1 - t2 - t2 + t3 ) = mct2 Đối với sữa: Q13 + Q23 = k(t1 - t3 + t2 - t3) = mct3 Từ phương trình ta tìm được: t2 = 0,40C t3 = 1,60C Tơng tự toán ta có toán sau Bài 17 Một bạn làm thí nghiệm sau: từ hai bình chứa loại chất lỏng nhiệt độ khác nhau; múc cốc chất lỏng từ bình đổ vào bình đo nhiệt độ bình cân nhiệt Lặp lại việc lần, bạn ghi nhiệt độ: 200C,350C,x0C,500C Biết khối lượng nhiệt độ chất lỏng cốc lần đổ nhau, bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường bình chứa Hãy tính nhiệt độ x nhiệt độ chất lỏng hai bình (Trích ĐTTS Chun lý Hà Nội AMS TER ĐAM 2002T) Giải hoàn toàn tương tự tốn ta có kết sau x= 400c ; t1 = −10 c; t = 80 c Bài 18 Một nhiệt lượng kế lúc đầu chưa đựng Đổ vào nhiệt lượng kế ca nước nóng thấy nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm 50C Sau lại đổ thêm ca nước nóng thấy nhịêt độ nhiệt lượng kế tăng thêm 30C Hỏi đổ thêm vào nhiệt lượng kế lúc ca nước nóng nói nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm độ nữa? Giải Gọi C nhiệt dung riêng nhiệt lượng kế, C a nhiệt dung ca nước; T nhiệt độ ca nước nóng, T0 nhiệt độ ban đầu nhiệt lượng kế - Khi đổ ca nước nóng vào NLK, pt cân nhiệt là: 5C = C a (T – ( T0 +5)) (1) Khi đổ thêm ca nước nữa: 3(C + C a ) = C a (T – ( T0 +5 +3)) (2) Khi đổ thêm ca nước K, nhiệt độ tăng thêm ∆ t: ∆ t( C + C a ) = C a (T – ( T0 +5 +3 + ∆ t) Giải ta có ∆ t = 60C Bài tập tương tự Bài 19 Trong hai bình cách nhiệt có chứa hai chất lỏng khác hai nhiệt độ ban đầu khác Người ta dùng nhiệt kế, nhúng nhúng lại vào bình 1, vào bình Chỉ số nhiệt kế 400C ; 80C ; 390C ; 9,50C 10 a) Đến lần nhúng nhiệt kế bao nhiêu? b) Sau số lần nhúng vậy, Nhiệt kế bao nhiêu? Đáp số a) t = 380c b) t = 27,20c Bài 20 a) Người ta rót vào khối nước đá khối lượng m1 = 2kg lượng nước m2 = 1kg nhiệt độ t = 100C Khi có cân nhiệt, lượng nước đá tăng thêm m’ =50g Xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Biết nhiệt dung riêng nước đá c1 = 2000j/kgk; nước c2 = 4200j/kgk Nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.10 j / kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với đồ dùng thí nghiệm b).Sau người ta cho nước sơi vào bình thời gian sau thiết lập cân nhiệt Nhiệt độ nước 500C Tìm lượng nước dẫn vào? Cho nhiệt hoá nước L = 2,3.106j/kg Nhận xét Đối với toán có cân nhiệt nhiệt độ cân phải tìm nhiệt độ cân điểm mà học sinh cần lưu ý Chú ý có cân nhiệt, lượng nước đá tăng thêm 50g bé khối lượng nước thêm vào nhiệt độ cân 00C có phần nước đá đông đặc 00C nhận hai vấn đề việc giải tốn trở nên dễ dàng nhiều Hướng dẫn đáp số a) Gọi nhiệt độ ban đầu nước đá t10 c Ta có nhiệt lượng nước đá nhận vào để tăng nhiệt độ từ t10 c tới 00C Q1 = m1c1 (0 − t1 ) = - m1 c1 t1 Nhiệt lượng nước toả để hạ nhiệt độ từ 100C 00C Q2 = m2 c2 (10 − 0) = m2 c2 10 Nhiệt lượng phần nước m’ toả để đông đặc 00C Q3 = λ.m' Theo phương trình cân nhiệt ta có Q1 = Q2 + Q3 Từ suy t1 = −14,750 c b) Lượng nước đá + 0,05 = 2,05kg Nhiệt lượng nước đá nhận vào để nóng chảy hồn tồn 00C Q1 = 2,05.λ Nhiệt lượng toàn nước 00C ( 3kg) nhận vào để tăng nhiệt độ đến 500C Q2 = 3.4200.50 = 11 Nhiệt lượng nước sôi ( 1000C) toả ngưng tụ hoàn toàn 1000C Q3 = Lm (m khối lượng nước sôim) Nhiệt lượng nước 1000C toả để giảm đến 500C Q4 = m.c2 50 Theo phương trình cân nhiệt ta có Q1 + Q2 = Q3 + Q4 Từ suy m = 0,528kg = 528g Bài 21 Người ta rót 1kg nước 150C vào bình đựng 3kg nước đá Tại thời điểm cân nhiệt nước nước đá Khối lượng nước đá tăng lên 100g Hãy xác định nhiệt độ ban đầu nước đá Biết nhiệt dung riêng nước 4200j/kgđộ, nước đá 2100j/kgđộ, nhiệt nóng chảy nước đá 3,4.105j/kg trình trao đổi nhịêt chúng hấp thụ 10% nhiệt từ mơi trường bên ngồi (Trích đề thi HSG tỉnh năm học 2004 – 2005) Dạng Bài tập tổng hợp có liên quan đến hiệu suất, nhiệt hố Bài 19 a) Tính lượng dầu cần để đun sôi 2l nước 200C đựng ống nhôm có khối lượng 200g Biết nhiệt dung riêng nước nhôm c1 = 4200 j / kgk ; c2 = 880 j / kgk , suất toả nhiệt dầu q = 44 106j/kgk hiệu suất bếp 30% b cần đun thêm nước nố hồn tồn Biết bếp dầu cung cấp nhiệt cách đặn kể từ lúc đun sôi thời gian 25 phút Biết nhiệt hoá nước L = 2,3.106 j/kg Giải Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước để tăng nhiệt độ từ 200C đến 1000C Q1 = m1c1 (t − t1 ) = 672kj Nhiệt lượng cần cung cấp cho ấm nhôm để tăng nhiệt độ từ 200C đến 1000C Q2 = m2 c2 (t − t1 ) = 14,08kj Nhiệt lượng cần để đun sôi nước Q = Q1 + Q2 = 686,08kj Do hiệu suất bếp H = 30% nên thực tế nhiệt cung cấp bếp dầu toả Q' = Q 686080 100% = 100% = 2286933,3j H 30% 12 Q’ = 2286,933kj Và khối lượng dầu cần dùng là: m = Q' 2286,933.10 = = 51,97.10 −3 kg q 44.10 m = 51.97 g b) Nhiệt lượng cần cung cấp để nước hố hồn tồn 1000C là: Q3 = L.m1 = 2,3.10 6.2 = 4,6.10 j = 4600kj Lúc nhiệt lượng dầu cung cấp dùng để hố cịn ấm nhơm khơng nhận nhiệt nữa, ta thấy: Trong 15 phút bếp dầu cung cấp nhiệt lượng cho hệ thống Q = 686,08kj (sau bỏ qua mát nhiệt s) Vậy để cung cấp nhiệt lượng Q3 = 4600kj cần tốn thời gian t= Q3 4600 15 ph = 15 ph = 100,57 ph Q 686,08 Bài 20 Một khối nước đá có khối lượng m1 = 2kg nhiệt độ - 50C a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để khối nước đá hố hồn tồn 1000C Cho nhiệt dung riêng nước nước đá C1 = 1800 j / kgk ; C2 = 4200 j / kgk ; Nhiệt nóng chảy nước đá 00c λ = 3,4.105j/kg nhiệt hoá nước 1000C L = 2,3 106j/kg b) Bỏ khối nước đá vào xơ nhơm chứa nước 500C Sau có cân nhịêt người ta thấy cịn sót lại 100g nước đá chưa tan hết Tính lượng nước có xơ Biết xơ nhơm có khối lượng m2 = 500 g nhiệt dung riêng nhôm 880j/kgk Hướng dẫn a) Đối với câu a phải biết nước đá hố hồn tồn phải xẩy trình Nước đá nhận nhiệt để tăng lên 00C Q1 Nước đá nóng chảy 00C Q2 Nước đá nhận nhiệt để tăng nhiệt từ 00C đến 1000C Q3 nhiệt lượng nước hoá hồn tồn 1000C Q4 Tính nhiệt tổng cộng để nước đá từ – 50c biến thành hoàn toàn 1000C Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 b) Đôi với câu b cần tính khối lượng nước đá tan thành nước nước đá không tan hết nên nhiệt độ cuối hệ 00C sau tính nhiệt lượng mà khối nước đá nhận vào để tăng lên 00C Q1 sau tính nhiệt lượng tồn xơ nước nước giảm nhiệt độ từ 500C 00C tính nhiệt lượng nước đá nhận vào để tan hồn 13 tịan 00C sau áp dụng pt cân nhiệt tính khối lượng có xơ tính M = 3,05 kg Bài 21 a) Tính nhiệt lượng Q cần thiết 2kg nước đá – 100C biến thành hơi, cho biết; Nhiệt dung riêng nước đá 1800j/kgk, nước 4200j/kgk, nhiệt nóng chảy nước đá 34.104j/kg, nhiệthoá nước 23.105j/kg b) Nếu dùng bếp dầu hoả có hiệu suất 80%, người ta phải đốt cháy hoàn toàn lít dầu 2kg nước đá -100C biến thành Biết khối lượng riêng dầu hoả 800kg/m3 suất toả nhiệt dầu hoả 44.106j/kg (Trích đề thi vào NKĐHQG TPHCM năm 1996 T) Bài 22 Một khối sắt có khối lượng m1 , nhiệt dung riêng c1 nhiệt độ t1 = 100 c Một bình chứa nước, nước bình có khối lượng m2 , nhiệt dung riêng c2 , nhiệt độ đầu nước bình t = 20 c Thả khối sắt vào nước, nhiệt độ hệ thống cân nhiệt t = 250C Hỏi khối sắt có khối lượng m2 = 2m1 , nhiịet độ ban đầuvẫn 1000C thả khối sắt vào nước (khối lượng k m2 nhiệt độ ban đầu t = 20 c ) nhệt độ t’ hệ thống cân bao nhiêu? Giải toán trường hợp sau: a) Bỏ qua hấp thụ nhiệt bình chứa nước mơi trường xung quanh b) Bình chứa nước có khối lượng m3 , nhiệt dung riêng c3 Bỏ qua hấp thụ nhiệt mơi trường (Tích đề thi vào lớp 10 chun lý TPHCM vịng năm 2005T) BÀI TỐN ĐỒ THỊ Bài tốn: Hai lít nước đun bình đun nước có cơng suất 500W Một phần nhiệt tỏa môi trường xung quanh Sự phụ thuộc công suất tỏa môi trường theo thời gian đun biểu diễn đồ thị hình vẽ Nhiệt độ ban đầu nước 200c Sau nước bình có nhiệt độ 300c Cho nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K Giải: Gọi đồ thị biểu diễn công suất tỏa môi trường P = a + bt + Khi t = P = 100 + Khi t = 200 P = 200 + Khi t = 400 p = 300 Từ ta tìm P = 100 + 0,5t Gọi thời gian để nước tăng nhiệt độ từ 200c đến 300c T nhiệt lượng trung bình tỏa thời gian là: Ptb = = = 100 + 0,25t Ta có phương trình cân nhiệt: 500T = 2.4200(30 - 20) + (100+0,25t)t Phương trình có nghiệm: T = 249 s T = 1351 s Ta chọn thời gian nhỏ T = 249s 14 C KẾT LUẬN BÀI HỌC KINH NGHIỆM Trong q trình giảng dạy mơn Vật lí trường THCS việc hình thành cho học sinh phương pháp, kỹ giải tập Vật lí cần thiết, để từ giúp em đào sâu, mở rộng kiến thức giảng, vận dụng tốt kiến thức vào thực tế, phát triển lực tư cho em, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục, cụ thể là: + Giúp học sinh có thói quen phân tích đầu bài, hình dung tượng Vật lí xảy tốn sau tìm hướng giải + Trong tập giáo viên cần hướng cho học sinh nhiều cách giải (nếu có thể) Để kích thích hứng thú, say mê học tập cho học sinh rèn thói quen tìm tịi lời giải hay cho tốn Vật lí + Khắc sâu cho học sinh nắm kiến thức bổ trợ khác Có việc giải tập Vật lí học sinh thuận lợi hiệu Để làm điều này: - Giáo viên cần tự bồi dưỡng nâng cao nghiệp vụ chuyên môn, thường xuyên trao đổi, rút kinh nghiệm với đồng nghiệp - Nắm vững chương trình mơn toàn cấp học - Giáo viên cần hướng dẫn học sinh nghiên cứu kỹ kiến thức cần nhớ để ôn tập, nhớ lại kiến thức bản, kiến thức mở rộng, nghiên cứu kỹ phương pháp giải tập sau giải tập theo hệ thống từ dễ đến khó, so sánh dạng tập để khắc sâu nội dung kiến thức cách giải Trên sở học sinh tự hình thành cho kỹ giải tập Trên dây số kinh nghiệm mà thân rút từ thực tế qua trình giảng dạy mơn Vật lí trường THCS nói chung, kinh nghiệm rút sau thực đề tài nói riêng II KẾT LUẬN CHUNG Dạy học nhằm góp phần quan trọng để hình thành nhân cách người lao động mới, sáng tạo, thích nghi với xã hội ngày phát triển Do phương pháp dạy học môn phải thực chức nhận thức, phát triển giáo dục, 15 tức lựa chọn phương pháp dạy học môn cho học sinh nắm vững tri thức, kỹ năng, kỹ xảo vận dụng tri thức vào thực tiễn Đặc biệt Vật lí mơn khoa học thực nghiệm địi hỏi phát huy cao độ tính tích cực, độc lập sáng tạo học sinh trình lĩnh hội tri thức Chính lựa chọn phương pháp dạy học mơn vật lí, người giáo viên cần vào phương pháp đặc thù khoa học lấy hoạt động nhận thức học sinh làm sở xuất phát Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, quan tâm giúp đỡ ban giám hiệu nhà trường tổ chuyên môn thực thành công việc: “Một Số kỹ giải toán phần nhiệt học vật lý ” với mong muốn: phát triển lực rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cho học sinh việc học tập mơn Vật lí Nhằm nâng cao chất lượng mơn nói riêng, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục nói chung 16 ... việc: ? ?Một Số kỹ giải toán phần nhiệt học vật lý ” với mong muốn: phát triển lực rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cho học sinh việc học tập mơn Vật lí Nhằm nâng cao chất lượng mơn nói riêng, góp phần. .. trường nên giải giáo viên cân làm rõ cho học sinh thấy toả nhiệt môi trường nên 10% nhiệt toả mơi trường nhiệt lượng mà nhơm nước nhận thêm giải học sinh không nhầm lẫn Giải a) Gọi t0C nhiệt độ... dạng toán giải học sinh gặp nhiều khó khăn khối lượng nước trút m chắn học sinh nhầm lẫn tính khối lượng giáo viên nên phân tích đề thật kỹ để từ hướng dẫn học sinh giải cách xác Giải: Khi nhiệt