XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ NHIỆT HỌC TRONG CÔNG TÁC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CẤP KHU VỰC VÀ CẤP QUỐC GIA Tác giả: Nguyễn Thị Phương Thúy Giáo viên THPT chuyên Lê Quý Đôn MỤC ĐÍCH VÀ SỰ CẦN THIẾT Trong năm gần đây, trước nghiệp đổi toàn diện đất nước, giáo dục nước nhà đóng vai trò chức cỗ máy nhằm hoạt động “ nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực , bồi dưỡng nhân tài ” để hoàn thành tốt công công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, đưa nước ta tiến kịp hội nhập với nước khu vực nói riêng toàn cầu nói chung Từ thực tế đặt cho ngành giáo dục đào tạo có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho hệ trẻ mà phải có chức phát hiện, bồi dưỡng tri thức khiếu cho học sinh nhằm đào tạo em trở thành nhà khoa học mũi nhọn lĩnh vực Đây nhiệm vụ cấp thiết việc bồi dưỡng học sinh giỏi tuyển chọn em có khiếu thực môn lớp chuyên trung tâm giáo dục chất lượng cao Xuất phát từ thực trạng dạy học lớp chuyên Vật Lí việc bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí gặp số khó khăn phổ biến: - Giáo viên chưa mở rộng kiến thức vật lí phù hợp với học sinh chuyên vật lí học sinh giỏi vật lí Nghiên cứu chương trình thi học sinh giỏi tỉnh, khu vực, Olympic 30-4, thi học sinh giỏi quốc gia IOP cho thấy khoảng cách kiến thức nội dung chương trình thi Olympic xa Để rút ngắn khoảng cách cần trang bị cho em số kiến thức vật lí ngang tầm với chương trình đại học nước ta mức độ vận dụng - Vì chưa chuẩn bị tốt hệ thống lí thuyết nên chưa xây dựng hệ thống tập nâng cao chuyên sâu phù hợp với khiếu tư em Xây dựng hệ thống lí thuyết, tập Vật Lí chuyên sâu vấn đề để giáo viên bồi dưỡng học sinh chuyên Vật Lí tham khảo thiết nghĩ cần thiết Đề tài mong muốn góp phần nhỏ bé vào mục đích to lớn PHẠM VI TRIỂN KHAI THỰC HIỆN Hiện đề tài giảng dạy cho lớp chuyên Lí khối 11,12 Các đội tuyển học sinh giỏi khối 11,12 trường THPT chuyên Lê Quý Đôn, tỉnh Điện Biên Chuyên đề áp dụng cho việc giảng dạy đội tuyển: HSG khối 10,11 trường THPT Chuyên Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh giáo viên Hương áp dụng HSG khối 10 trường THPT Chuyên Trần Phú – Hải phòng cô giáo Thủy áp dụng HSG khối 10, 11 trường THPT chuyên Bắc Giang thầy Đóa áp dụng NỘI DUNG 3.1 Tình trạng giải pháp biêt Trong trình đào tạo nâng cao trình độ giáo viên cho trường THPT có số luận văn, luận án tuyển chọn, xây dựng sử dụng hệ thống tập dùng để bồi dưỡng HSG, học sinh lớp chuyên vật lí Nhìn chung, tác giả nghiên cứu tổng hợp toàn diện lí luận việc xây dựng sử dụng tập vật lí cho HSG, HS chuyên vật lí theo PPDH tích cực Đồng thời đưa hệ thống lí thuyết, BT biện pháp sử dụng nhằm để bồi dưỡng HSG, HS chuyên vật lí có hiệu Tuy nhiên, phạm vi thời gian nghiên cứu vấn đề có hạn, nên hệ thống BT chuyên sâu theo chuyên đề chưa phong phú, thiếu tính cập nhật Mặt khác, tác giả chưa quan tâm đến đối tượng HS khu vực miền núi nên nội dung nhiều BT khó so với khả em Từ đó, yêu cầu cần phải xây dựng, tuyển chọn hệ thống BT có chất lượng, đa dạng, phong phú, cập nhật, phù hợp với đối tượng HS khu vực khác nước Vì nội dung vấn đề mà lựa chọn nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với học sinh khu vực miền núi đặc biệt với học sinh trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Điện Biên 3.2 Nội dung 3.2.1 Mục đích chuyên đề Nhiệt học phần khó trừu tượng, không học sinh mà giáo viên ngại nghiên cứu giảng dạy phần này, phân công đảm nhiệm phần Nhiệt học cho đội tuyển HSG cấp khu vực cấp quốc gia mạnh dạn hỏi đồng nghiệp trường, đồng nghiệp tỉnh khác: Bắc Giang, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc, Nghệ An, Hải Phòng xây dựng chuyên đề riêng cho Mục tiêu: để học sinh tiếp cận kiến thức nhanh nhất, dễ nhất, vận dụng toán Nhiệt học thành thạo nhất, xóa tan ác cảm học sinh ôn thi phần Nhiệt học Hy vọng chuyên đề nguồn tài liệu hữu ích cho công BDHSG cấp khu vực cấp quốc gia giáo viên trong, tỉnh Điện Biên học sinh 3.2.2 Nội dung chi tiết Qua năm dạy ôn thi cho đội tuyển học sinh giỏi thân nhận thấy học sinh đội tuyển thông minh, kiến thức khó, chuyên sâu vận dụng làm thi khó khăn hết việc có hệ thống lý thuyết tập định hướng cần thiết phù hợp với học sinh khu vực miền núi Trên sở phân tích nội dung kiến thức vật lí thường đề cập kỳ thi học sinh giỏi cấp khu vực cấp quốc gia dựa chương trình chuyên lí phổ thông, nội dung chi tiết chuyên đề đưa : HỆ THỐNG LÍ THUYẾT NHIỆT HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ HỌC SINH CHUYÊN VẬT LÍ 1.1 Các định luật chất khí 1.1.1 Định luật Bôilơ_ Mariốt: Quá trình đẳng nhiệt pV = const hay p1V1 = p2V2 1.1.2 Định luật Saclơ: Quá trình đẳng tích p  const T hay p1  p T T 1.1.3 Phương trình trạng thái khí lý tưởng: pV  const T hay p V T 1  pV T 2 1.1.4 Định luật Gayluyxac: Quá trình đẳng áp V  const T hay V  V T T 1.1.5 Phương trình Clapêrôn_ Menđêlêep: Xét lượng khí có khối lựợng m, khối lượng mol chất khí μ nhiệt độ T, áp suất p thể tích V pV  m  RT Với R= 8,31J/mol.K Gọi số khí Lưu ý: Thể tích: 1m3 = 103 dm3 = 106 cm3 == 1000 lít Áp suất: Vật lý: atm = 760mmHg =1,013.105 Pa =1,033at ; Pa paxcan ( 1Pa = N/m2) : dùng hệ SI 1bar =105Pa Kỹ thuật: 1at=736mmHg = 9,81.104N/m2 Torr gọi milimet thủy ngân( torr = mmHg = 133,3N/m2) Nhiệt độ luôn độ Kenvin (0K) Nhiệt độ: T = 273 + t 1.1.6 Quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch cân bằng( Q=0): 1 T V  1  const hay T p    const với    const hay pV cp cV  i2 i - Hệ thức Mayer: C p  Cv  R 1.1.7 Định luật Đalton: Áp suất hỗn hợp khí ( mà thành phần phản ứng hóa học với nhau) tổng áp suất riêng phần chất khí có hỗn hợp: p  p1  p2   pn 1.2 Nguyên lý nhiệt động lực học 1.2.1 Nội dung nguyên lí I NĐLH - Đối với trình nhỏ: du   A   Q - Đối với trình lớn: U  Q  A với U  n.cv T 1.2.2 Công khí sinh - Đối với trình vô nhỏ:  A  p.dV - Đối với trình lớn: A   p.dV (* ) Công trình đẳng tích, đẳng áp đẳng nhiệt khí lý tưởng Ðể tính công trình này, ta dựa vào công thức (1) a) Ðối với trình đẳng tích (dV = 0): A   p.dV  V2 b) Ðối với trình đẳng áp(p = const): A   p.dV  p(V2  V1 ) V1 c) Ðối với trình đẳng nhiệt (T = const): V2 V2 V dV  n.R.T ln( ) V V1 V1 A   p.dV  n.R.T  V1 (*) Công trình đoạn nhiệt khí lý tưởng Quá trình đoạn nhiệt trình hệ không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài(  Q  ), công A trình đoạn nhiệt sau: 1.2.3 Công trình đa biến (Polytropic) Vận dụng biểu thức giải tích cho trình ta có:  A m  (c  cv )T1 (1  T2 )) T1 Và ta chứng minh được: T V n1  hs ; p.V n  hs; n  cp  c cv  c ; n số đa biến Nhận xét: - Trong trình đoạn nhiệt: n   c  Q dT 0 - Trong trình đẳng áp: n=0 - Trong trình đẳng tích: n   1.2.4 Nguyên lí thứ hai nhiệt động lực học * Cách phát biểu Clausius : “Không thể tồn trình nhiệt động mà kết truyền nhiệt từ nguồn lạnh cho nguồn nóng.” 1.2.5 Chu trình nô, loại động máy lạnh 1.2.5.1 Quá trình thuận nghịch trình bất thuận nghịch Một trình biến đổi hệ nhiệt động từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) gọi thuận nghịch tiến hành theo chiều ngược lại lựơt hệ qua trạng thái trung gian lượt Quá trình ngược lại trình bất thuận Như nghịch A=0, ΔU=0,Q=0 Quá trình thuận nghịch trình lý tưởng (thực tế không xảy ra) 1.2.5.2 Hiệu suất cuả động nhiệt Định lý Carnot Động nhiệt máy biến nhiệt thành công, gồm hai nguồn nhiệt (nguồn nóng T1 nguồn lạnh T2 p1 - Từ trạng thái giãn nở đẳng áp đén trạng thái - Từ trạng thái biến đổi đẳng nhiệt nhiệt độ T3 đến trạng thái - Trạng thái biến đổi đẳng áp trạng thái 1, Vẽ đồ thị chu trình mặt phẳng tọa độ p-V, P-T, V-T 2, Trong trình chất khí nhận hay tỏa nhiệt, nhận hay sinh công; tính nhiệt lượng công 3, Áp dụng số: p1 = 105 Pa, p2 = 2p1, V1= 8,31dm3, T3 =400k Nhiệt dụng mol đẳng tích Cv 1,5R, R= 8,31J/mol.K Hướng dẫn giải: a, Trạng thái 1: p1 = 105 Pa, V1= 8,31dm3 => biết T1 (1) :  p1 ;V1; T1  p1V1  p2V2     (2)  p2  p1;V2  V1; T2    R  R     R.T3  R.T3  (3)  p2  p3 ;T3  400k,V3    (4)  p4  p1;T4  400k,V4   p3  p4    P V1 P V2 V3 V T1 T2 T3 T - Một cách tương tự bạn vẽ đồ thị V-T b, 1-2: A12= 0, Q12  U12  CV (T2  T1 )  1246,5J 2-3: Q23  C p (T3  T2 )  4155 J A23  P2 (V3  V2 )  1662 J 3-4: U  Q34  A34  RT3 ln p2  2303,5 J p1 4-1: A41   P1 (V4  V1 )  2493J Q41  C p (T1  T4 )  6232,5J - Trong chu trình: Q  Q12  Q34  Q23  Q41  A  A12  A23  A34  A41  1472,5J Ví dụ 2: Cho ống tiết diện s nằm ngang ngăn với bên pittong Pittong thứ nối với lò xo có độ cứng k hình vẽ Ban đầu lò xo không biến dạng, áp suất khí hai pittong áp suất bên p0, khoảng cách hai pittong lúc H 1/2 H H 10  Q1 Q1 T1    9,67 A` Q1  Q`2 T1  T2 Khi nhận công 1J máy chuyển cho phòng nhiệt lượng 9,67J sưởi bươm nhiệt lượng tiêu tốn công sưởi lò sưởi điện Ví dụ 3: Động nhiệt lý tưởng làm việc hai nguồn nhiệt có nhiệt độ 270C 1270C Nhiệt lượng mà tác nhân nhận từ nguồn nóng chu trình 2400J Tính: a) b) Hiệu Công mà suất động thực động chu trình c) Nhiệt lượng tác nhân truyền cho nguồn lạnh chu trình Giải: a) Hiệu suất chu trình lí tưởng: C  A Q1  Q2 Q T   1  1  / Q1 Q1 Q1 T1 b) Công thực chu trình: C  A Suy ra: A=800J Q1 c) Nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh A  Q1  Q2 Suy Q2=1600J Bài tập vận dụng( có đáp số hướng dẫn) Bài 1: Động lí tưởng có hiệu suất H chạy theo chiều nghịch Tính nhiệt lượng lớn lấy từ nguồn lạnh động nhận công A Hướng dẫn: Hiệu suất làm lạnh C  Q`2 T1 cực đại máy lạnh chạy theo chu  A` T1  T2 trình nô thuận nghịch Vói công A` giá trị cực đạicủa nhiệt lượng Q`2 lấy từ nguồn lạnh Q`2 MAX  A` T2 T T 1 H Chú ý H   Q`2 MAX  A` T1  T2 T1 H Bài 2: 37 Nhiệt độ môi trường 200c ẩn nhiệt nóng chảy nước 334kJ/kg Tính công nhỏ cần tiêu thụ để: a, Làm cho 1kg nước 00c đông đặc b, Làm cho 1kg nước nhiệt độ môi trường đông đặc Hướng dẫn: a, dA`  HdQ1 ; H  T1  T2 T T ; AMIN  Q`2  24,5KJ T1 T01 b, Muốn làm cho 1kg nước T1=293K đông đặc cần làm cho nước lạnh từ nhiệt độ 293K đến T0=273K sau làm đông đặc nhiệt độ T0 Công nhỏ cần thiết để làm đông đặc nước tính câu a) Bây tính công để làm lạnh, ta có: dQ2   mcdT ; dA  HdQ2  T  T1 dT (  mcdT )   mcdT  T1mc T T Lấy tích phân ta công nhỏ nhất, ứng với trình thuận nghịch 3kJ Bài 3: Tủ lạnh cách nhiệt hoàn toàn Giả thiết công suất dẫn nhiệt từ trời vào 0,1 W Để trì nhiệt độ thấp tủ( giữ nhiệt độ không đổi) máy lạnh cần chạy liên tục với công suất trường hợp sau đây? a, Phòng lạnh có nhiệt độ -130c môi trường trời 200c b, Phòng lạnh có nhiệt độ 10-4 K môi trường trời 200c Hướng dẫn giải: a, A=0,013J Công suất máy 0,013w(nhỏ) b, A= 290KkJ Công suất máy 290kw(lớn) Nếu máy lạnh lí tưởng công suất máy phải lớn giá trị tính Để trì nhiệt độ thấp gần K, công suất làm lạnh cao, tỷ lệ thuận với công suất dẫn nhiệt từ vào tỷ lệ nghịch với nhiệt độ thấp cần trì 2.4 Sự chuyển thể 38 Ví dụ : Trong xi lanh cách nhiệt đặt khí quyển, pittong có trọng lượng không đáng kể, có g nước bão hòa Người ta đưa vào xi lanh m=1g nước nhiệt độ 200c Bỏ qua nhiệt dung xi lanh ma sát, tính công lực áp suất khí tác dụng lên xi lanh Giải: m gam nước nóng lên từ T0 295K đến T = 373 K nhận nhiệt lượng mc(TT0), để có nhiệt lượng m gam nước ngưng tụ, nhiệt lượng nước ngưng tụ m L nhiệt lượng làm nóng nước: m.L  mc(T  T0 ) Với m gam nước ngưng tụ, thể tích nước giảm lượng V cho V p0  m  RT với p0 áp suất khí Công áp suất khí là: W  V p0  cm(T  T0 ) RT  25 J L Các tập vận dụng: Bài 1: Không gian xi lanh, pittong, tích V0=5,0L chứa bão hòa nhiệt độ 1000c Nén đảng nhiệt đến thể tích V=1,6 L Tìm khối lượng nước ngưng tụ Coi bão hòa lí tưởng Hướng dẫn: A  p.V  m  RT  120 J  m  g Bài 2: Hơi nước bão hòa nhiệt độ 1000c chứa xi lanh, pitong có trọng lượng không đáng kể Đẩy pitong xuống chậm, lượng khối lượng 0,7g ngưng tụ lại Tính công mà khí nhận Hơi coi khí lí tưởng, thể tích nước bỏ qua Hướng dẫn: A  p.V  m  RT  120 J Bài 3: Nước có khối lượng m= 20g nhiệt độ 00c xi lanh cách nhiệt pitong có trọng lượng không đáng kể, có diện tích S=410 cm2 Áp suất áp suất khí chuẩn Nếu truyền cho nước nhiệt lượng Q=20kJ 39 pittong nâng chiều cao bao nhiêu? ẩn nhiệt hóa nước L= 2250kJ/kg Hướng dẫn: h Q  mcT RT  21cm L p0 S Bài 4: Một bình hình trụ( xi lanh) chứa không khí nước, đóng kín pittong di động Nhiệt độ bình khí không đổi Thể tích ban đầu V1=22,4L, áp suất ban đầu p1= 3atm Pitton chuyển động chậm để bình bão hòa Khi thể tích bình tăng gấp đôi V2=2V1 nước lỏng không áp suất bình p2=2atm Hãy tính: a, áp suất pb nước bão hòa b, Khối lượng khí bình? c, Khối lượng toàn phần nước( + lỏng) bình d, Tính công mà khí tác dụng lên pittong e, Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho không khí nước để giữ nhiệt độ không đổi Biết ẩn nhiệt hóa nước nhiệt độ khí L= 2250J/g Hướng dẫn giải: a, pb= 1atm b, mk= 42,5g c, mn=26,4g V2 V2 V1 V1 d, A`   pdV   ( pk  pb )dV  5,4kJ e, Q=33kJ Nhận xét: Trước kia, chưa có chuyên đề này, học sinh trường THPT chuyên Lê Qúy Đôn nói riêng học sinh miền núi phía bắc nói chung sợ phần “ chuyển thể” “Nguyên lí II nhiệt động lực học” nó bắt đầu đề cập đế khí thực Nhưng sau tối giảng dạy theo chuyên đề này, nhận thấy HS không sợ mơ hồ vấn đề nữa, 40 mà đề thi HSGQG năm 2015 vừa rồi, học sinh tốt, lấy đề yêu cầu HS làm nghiêm túc để kiểm tra MỘT SỐ BÀI TRONG ĐỀ THI QUỐC GIA Bài 1: (HSG QG 2003) Cho mol khí lí tưởng đơn nguyên tử p biến đổi theo chu trình thuận nghịch biểu diễn đồ thị hình 3; đoạn p2 thẳng 1- có đường kéo dài qua gốc toạ độ p3 trình - đoạn nhiệt Biết : T1= 300K; p2 p1 = 3p1; V4 = 4V1 O Tính nhiệt độ T2, T3, T4 Tính hiệu suất chu trình V V2 V1 V4 Hình 3 Chứng minh trình 1-2 nhiệt dung khí số Hướng dẫn giải: T2  T1 p2V2  9T1 = 2700 K p1V1 V  ( thay V3 = V4) ; T3  T2    V3   1  3  T2    4 2/3  0,825T2 = 7,43T1=2229 K Quá trình - : T4 = T1 V4 = 4T1= 12000K V1  = A = 20,97%  21% Q1 Vi phân hai vế: pV=RT (1) ; pV-1=hs pdV +Vdp=RdT - pV-2dV +V-1dp = Giải hệ: pdV = Vdp = 0,5RdT 41 dQ = CVdT + pdV= 1,5RdT+0,5RdT= 2RdT C = dQ /dT = 2R =hs Bài 2( HSG QG 2004): Cho mol khí lí tưởng có hệ số CP   Biết nhiệt dung mol khí CV phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối T theo công thức C = a + bT, a, b số Tính nhiệt lượng cần truyền cho mol khí để tăng nhiệt độ từ T1 lên T2 Tìm biểu thức thể phụ thuộc thể tích V vào nhiệt độ tuyệt đối T mol khí Hướng dẫn giải: b(T22  T12 ) Q =  (a  bT)dT = a(T2-T1) + T T2 ( V= AT a  ) R  1 bT e R , A= h.s Bài 3( HSG QG 2005) Trong bình kín B có chứa hỗn hợp khí ôxi hêli Khí bình thông với môi trường bên ống có khoá K ống hình chữ U hai đầu để hở, có chứa thuỷ ngân (áp kế thuỷ ngân hình vẽ) Thể tích khí ống chữ U nhỏ không đáng kể so với thể tích bình Khối khí bình cân nhiệt với môi trường bên áp suất cao nên chênh lệch mức thuỷ ngân hai nhánh chữ U h = 6,2 cm Người ta mở khoá K cho khí bình thông với bên đóng lại Sau thời gian đủ dài để hệ cân nhiệt trở lại với môi trường bên thấy độ chênh lệch mức thuỷ ngân hai nhánh h' 2,2cm Cho O = 16; He = Hãy xác định tỷ số khối lượng ôxi hêli có bình Tính nhiệt lượng mà khí bình nhận trình nói Biết số mol khí lại bình sau mở khoá K n = 1; áp suất 42 nhiệt độ môi trường p0  105 N / m ; T0  300K , khối lượng riêng thuỷ ngân   13,6 g / cm ; gia tốc trọng trường g  10m / s Bài 4: (HSG QG 2006) Một bình chứa khí oxy (O2) nén áp suất P1 = 1,5.107 Pa nhiệt độ t1 = 370C, có khối lượng (cả bình) M1 = 50kg Sau thời gian sử dụng khí, áp kế P2 = 5.106 Pa nhiệt độ t2 = 70C Khối lượng bình khí lúc M2 = 49kg Tính khối lượng khí lại bình lúc tính thể tích bình Hướng dẫn giải:  m2  P2T1 ( M1  M )  0,585 (kg) PT  P2T1 Thể tích bình (bằng thể tích khí): V  R.T2 m2  0,0085 (m ) = 8,5 (lít) .P2 Bài 5: (HSG QG 2007) P P0 Một mol khí lí tưởng thực trình giãn nở từ trạng thái (P0, V0) đến trạng thái (P0/2, P0 /2 V 2V0) có đồ thị hệ toạ độ P-V hình vẽ Biểu V0 2V0 diễn trình hệ toạ độ P-T xác định nhiệt độ cực đại khối khí trình Hướng dẫn giải bên Bài 6:( HSG QG 2008) Một bóng cao su hình cầu, vỏ mỏng, bơm căng khí hiđrô (khí lưỡng nguyên tử) nằm lơ lửng bình thuỷ tinh Bình thuỷ tinh nối với bơm chân không Lúc đầu áp suất khí bóng p1, áp suất khí bình p2 đường kính bóng d0 Chứng minh p1 p2 có hệ thức p1  p2  4W d0 với W công cần thực để tăng diện tích mặt vỏ bóng lên đơn vị diện tích; W có giá trị không đổi 43 Cho biết p2  15 p1 Cho bơm hoạt động để hút hết khí bình (hút 16 chân không) Xét hai trường hợp: a Quá trình bơm thực cách từ từ nhiệt độ hệ không thay đổi b Quá trình bơm thực nhanh Tính bán kính lớn bóng sau trình bơm So sánh hai kết thu giải thích chúng khác Hướng dẫn: Giả sử đường kính bóng tăng lượng nhỏ dx  4r  d dx ;    Từ dA = Wds  (p1 - p2)dV = Wds với dV  d  ds  d  4r  d 02 4W dx  W.2d0 dx (1)  p1  p2   2d.dx  (p1  p2 ) d0 Thay p2  15 64W (2) p1 vào (1) ta p1  16 d0 a 64W 4W  d1      d1  4d d0 d1  d  b 64W 21 16  d2   d2  d0        16  d  16 16 d  2,38d 4W  d   d0  d2 c Ta thấy d1  d Vì trình đẳng nhiệt khí có xu hướng lạnh đi, nên để giữ nhiệt độ không đổi, khí phải nhận nhiệt Năng lượng làm bóng căng thêm Bài (HSG QG 2009) Dùng máy lạnh để làm đông đặc kg nước thành nước đá 0C Nhiệt độ môi trường 30 0C Cho biết ẩn nhiệt nóng chảy nước đá  = 334 kJ/kg nhiệt dung riêng nước C = 4,18 kJ/kg.K 44 Tính công tối thiểu cần tiêu thụ hai trường hợp: Ban đầu nước có nhiệt độ 00C Ban đầu nước có nhiệt độ nhiệt độ môi trường Hướng dẫn giải: Amin  668 303  273  73, kJ 273 A  A'min  Amin  86,7 kJ Bài 8: (HSG QG 2010) Người ta đưa cầu nước đá nhiệt độ t = 0oC vào sâu giữ đứng yên lòng hồ nước rộng có nhiệt độ đồng t = 20oC Do trao đổi nhiệt, cầu bị tan dần Giả thiết trao đổi nhiệt nước hồ cầu nước đá dẫn nhiệt Biết hệ số dẫn nhiệt nước k = 0,6 J.s-1.m-1.K-1; nhiệt nóng chảy nước đá  = 334.103 J.kg-1; khối lượng riêng nước đá   920 kg.m-3; nhiệt lượng truyền qua diện tích S vuông góc với phương truyền nhiệt thời gian dt dQ  kS dT dT độ dt với dx dx biến thiên nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phương truyền nhiệt Từ thời điểm cầu nước đá có bán kính R0 = 1,5 cm, tìm: a Thời gian để cầu tan hết b Thời gian để bán kính cầu lại nửa Hướng dẫn giải: a Thời gian để cầu tan hết tm : tm t m   dt  0 RdR  T1 )  k(T R0 R 02 334.103.0,92.103.(1,5.102 )  tm    2881(s)  48(min) 2k(T0  T1 ) 2.0, 6.20 b Thời gian để bán kính cầu giảm nửa p t R /2 R0  dt    R 02 R 02  RdR  t    k(T0  T1 ) k(T0  T1 )    2881  2160(s)  36(min) A p D pC C D E pB B VA VD VB V 45 Bài ( HSG QG 2012) Một mol khí lí tưởng lưỡng nguyên tử thực chu trình ABCDA giản đồ p-V gồm trình đoạn nhiệt AB, đẳng nhiệt BC, đẳng nhiệt DA trình CD có áp suất tỉ lệ thuận với thể tích (Hình 2) Biết nhiệt độ tuyệt đối trình DA gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối trình BC Cho pC = 4.105 N/m2, VC = VA = dm3 Xác định thông số trạng thái pA, pB, VB , VD, pD Gọi E giao điểm đường AB CD Tính công chu trình EBCE Hướng dẫn giải: V  Xét trình AB:  B   VA  1  TA  với   tính TB 5 VB  2 VA  28, 28.103 (m3 ) Xét trình đẳng nhiệt BC: pB VB  pC VC  RT1  pB  pC VC  RT1  T1   pC VC  2.4.105  0, 71.105 ( N/m ) VB pC VC 4.105.5.103   240, 67 (K) R 8,31 Xét trình đẳng nhiệt DA: pD VD  RT2  pD  RT2 (1) VD Xét trình CD: Vì đồ thị đường thẳng qua gốc toạ độ nên p  kV với k  Từ (1) (2) tính VD  pC -5  0,8.108 (N.m ) Vậy pD  kVD VC RT2 2RT1   k k A pD  7,07.10 (m ) -3 p pA pC pD  kVD  5,66.10 ( N/m ) (2) C D E pB E giao điểm CD AB, có  VA     VE  1  V  TE  TE  T2  A  TA  VE  B VB VA VD V Hình 1 thay số tính 46  5 TE  481,34    428,94(K)  6, 67  Quá trình EB: A EB  U EB  Quá trình BC: ABC  RTB ln R(TB  TE ) 8,31.(240, 67  428,94)   3911,31(J) 1  1 5  VC V  RT1 ln A  8,31.240, 67.ln 2  3465, 68(J) VB VB Quá trình CE: ACE   pC  pE  VE  VC    4,00  5,34  6,67  5 102  779,89(J) Công chu trình là: A = AEB + ABC + ACE = = 3911,31–3465,68+779,89 = 1225,52 (J) Nhận xét: - Trên hệ thống tập đầy đủ khía cạnh, hình thức toán nhiệt phần đầu tiên, có đầy đủ lời giải giúp học sinh nâng cao khả tự học: tự đọc, tự mò tìm hiểu kiến thức để chiếm lấy kiến thức quan trọng mà thầy cô giáo cho em Trong trình giảng dạy, hướng dẫn thật kĩ em học sinh ví dụ dù dễ hay khó Từ yêu cầu em tự làm tiếp tiếp theo, kiểm tra sát học sinh để đánh giá mức độ tư duy, khả trình bầy, kết thu em đội tuyển Đương nhiên, em gặp phải vấn đề khó thầy cô người gỡ rối cho em - Điểm yếu HS đội tuyển vật lí yếu sử lí toán học: dạng đồ thị, dạng hàm số, khảo sát hàm số, tính tích phân, vi phân lí mà toán chọn có mục đích bắt em HS đội tuyển rèn luyện kĩ toán học nhiều, “Vật lí mà toán coi hỏng” 3.2.3 Điểm kết nghiên cứu a Về lí luận: Bước đầu đề tài xác định góp phần xây dựng hệ thống lí thuyết, tập “Nhiệt Học” tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường phổ thông cấp khu vực cấp quốc gia trường THPT chuyên Lê Qúy Đôn tỉnh Điện Biện 47 b Về mặt thực tiễn: Nội dung đề tài giúp giáo viên có thêm nhiều tư liệu bổ ích việc giảng dạy lớp chuyên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi - Xây dựng, tuyển chọn hệ thống tập “Nhiệt Học” bám sát chương trình chuyên sâu dành cho HS đội tuyển cấp khu vực cấp quốc gia - Đề xuất số biện pháp sử dụng hệ thống BT xây dựng tuyển chọn nhằm phát triển lực sáng tạo HS chuyên lí tỉnh Điện Biên 3.3 Khả áp dụng, hiệu : - Khả áp dụng : Chuyên để áp dụng rộng rã: sử dụng để dạy chuyên đề cho lớp chuyên, cho HSG cấp trường, cấp tỉnh, cấp khu vực cấp quốc gia cho tỉnh Điện Biên tỉnh khác - Hiệu quả: Chuyên đề thực từ tháng 01 năm 2014 cho đội tuyển học sinh giỏi dự thi vòng tỉnh tháng năm 2014, cho đội tuyển dự thi trại hè hùng vương tháng năm 2014 Quảng Ninh, cho đội tuyển dự thi vòng tỉnh thi duyên hải bắc Quảng Ninh, cho học sinh đội dự tuyển quốc gia môn vật lí năm 2016 tới Kết thu được: HS coi phần nhiệt học phần gỡ điểm cho phần học khác HS tham gia thi vòng tỉnh: làm 100% Nhiệt( 18/18 HS có giải) HS tham gia Trại hè Hùng Vương hồi tháng 8-2014 làm 100% nhiệt( HS tham gia thi đạt huy trương vàng, huy trương bạc) Hiện chuyên đề tiếp tục thực hiện, có thêm nhiều tập tương tự tập chọn lọc để học sinh tiếp tục rèn luyện chuẩn bị cho kì thi khu vực quan trọng kì thi cấp quốc gia vào năm 2016 Cùng tham gia giảng dạy chuyên đề có đồng nghiệp sau: - Chuyên đề áp dụng cho việc giảng dạy đội tuyển: HSG khối 10,11 trường THPT Chuyên Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh giáo viên Hương áp dụng HSG khối 10 trường THPT Chuyên Trần Phú – Hải phòng cô giáo Thủy áp dụng HSG khối 10, 11 trường THPT chuyên Bắc Giang thầy Đóa áp dụng 48 Kết học sinh tham gia học chuyên đề thể tốt kì thi từ vòng tỉnh, vòng khu vực vòng quốc gia 3.4 Đánh giá phạm vi ảnh hưởng sáng kiến: * Đối với lĩnh vực khoa học giáo dục đào tạo: - Góp phần làm giàu cho nguồn tài liệu tham khảo cho HSG phù hợp với HS tỉnh miền núi phía bắc * Đối với kinh tế - xã hội: Nâng cao chất lượng nguồn nhân lực phục vụ nghiệp công nghiệp hoá - đại hoá 3.5 Những kiến nghị, đề suất Để đạt kết cao kỳ thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, cấp khu vực, cấp quốc Gia theo tôi: Ưu tiên công tác bồi dưỡng học sinh giỏi - Phân công thầy cô giáo giỏi trực tiếp phụ trách bồi dưỡng đội học sinh giỏi - Tạo điều kiện để thầy cô giáo trẻ tích luỹ kiến thức, học hỏi phương pháp kinh nghiệm , nâng cao trình độ, nhanh chóng đảm nhận nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi với chất lượng ngày cao - Dành nhiều thời gian, lập kế hoạch triển khai sớm phù hợp, bố trí phòng học, nâng cao dần bước chế độ cho thầy cô giáo bồi dưỡng học sinh giỏi thể hai biện pháp song song: tính hệ số cho tiết bồi dưỡng HSG mức khen thưởng cho giải Tôn vinh thầy cô giáo học sinh đạt nhiều thành tích xuất sắc Phát huy trí tuệ tập thể, đề cao lực trách nhiệm cá nhân: - Nhà trường, tổ nhóm chuyên môn, đoàn thể cần coi trọng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi - Nhà trường cần quan tâm tạo nhiều điều kiện tốt cho BDHSG - Coi bồi dưỡng đội học sinh giỏi môn nhiệm vụ chung tổ (nhóm) chuyên môn Các thầy cô giáo giỏi, có kinh nghiệm cần xây dựng chương trình, nội dung, hệ thống luyện tập cụ thể đầy đủ chi tiết, đúc kết kinh nghiệm thành tài liệu chung quý giá nhà trường qua hệ, truyền đạt lại 49 cho lực lượng trẻ Các thầy cô giáo trẻ cần tích cực chủ động nghiên cứu, tìm tòi, khám phá , tận dụng công nghệ thông tin để tích luỹ kiến thức nâng cao trình độ Lấy nỗ lực thân , coi việc học hỏi vốn kiến thức, kinh nghiệm hệ trước quan trọng việc định hướng tìm tòi, xác định trọng tâm kiến thức, kỹ , phương pháp để đạt hiệu cao thời gian ngắn -Từng nhân phân công phụ trách bồi dưỡng học sinh giỏi cần đề cao trách nhiệm, lựa chọn đội tuyển cẩn thận, có chất lượng, lên kế hoạch bồi dưỡng sớm, cụ thể, đầy đủ; bồi dưỡng thường xuyên, liên tục, tăng cường kiểm tra, đánh giá, thi thử để điều chỉnh, uốn nắn kiến thức kỹ cách kịp thời hiệu - Các đoàn thể xây dựng kế hoạch hành động coi trọng việc đẩy mạnh công tác bồi dưỡng học sinh giỏi : Công đoàn tổ chức thi đua, động viên khen thưởng; đoàn TN tổ chức bồi dưỡng, huấn luyện, đưa đón, cổ vũ, tổ chức thi trí tuệ đạt hiệu cao Đề nghị tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu vấn đề trọng tâm lý thuyết, tập phần “ Nhiệt học” thường đề cập đến kỳ thi Olympic Vật lí cấp Với tâm huyết lòng yêu nghề, với nỗ lực cố gắng thân viết đề tài để giúp bạn đồng nghiệp học sinh có chuyên đề thiết thực trình ôn luyện học sinh giỏi, với mong muốn đóng góp chút công sức nhỏ bé vào nghiệp nâng cao chất lượng giáo dục đào tạo nói chung nhiệm vụ giáo dục mũi nhọn nói riêng tỉnh nhà Cuối nhận thấy kết nghiên cứu ban đầu Vì trình độ lực thân điều kiện thời gian hạn chế mong góp ý xây dựng thầy cô giáo làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, giảng dạy lớp chuyên lí bạn đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề DANH SÁCH ĐỒNG TÁC GIẢ: Xin chân thành cảm ơn! 50 51 [...]... máy nhiệt này là  và hiệu nhiệt độ cực đại và cực tiểu của khí trong chu trình bằng T Biết rằng chất công tác trong máy nhiệt này là n mol khí lý tưởng đơn nguyên tử Hãy xác định công mà khối khí đó thực hiện trong quá trình đẳng nhiệt Giải: Trong đề bài đã cho hiệu suất của chu trình, nên trước hết ta phải tìm hiểu xem quá trình nào là nhận nhiệt và quá trình nào toả nhiệt Trong quá trình đẳng nhiệt. .. bài nhiệt học không chỉ đơn thuần áp dụng các công thức của phần nhiệt, mà tất cả các định luật, các biểu thức… đã học có liên quan đểu phải vận dụng để giải quyết vấn đề Ví dụ 1: giúp học sinh vận dung linh hoạt các công thức tính công khí sinh ra, tính nhiệt lượng thông qua nguyên lí I, vận dụng các định luật của khí lí tưởng Ví dụ 2 là bài toán cơ nhiệt: buộc học sinh phải thành thạo cả cơ học, ... hiện một công A và nhiệt độ của nó tăng 4 lần Nhiệt độ tại 1 và 3 bằng nhau Các điểm 2 và 3 nằm trên đường thẳng đi qua gốc 31 toạ độ Hãy xác định nhiệt độ khí tại điểm 1 và công mà khối khí thực hiện trong chu trình trên Giải: Công do khí thực hiện trong quá trình đẳng áp 1-2 bằng: A  p1 (V2  V1 ) Vì p1V1  nRT1 và p2V2  nRT2  4nRT1 Nên A  3nRT1 Suy ra: A 3nR T1  Công mà khí thực hiện trong cả... thực hiện công A (thể tích tăng), và vì nội năng không đổi, nên quá trình này toả nhiệt lượng mà ta ký hiệu là Q1 (Q1=A) Trong quá trình đẳng tích 2-3, khi thể tích không đổi, áp suất giảm Điều này xảy ra là do nhiệt độ khí giảm và trong trường hợp đó khí toả một nhiệt lượng là Q2 Trong quá trình đoạn nhiệt 31, khí không nhận cũng không toả nhiệt và do thể tích giảm nên khí nhận công và nhiệt độ của... thực hiện trong chu trình là: Act  A 4 Bài 8: Một mol khí hêli thực hiện một chu trình như hình vẽ gồm các quá trình: đoạn nhiệt 1-2, đẳng áp 23 và đẳng tích 3-1 Trong quá trình đoạn nhiệt hiệu nhiệt độ cực đại và cực tiểu của khí là T Biết rằng trong quá trình đẳng áp, khí toả ra một nhiệt lượng bằng Q Hãy xác định công A do khối khí thực hiện trong chu trình trên Giải: Trong quá trình đoạn nhiệt 1-2,... nhận một nhiệt lượng mà ta ký hiệu là Q1 Trong quá trinh 2-4, khí toả một nhiệt lượng là Q2 Trong quá trình đẳng tích 4-1, khí nhận một nhiệt lượng là Q3 Công do khí thực hiện trong cả chu trình là A1 Theo định nghĩa hiệu suất: 1  Mặt khác, 1  1  Q2 , suy ra: Q1  Q3 A1 Q1  Q3 Q2  (1 1 )(Q1  Q3 ) Xét chu trình 2-3-4-2, trong các quá trình 2-3 và 3-4, khí đều toả nhiệt Khí chỉ nhận nhiệt trong. .. bơm, quả bóng căng và thể tích là 3 lít Cho rằng độ đàn hồi của ruột bóng và vỏ da là không đáng kể, ma sát trong bơm cỏa thể bỏ qua, nhiệt độ của khí không thay đổi, hãy xác định: a, áp suất cuối cùng trong quả bóng 25 b, Công tiêu tốn trong quá trình bơm bóng và trong 20 lần bơm đầu tiên Cho biết: mỗi nhát bơm, bơm hút 150cm3 không khí vào thân bơm rồi đẩy toàn bộ số khí ấy vào trong bóng; áp suất... 1 2 2.3 Nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học Ví dụ 1: Tính công cự đại mà một động cơ nhiệt có thể sinh ra nếu dùng nguồn nóng là một thỏi sắt có khối lượng m= 1kg và nhiệt độ ban đầu T 1= 1500K, nguồn lạnh là nước biển ở nhiệt độ T0 = 285K Nhiệt dung riêng của sắt c= 0,46J/g.K 35 Giải: Với một nguồn nóng và một nguồn lại đã cho thì hiệu suất cực đại, do đó công sinh ra cực đại, ứng với chu trình... với chiều này, dàn máy trong phòng trở thành dàn nóng còn dàn đặt ngoài trời trở thành dàn lạnh, máy nhận công và chuyển nhiệt lượng từ ngoài trời vào phòng, sưởi ấm không khí trong phòng Vào một ngày trời lạnh, nhiệt độ ngoài trời là -130c, người ta cho máy chạy để giữ nhiệt độ trong phòng 170c Nếu máy chạy theo chu trình các nô thuận nghịch thì công nhận 1J Máy chuyển một nhiệt lượng bao nhiêu cho... số nhiệt dung đẳng áp và nhiệt dung đẳng tích) a, Tính nhiệt độ T2 của khí sau khi dãn b, Tính độ biến thiên nội năng U của khí, từ đó suy ra biểu thức của công A1, mà khí sinh ra theo p1, V1, V2 2 Sau quá trình dãn nói trên khí được làm nóng đẳng tích tới nhiệt độ ban đầu T1, rồi lại dãn đoạn nhiệt thuận nghịch tới thể tích V3 a, Biểu diễn hai quá trình dãn trên đồ thị p -V b, Tính công A2 mà khí sinh