Phan nhiet thay nhi

10 19 0
  • Loading ...
1/10 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 31/12/2018, 07:22

Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG XUÂN - CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ PHẦN: NHIỆT HỌC Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI PHẦN NHIỆT HỌC Để học sinh học tốt phần Nhiệt học giúp em đạt kết kì thi học snh giỏi Qua nhiều năm làm cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi, tơi xin trình bày số nội dung giải pháp để giải số tập phần Nhiệt học I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1- Nguyên lý truyền nhiệt: Nếu có hai vật trao đổi nhiệt thì: - Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - Sự truyền nhiệt xảy nhiệt độ hai vật dừng lại -Nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật thu vào 2-Công thức nhiệt lượng: - Nhiệt lượng vật thu vào để nóng lên: Q = mc∆t (với ∆t = t - t1 Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu) - Nhiệt lượng vật tỏa để lạnh đi: Q = mc∆t (với ∆t = t - t2 Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối) - Nhiệt lượng tỏa thu chất chuyển thể: + Sự nóng chảy - Đơng đặc: Q = mλ (λ nhiệt nóng chảy) + Sự hóa - Ngưng tụ: Q = mL (L nhiệt hóa hơi) - Nhiệt lượng tỏa nhiên liệu bị đốt cháy Q = m.q ( q: suất tỏa nhiệt nhiên liệu) - Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dòng điện chạy qua Q = I2Rt 3- Phương trình cân nhiệt: Qtỏa = Qthu 4- Hiệu suất động nhiệt: Q H  i 100% Qtp 5- Một số biểu thức liên quan: m Khối lượng riêng: D  V - Trọng lượng riêng: P V - Biểu thức liên hệ khối lượng trọng lượng: P = 10.m - Biểu thức liên hệ khối lượng riêng trọng lượng riêng: d = 10.D II- PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP: *- Dạng 1: Bài toán nhiệt lượng- Sự cân nhiệt - Những ý giải tập: - Về lý thuyết: cần nắm vững công thức tính nhiệt lượng tỏa hay thu vào Q = mc t ; nhiệt hóa Q = Lm; nhiệt nóng chảy Q = mλ; phương trình cân nhiệt: Qtỏa = Qthu vào - Về phương pháp: Khi sử dụng công thức cần ý: d Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị + Xác định vật tỏa nhiệt ( nhiệt độ vật giảm đi), vật thu nhiệt ( nhiệt độ tăng lên) hệ + sử dụng phương trình cân nhiệt: Qtỏa = Qthu vào - Chú ý: + Nếu có chuyển thể vật hệ cần xác định chuyển từ thể sang thể nào? ( rắn sang lỏng, nóng chảy, lỏng sang hơi, hóa hơi…) để sử dụng cơng thức tính + Với nước, nhiệt độ nước đá tan 0C, nhiệt độ nước sôi 100 0C, khối lượng riêng nước D= 1000Kg/m3 + Đối với toán liên quan đến nhiệt lượng Jun- Lenxơ tỏa dây dẫn có dòng điện chạy qua cần dung công thức: Q= RI 2t  U2 t  Pt ( P công suất tỏa nhiệt R dây dẫn) + Hiệu suất dụng cụ tỉ số lượng có ích lượng tồn phần * Một số ví dụ: Bài 1: Một vật nung nóng tới 1200C thả vào bình nước Khi nước bình tăng nhiệt độ từ 200C đến 400C Nhiệt độ bình tăng đến thả thêm vào bình vật nung nóng đến 100 0C? Bỏ qua trao đổi nhiệt với mơi trường ngồi Hướng dẫn giải: Gọi t0 nhiệt độ ban đầu nước bình t1, t2 nhiệt độ nước bình sau thả vật thứ tv1, tv2 nhiệt độ vật thứ thứ hai trước thả vào nước Ta có: - Lần thả thứ nhất: + Trước thả: vật ( mv, Cv, tv1); bình ( mb, cb, t0 ), nước ( m,c, t0) + Sau thả: vật ( mv, Cv, tv1); bình ( mb, cb, t0 ), nước( m,c, t1) + Phương trình cân nhiệt: mvcv( tv1-t1) = mbcb( t1-t0) + mc(t1-t0) Hay: mvcv( tv1-t1) = (mbcb + mc)(t1-t0) (1) - Lần thứ hai: Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị + Trước thả: vật ( mv, Cv, tv2); bình ( mb, cb, t1 ), nước ( m,c, t1) + Sau thả: vật ( mv, Cv, t2); bình ( mb, cb, t2 ), nước ( m,c, t2) + phương trình cân nhiệt: mvcv( tv2-t2) = mbcb( t2-t1) + mc(t2-t1)+ mvcv(t2- t1) Hay: mvcv( tv2-t2) = (mbcb + mc+ mvcv)(t2-t1) mvcv( tv2+t1-2t2) = (mbcb + mc)(t2-t1) - Từ (1) (3) suy ra: (3) tv  t1  2t2 t2  t1  tv1  t1 t1  t0 t2  Thay số: t2  (2) tv (t1  t0 )  t (tv1  t0 ) tv1  t1  2t0 100(40  20)  40(120  20)  500 c 120  40  2.20 Vậy: Khi thả hai vật vào bình nhiệt độ bình tăng lên đến 500c Bài 2: Người ta thả chai sữa trẻ em vào phích đựng nước nhiệt độ t = 40 0C Sau thời gian, chai sữa nóng tới nhệt độ t = 36 0C, người ta lấy chai sữa tiếp tục thả vào phích chai sữa khác giống chai sữa Hỏi chai sữa làm nóng tới nhiệt độ nào? Biết trước thả vào phích, chai sữa có nhiệt độ t =180C Bỏ qua mát nhiệt môi trường Hướng dẫn giải: - Lần thứ nhất: + Trước thả: phích ( M,C,t); chai sữa ( m,c,t0) + Sau thả: Phích nước ( M,C,t1); chai sữa ( m.c,t1) Phương trình cân nhiệt: MC(t-t1) = mc (t1- t0) (1) - Lần thứ hai: + Trước thả: phích ( M,C,t1); chai sữa ( m,c,t0) + Sau thả: Phích nước ( M,C,t2); chai sữa ( m.c,t2) Phương trình cân nhiệt: MC(t1-t2) = mc (t2- t0) - Lấy (1) chia cho (2): Suy ra: t2  t  t1 t1  t0  t1  t2 t2  t0 t12  2t0t1  tot 362  2.18.36  18.40 =  32, C t  t0 40  18 Vậy nhiệt độ cuối chai sữa 32,70C (2) Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị * Qua hai tập trên, cần ý cho học sinh cách xác định m, C, t (nhiệt độ ban đầu), t2( nhiệt độ cuối) vật trước sau tham gia trao đổi nhiệt Từ viết phương trình cân nhiệt, tìm đại lượng cần tìm Bài 3: Một ấm nhơm có khối lượng 0,4Kg chứa 0,5 lít nước 30 0C Để đun sôi nước, người ta dung bếp điện loại 220V- 1100W, hiệu suất 88% Biết nhiệt dung riêng nhôm c = 880(J/Kg.K); nước c2 = 4200(J/Kg.K); Nhiệt hóa nước là: L= 2,4.106( J/Kg) 1- Bếp dùng hiệu điện 220V, bỏ qua tỏa nhiệt ấm nước mơi trường bên ngồi: a- Tính thời gian cần để đun sôi nước b- Khi nước bắt đầu sôi, đun thêm phút có phần trăm lượng nước hóa hơi? 2- Bếp dùng hiệu điện 180V, hiệu suất bếp lượng nước ấm lúc đầu, sau thời gian 293s kể từ lúc bắt đầu đun nước sơi Tính nhiệt lượng trung bình ấm nước tỏa môi trường giây Hướng dẫn giải: 1.a) Thời gian cần để đun sôi nước: - Công suất tỏa nhiệt thực bếp là: P,= H.Pđm = 0,88.1100 = 968(W) - Nhiệt lượng cần để đun sôi ấm nước: Q  (m1c1  m2c2 )(t  t1 )  171640( J ) - Thời gian để đun sôi nước: t  Q 171640   177,3( s)  phút 57,3 giây P, 968 b- Phần trăm lượng nước hóa - Lượng nước hóa hơi; m Q , P , t 968.4.60 (g)    96,8Kg  96,8 L L 2, 4.10 - Phần trăm lượng nước hóa hơi: h  m 96,8.103   0,1936  19,36 (%) m2 0,5 2- Nhiệt lượng trung bình ấm nước tỏa mơi trường -Cơng suất tỏa nhiệt thực bếp , U= 180V là: P1  H P1  H U12 U2 U2 1802  H 21 Pdm  P , 21 968  648 (W) R U dm U dm 220 Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị - Lượng nhiệt bếp tỏa thời gian 293s: , Q1 = P1 t1= 648.293 = 189864 (J) - Lượng nhiệt thất thoát môi trường là: Q2 = Q1- Q = 189864-171640 = 18224 (J) - Lượng nhiệt thất trung bình giây: q Q2 18224   62, (J/s) t1 293 Vậy lượng nhiệt thất thoát trung binhg giây 62,2(J/s) * Lưu ý cho học sinh biết cách xác định nhiệt lượng tỏa môi trường bên ngồi Từ tính lượng nhiệt tỏa trung bình giây * Dạng 2: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆMTHỰC HÀNH Kiến thức bản: Nhiệt học bốn phần kiến thức vật lí trang bị cho học sinh trung học sở Lượng kiến thức phần không nhiều so với phần khác, tập phần khơng q khó lại gặp thường xuyên kì thi học sinh giỏi cấp Song em tiếp xúc với tập trình bày phương án TNTH, số tập dạng lớp lại khơng có nên việc định hướng giải tập phần TNTH khó khăn với em em chưa có phương pháp giải Đặc biệt việc nắm vững bước để giải tập TN-TH + Các bước để tiến hành giải tập TN-TH: Bước 1: Cơ sở lí thuyết Bước 2: Tiến hành thực thí nghiệm Bước 3: Biện luận sai số : Bao gồm -Sai số khách quan : dụng cụ đo khơng xác -Sai số chủ quan : cách đặt mắt không đọc ghi kết * Để giải tập dang 2, cần ý: - Về lý thuyết: Cần nắm vững hệ thức liên hệ đại lượng đo dụng cụ cho với đại lượng cần xác định Các hệ thức thường gặp: + Công thức tính nhiệt lượng tỏa hay thu vào: Q = mc t + Phương trình cân nhiệt: Qtỏa = Qthu + Cơng thức tính nhiệt hóa hơi: Q = L.m + Cơng thức tính nhiệt nóng chảy: Q =  m - Về phương pháp: Khi xác định đại lượng nhiệt học phương pháp TN- TH cần ý: + Xác định tác dụng dụng cụ đo, biết cách sử dụng dụng cụ cho Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị + Xác định phương án thực nghiệm dựa vào mối liên hệ đại lượng đo với đại lượng cần xác định + Xác định cơng thức để tính tốn giá trị đại lượng cần xác định 3: Một số dạng tập bản: *Dạng tập xác định nhiệt dung riêng chất lỏng Bài 1.2: Cho dụng cụ : nước ( biết nhiệt dung riêng cn ), nhiệt lượng kế ( biết nhiệt dung riêng ck), nhiệt kế , cân , hai cốc không giống nhau, bình đun, bếp điện Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng chất lỏng (không có phản ứng hố học với nước vật chứa ) Cơ sở lí thuyết: - Áp dụng phương trình cân nhiệt: Qtoả = Qthu 2.Tiến hành thí nghiệm: - Chọn khối lượng nước khối lượng chất lỏng khối lượng nhiệt lượng kế : m1 = m2= mk ( 2) Để thực (2), thao tác cân sau: -Lần 1: Trên đĩa cân đặt nhiệt lượng kế cốc (cùng rỗng ), đĩa cân đặt cốc Rót nước vào cốc đến lúc cân Từ đến lần cân sau , luôn giữ nguyên cốc nước đĩa cân để làm tải trọng so sánh (bì) -Lần : Bỏ nhiệt lượng kế khỏi đĩa , rót chất lỏng vào cốc đặt dĩa cân đến cân , ta có m1= mk Trút chất lỏng từ cốc vào nhiệt lượng kế -Lần : Rót nước vào cốc đặt đĩa cân đến cân Ta có m2 = m1 =mk Trút nước cốc vào bình đun Dùng cân xác định khối lượng mk nhiệt lượng kế , khối lượng m1 chất lỏng có nhiệt dung riêng cx rót vào nhiệt lượng kế Đo t1 - Đo nhiệt độ cân t, cân nhệt lượng kế để xác định khối lượng nước m2 vừa rót vào Ta có phương trình cân nhiệt: cnm2(t2 - t ) = (mk + cxm1 )(t - t1) Từ : cx = [cn(t2 - t)/(t - t1) - ck] Biện luận sai số : Bài 1.2: Hãy phương án xác định nhiệt dung riêng chất lỏng dụng cụ sau: Nước ( biết Cn), nhiệt lượng kế ( biết Ck), nhiệt kế, cân, cân, bình đun, bếp điện Xem chất lỏng khơng gây tác dụng học suốt thời gian làm thí nghiệm Cơ sở lí thuyết: - Áp dụng phương trình cân nhiệt: Qtoả = Qthu 2.Tiến hành thí nghiệm: Có thể tiến hành sau: - Dùng cân xác định khối lượng mk nhiệt lượng kế, khối lượng m1của chất lỏng có nhiệt dung riêng C cần xác định đo nhiệt đọ t1 - Đun nước đến nhiệt độ t2 rót vào nhiệt lượng kế ( có chất lỏng đó) - Đo nhiệt độ cân t, cân bình nhiệt lượng kế để xác định khối lượng nước rót vào (m2) Khi có cân nhiệt: m2cn( t2-t) = (mk ck + m1c)( t-t1) cn m2 (t2  t ) (  mk ck ) �C = m1 t  t1 Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị 3- Biện luận sai số *Dạng tập xác định nhiệt dung riêng vật rắn: Bài 1: Trong tay em có nước ( có nhiệt dung riêng ), nhiệt lượng kế ( biết Ck), nhiệt kế, cân, cân, bình đun, dây buộc, bếp điện vật rắn Em thiết lập phương án để xác định nhiệt dung riêng vật rắn nguyên chất g nước m1 ( ckmk + cnm1)(t - t1) = cnm2( t2- t) Từ ta tính nhiệt dung riêng vật rắn 2.Tiến hành thí nghiệm: * Về nguyên tắc thực sau: - Cân nhiệt lượng kế biết khối lượng m - Cân nhiệt lượng kế có nước biết khối lượng m , � Khối lượng nước: m1 = m , - m - Cân khối lượng vật: m2 - Buộc vật thả vào nước sôi Đo nhiệt độ t2 nước sôi( vật) - Nhấc nhanh vật thả vào nhiệt lượng kế đo nhiệt độ có cân nhiệt Ta có ptcb nhiệt: m2 c2 ( t2-t)= ( mkck + m1c1) (t-t1) (mk ck  m1c1 )(t  t1 ) � c2 = m2 (t2  t ) Lập lại thí nghiệm hai, ba lần xác định sai số nhận giá trị c2 với độ số nhỏ 3- Biện luận sai số Bài 2: Cho dụng cụ sau:Nhiệt lượng kế , nhiệt kế, nước (đã biết nhiệt dung riêng hiệt dung g nước m1 ( ckmk + cnm1)(t - t1) = cnm2( t2- t) - Từ xác định nhiệt dung qk nhiệt dung riêng ck: qk = ckmk = cnm2(t2 - t): (t-t1) – cnm1 ck = cn[m2(t2 - t)/(t - t1) -m1] : mk 2.Tiến hành thí nghiệm: - Dùng cân xác định khối lượng nhiệt lượng kế mk - Rót lượng nước nguội vào nhiệt lượng kế xác định khối lượng m = mk + m1, suy khối lượng nước rót vào m1 = m-mk - Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ t1 nhiệt lượng kế nước - Đun lượng nước khác bình đo nhiệt độ t2 - Rót nước nhiệt đột2 vào nhiệt lượng kế, khuấy nước đo nhiệt độ cân t - Cân lại nhiệt lượng kế, m’, suy m2 = m’ - m - Thay số liệu có vào biểu thức trên, ta tính qk ck Biện luận sai số: Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị *Dạng tập xác định nhiệt hóa chất lỏng: Bài 1: Lập phương án xác định nhiệt hóa nước với dụng cụ sau: Nước ( biết Cn), bình đun ( biết C2), bếp điện, đồng hồ, cân cân 1- Cơ sở lý thuyết: Sử dụng phương trình cân nhiệt cơng thức tính nhiệt hóa để tính nhiệt hóa chất lỏng 2- Tiến hành thí nghiệm: Dùng cân để cân bình m2 Cân bình có nước ( M), suy khối lượng nước bình: m1 = M – m2 - Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ nước t1 - Đun nước đến sôi, đồng thời dùng đồng hồ đo thời gian T1 Khi nước bắt đầu sôi đo nhiệt độ t2 theo dõi đồng hồ đun nước thêm thời gian T2 - Cân lại bình ( M , ) để xác định lượng nước hóa m3 = M - M , Xem bếp tỏa nhiệt đều, coi nhiệt lượng nước bình hấp thụ tỉ lệ thuận với thời gian đun: (m1Cn  m2C2 )(t  t1 ) T1 (m C  m2C2 )(t2  t1 )T2  Suy ra: L = n Lm3 T2 m3T1 3- Biện luận sai số *Dạng tập xác định nhiệt nhiệt nóng chảy vật rắn: Bài 1: Lập phương án xác định nhiệt nóng chảy nước đá dụng cụ sau: Nhiệt lượng kế ( biết Ck), nhiệt kế, cân, cân, nước ( biết Cn), nước đá tan O0c - Hướng dẫn 1- Cơ sở lý thuyết: Sử dụng phương trình cân nhiệt cơng thức tính nhiệt nóng chảy để tính nhiệt nóng chảy vật rắn 2- Tiến hành thí nghiệm: - Cân nhiệt lượng kế xác định mk - Rót lượng nước nguội vào nhiệt lượng kế, xác định khối lượng M Suy khối lượng nước rót vào m1= M- mk - Dùng nhiệt kế xác định nhiệt độ t1 nhiệt lượng kế nước - Lấy miếng nước đá tan thả vào nhiệt lượng kế Xác định nhiệt độ có cân t -Cân lại nhiệt lượng kế, xác định khối lượng m2 nước đá từ khối lượng tổng cộng M , m2 = M , -M - Khi có cân nhiệt: (mkck + m1cn ) (t1-t) =  m2 + m2cn (t-t2 ) ( t2 = o o c ) (mk ck  m1cn )(t1  t )  cn (t  t2 ) m2 3- Biện luận sai số Bài 2: Trình bày phương án xác định nhiệt nóng chảy muối ăn ( NaCl) với dụng cụ sau: Cân, nhiệt kế, nhiệt lượng kế, bình chứa nước muối ăn 1- Cơ sở lý thuyết: �= Chuyên đề bồi dưỡng HSG phần nhiệt học Trần Văn Nhị Sử dụng phương trình cân nhiệt cơng thức tính nhiệt nóng chảy để tính nhiệt nóng chảy vật rắn 2- Tiến hành thí nghiệm: Dùng cân xác định khối lượng M nước ( theo hiệu khối lượng nhiệt lượng kế có nước nhiệt lượng kế khơng có nước) - Đo nhiệt độ ban đầu to nước Sau hòa tan muối vào nước, nhiệt độ giảm xuống t1 Áp dụng ptcb nhiệt: (m+ M) c( to –t1 ) =  m CM (to  t1 ) �  = C(to- t) + m 3- Biện luận sai số: * Bai viết số kinh nghiệm thân rút việc bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lý, chắn nhiều thiếu sót, mong q đồng nghiệp chia sẻ góp ý Xin chân thành cảm ơn Người viết Trần Văn Nhị 10 ... phần Nhi t học I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1- Nguyên lý truyền nhi t: Nếu có hai vật trao đổi nhi t thì: - Nhi t tự truyền từ vật có nhi t độ cao sang vật có nhi t độ thấp - Sự truyền nhi t xảy nhi t... vật dừng lại -Nhi t lượng vật tỏa nhi t lượng vật thu vào 2-Công thức nhi t lượng: - Nhi t lượng vật thu vào để nóng lên: Q = mc∆t (với ∆t = t - t1 Nhi t độ cuối trừ nhi t độ đầu) - Nhi t lượng... t2 Nhi t độ đầu trừ nhi t độ cuối) - Nhi t lượng tỏa thu chất chuyển thể: + Sự nóng chảy - Đơng đặc: Q = mλ (λ nhi t nóng chảy) + Sự hóa - Ngưng tụ: Q = mL (L nhi t hóa hơi) - Nhi t lượng tỏa nhi n
- Xem thêm -

Xem thêm: Phan nhiet thay nhi, Phan nhiet thay nhi

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay