Sáng kiến kinh nghiệm Vật ý lí: Hướng dẫn học sinh giải bài tập phần nhiệt học

PhÇn I: ®Æt vÊn ®Ò I/ C¬ së lÝ luËn Giáo dục trung học cơ sở nhằm giúp học sinh củng cố và phát triển những kết quả của giáo dục tiểu học, có trình độ học vấn phổ thông cơ sở và những hiểu biết ban đầu về kĩ thuật và hướng nghiệp để tiếp tục học trung học phổ thông, trung học chuyên nghiệp, học nghề hoặc đi vào cuộc sống lao động. Trong các môn học thì Vật lí học là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật quan trọng. Sự phát triển của khoa học Vật lí gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học và kĩ thuật. Chương trình Vật lí trung học cơ sở có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thông kiến thức vật lí cơ bản, ở trình độ phổ thông, bước đầu hình thành ở học sinh những kĩ năng và thói quen làm việc khoa học, góp phần hình thành các năng lực nhận thức và các phẩm chất, nhân cách mà mục tiêu giáo dục trung học cơ sở đã đề ra. Trong quá trình giảng dạy và công tác tôi nhận thấy: Môn Vật lí có mối quan hệ gắn bó chặt chẽ, qua lại với các môn học khác. Nhiều kiến thức và kĩ năng đạt được qua Vật lí là cơ sở đối với việc học tập các môn học khác, đặc biệt là môn Sinh học, Hoá học và Công nghệ. Mặt khác, vì Vật lí học là một môn khoa học thực nghiệm, trên cơ sở kết quả thực nghiệm, tiến hành qui nạp không hoµn toµn để đi đến kết luận đó là tri thức cần nhận thức. Lµ mét gi¸o viªn trùc tiÕp gi¶ng d¹y bé m«n vËt lÝ ë tr­êng THCS Tø D©n, tôi nhận thấy mặc dù các em đã được làm quen bộ môn Vật lí từ lớp 6, lớp 7 nhưng ở giai đoạn này chỉ cung cấp cho học sinh những kiến thức Vật lí dưới dạng định tính, những khái niệm chưa đầy đủ. Vật lí 8 các em bắt đầu làm quen với những bài toán định lượng nên nhiều học sinh chưa định hướng được yêu cầu của bài toán, chưa có phương pháp giải hoặc một số em biết cách làm nhưng trình bày chưa chặt chẽ, chưa khoa học.Vật lí THCS ®­îc chia thµnh 4 phÇn chÝnh lµ: c¬-nhiÖt- ®iÖn- quang. Nhiệt học là một trong bốn phần kiến thức Vật Lí cơ bản được trang bị cho học sinh THCS vµ ®­îc tr×nh bµy trong cuèn vËt lÝ 8. Lượng kiến thức của phần này không nhiều so với các phần khác, bài tập phần này cũng không quá khó song vì các em ít được tiếp xúc với bài tập định lượng nên việc định hướng giải bài tập Nhiệt còn khó khăn với các em và các em chưa có phương pháp giải. II. cë së thùc tiÔn Ch­¬ng tr×nh VËt lý cÊp THCS nhiÒu kiÕn thøc chØ ®­îc tr×nh bµy mét c¸ch kh¸i l­îc, h×nh thµnh cho häc sinh nh÷ng kiÕn thøc VËt lý c¬ b¶n ban ®Çu mµ kh«ng ®i s©u khai th¸c vËn dông, ®Æc biÖt lµ trong ch­¬ng tr×nh míi c¸c kiÕn thøc nÆng vÒ tÝnh lÝ thuyÕt, lÝ luËn kh«ng ®­îc quan t©m ®Ò cËp, gi¶ng d¹y, xo¸y s©u mµ chØ quan t©m ®Õn viÖc vËn dông vµo thùc tiÔn, chó träng nhiÒu ®Õn kÜ n¨ng thùc hµnh. ChÝnh v× vËy, phÇn lín häc sinh ch­a thùc sù n¾m v÷ng, hiÓu s©u vÒ c¸c kiÕn thøc. Tõ ®ã viÖc cung cÊp, cñng cÊp cho häc sinh c¸c kiÕn thøc cã hÖ thèng, kh¾c s©u nh÷ng kiÕn thøc quan trong lµ nhiÖm vô ®Æt ra th­êng xuyªn cho mçi mét gi¸o viªn. KiÕn thøc vÒ nhiÖt häc còng kh«ng ph¶i ngo¹i lÖ, néi dung nµy ®­îc s¸ch gi¸o khoa dµnh trong phÇn lín häc k×, võa qua cã ch­¬ng tr×nh gi¶m t¶i cña bé gi¸o dôc nªn häc sinh ®­îc t¨ng thªm giê bµi tËp vµ kh«ng häc c¸c bµi 26,27,28. C¸c bµi to¸n thùc tÕ còng nh­ trong c¸c ®Ò thi HSG cho thÊy kiÕn thøc vÒ nhiÖt häc ®­îc ®Ò cËp ®Õn rÊt nhiÒu, h¬n thÕ n÷a c¸c bµi tËp nµy th­êng lµ khã. ChÝnh v× vËy, viÖc t×m tßi, hÖ thèng ho¸ c¸c kiÕn thøc vÒ nhiÖt häc còng nh­ x©y dùng mét hÖ thèng c¸c bµi tËp rÌn luyÖn kÜ n¨ng gi¶i bµi tËp, h­íng dÉn häc sinh gi¶i c¸c bµi tËp vÒ nhiÖt häc lµ mét yªu cÇu bøc thiÕt ®Æt ra hiÖn nay. XuÊt ph¸t tõ thùc tÕ ®ã vµ qua qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y, båi d­ìng HSG VËt lý t«i ®· t×m tßi, nghiªn cøu, hÖ thèng thµnh kinh nghiÖm “H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi tËp phÇn nhiÖt häc” phÇn ii: nh÷ng vÊn ®Ò khã vµ míi I. nh÷ng vÊn ®Ò khã Qua viÖc gi¶ng d¹y m«n vËt lý ®· nhiÒu n¨m, tôi thấy rằng nhiều em không thích học môn Vật lí vì các em cho rằng bài tập Vật lí nói chung và bài tập phần Nhiệt học nói riêng lµ khó, các em không có định hướng giải bài tập, các em chưa có thói quen vận dụng những kiến thức đã học vào giải bài tập Vật lí một cách có hiệu quả từ đó các em không có hứng thú với môn học. Kết quả học tập môn Vật lí của nhiều em không cao. Kĩ năng tìm hiểu đề bài của các em còn hạn chế, các em chưa xác định được đề bài cho yếu tố gì, cần phải tìm yếu tố nào. Các em chưa xác định được các quá trình trao đổi nhiệt, chưa xác định được đúng đối tượng trao đổi nhiệt, chưa xác định các bước giải bài tập. Kĩ năng vận dụng kiến thức toán vào tính toán còn hạn chế. Vậy nguyên nhân nào làm cho các em không có định hướng giải bài tập như thế ? Theo tôi có nhiều nguyên nhân trong đó có cả nguyên nhân chủ quan và nguyên nhân khách quan. Tôi xin đưa ra một số nguyên nhân sau : Phương pháp truyền đạt kiến thức của thầy đến học sinh chưa đạt hiệu quả cao. Bản thân học sinh còn chủ quan, chưa tập trung nghe giảng nên tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ, các em chưa tích cực chủ động trong học tập do vậy việc định hướng giải bài tập chưa tốt. Chương trình SGK Vật lí nh÷ng n¨m tr­íc các tiết dạy đều là lí thuyết, không có tiết bài tập nên giáo viên chưa rèn được kĩ năng cho học sinh. Vì vậy đối với các em mà nói bài tập Vật lí Nhiệt học không khó song không được rèn luện thường xuyên dẫn đến việc định hướng giải bài tập Nhiệt học của các em còn khó. Chính vì vậy mà tôi đã suy nghĩ tìm tòi và mạnh dạn đưa ra s¸ng kiÕn “H­íng dÉn häc sinh gi¶i bµi tËp phÇn nhiÖt häc” với mong muốn giúp các em định hướng bài tập, biết phương pháp làm bài tập, biết cách trình bày bài toán khoa học từ đó tạo nên hứng thú học tập, phát huy tính tích cực chủ động của các em trong học tập, các em không còn ngại học môn Vật lí đồng thời nâng cao chất lượng bộ môn. ii. nh÷ng vÊn ®Ò míi Víi nh÷ng khã kh¨n ®· nªu th× bé m«n vËt lÝ nãi chung vµ phÇn nhiÖt häc nãi riªng còng ®Æt rÊt nhiÒu nh÷ng th¸ch thøc míi cÇn gi¶i quyÕt. Theo ch­¬ng tr×nh ®æi míi gi¸o dôc hiÖn nay lµ lÊy häc sinh lµm trung t©m. Cã nghÜa lµ häc sinh ®ãng vai trß chñ ®¹o, cßn gi¸o viªn chØ ®ãng vai trß ®Þnh h­íng. BÊt cø mét tri thøc míi nµo th× häc sinh còng ph¶i tù m×nh t×m ra vµ h×nh thµnh, d­íi sù h­íng dÉn cña gi¸o viªn. §Ó cã thÓ tæ chøc cho c¸c em mét giê häc thµnh c«ng theo ph­¬ng ph¸p míi th× gi¸o viªn còng ph¶i ®Çu t­ kh«ng Ýt c«ng søc . §Êy chØ lµ phÇn ph¸t hiÖn tri thøc míi, cßn phÇn bµi tËp th× th«ng qua phÇn vËn dông. Tuy nhiªn thêi gian dµnh cho vËn dông kh«ng nhiÒu, kh«ng ®ñ thêi gian ®Ó c¸c em luyÖn nhiÒu d¹ng bµi tËp. Võa qua, bé gi¸o dôc ®· ®­a ra ch­¬ng tr×nh gi¶m t¶i cho c¸c m«n häc cÊp THCS, trong ®ã cã m«n vËt lÝ. Néi dung nhiÖt häc cña ch­¬ng tr×nh vËt lÝ 8 còng n»m trong môc cÇn ®­îc gi¶m t¶i. S¸ch gi¸o khoa vËt lÝ 8 tr­íc ®©y ®· tr×nh bµy bµi 26, 27, 28, nh­ng nay ®­îc gi¶m t¶i. Néi dung gi¶m t¶i lÇn nµy nh»m môc ®Ých gi¶m bít l­îng kiÕn thøc khã, t¨ng c­êng thªm c¸c tiÕt bµi tËp cho häc sinh. V× vËy, mçi gi¸o viªn cÇn nghiªn cøu thËt s©u, ®Çu t­ thêi gian nhiÒu h¬n ®Ó cã thÓ hÖ thèng ra c¸c d¹ng bµi tËp, gióp häc sinh cã thÓ luyÖn tËp thµnh th¹o trong c¸c giê bµi tËp, còng nh­ trong c¸c giê båi d­ìng häc sinh giái. PhÇn iii: néi dung vµ ph­¬ng ph¸p TiÕn hµnh i. chuÈn bÞ I.1. §èi víi gi¸o viªn Nghiên cứu tài liệu có liên quan: sách giáo khoa, sách giáo viên, các loại sách tham khảo. Dạy học theo phương pháp đổi mới, theo phương pháp đặt vấn đề và giải quyết vấn đề. Cần trang bị cho học sinh hệ thống các kiến thức cơ bản cần thiết để giải bài tập Nhiệt học. Phân loại các dạng bài tập và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng. I.2. §èi víi häc sinh Nh÷ng kiÕn thøc cÇn nhí - NhiÖt l­îng lµ phÇn nhiÖt n¨ng vËt nhËn thªm ®­îc hay mÊt bít ®i trong qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt. NhiÖt l­îng ®­îc kÝ hiÖu b»ng ch÷ Q vµ cã ®¬n vÞ lµ Jun(J). - NhiÖt dung riªng cña mét chÊt cho biÕt nhiÖt l­îng cÇn truyÒn cho 1kg chÊt ®ã ®Ó t¨ng thªm 10C. NhiÖt dung riªng ®­îc kÝ hiÖu b»ng ch÷ C vµ cã ®¬n vÞ lµ jun trªn ki l« gam Kenvin(J/kg.K). - Nguyªn lÝ truyÒn nhiÖt: Khi cã hai vËt trao ®æi nhiÖt víi nhau th×: + NhiÖt truyÒn tõ vËt cã nhiÖt ®é cao h¬n sang vËt cã nhiÖt ®é thÊp h¬n. + Sù truyÒn nhiÖt x¶y ra cho tíi khi nhiÖt ®é cña hai vËt b»ng nhau th× ng­ng l¹i. + NhiÖt l­îng do vËt nµy táa ra b»ng nhiÖt l­îng do vËt kia thu vµo. - Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra, thu vào Q = m.c.t (t = t1-t2) Q: nhiệt lượng thu vào (toả ra) của chất (J) m: khối lượng của chất thu vào(toả ra) (kg) c: nhiệt dung riêng của chat thu vào (toả ra) (J/kg.K) t: độ tăng (giảm) nhiệt độ của chất (°C) - Phương trình cân bằng nhiệt Q thu vào = Q toả ra II. C¸c biÖn ph¸p tæ chøc thùc hiÖn Tr­íc khi gi¶i bµi tËp cÇn l­u ý vÊn ®Ò sau: PhÇn tãm t¾t ®Ò bµi: * KÝ hiÖu c¸c ®¹i l­îng theo mét quy ­íc thèng nhÊt. NÕu chØ cã hai vËt trao ®æi nhiÖt th× kÝ hiÖu t1 lµ nhiÖt ®é ®Çu, t2 lµ nhiÖt ®é cuèi. NÕu cã trªn hai vËt trao ®æi nhiÖt th× ®Æt tªn c¸c vËt ®ã theo thø tù lµ 1, 2, 3 …..vµ chØ râ ®ã lµ vËt thu nhiÖt hay táa nhiÖt. Dạng 1: Bµi tËp chØ gåm qu¸ tr×nh thu nhiÖt hoÆc táa nhiÖt Bµi tËp d¹ng nµy chØ ®¬n thuÇn ¸p dông c«ng thøc tÝnh nhiÖt l­îng nªn häc sinh chØ cÇn x¸c ®Þnh cã mÊy vËt tham gia thu nhiÖt hoÆc táa nhiÖt. Cách giải : Bước 1: Phân tích tìm các đối tượng thu nhiệt, hoÆc táa nhiÖt Bước 2: Dùng công thức Q = m.c.t để tính nhiệt lượng theo yêu cầu của bài. * Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần). Bài tập1 : Một ấm đun nước bằng ®ång có khối lượng 300g chứa 1 lít nước. TÝnh nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó ®un n­íc trong Êm tõ 150C ®Õn 1000C ? Phân tích bài:  ? Bài toán trên gåm qu¸ tr×nh thu nhiệt hay táa nhiÖt. ? Cã mÊy ®èi t­îng tham gia. ? Nhiệt lượng để đun sôi ấm nước được tính như thế nào. ? C¸c ®¬n vÞ cã ph¶i ®æi kh«ng Giáo viên chốt lại : Bài toán trên có hai đối tượng tham gia thu nhiệt là 300g ®ång ở 15°C và 1 lít nước ở 15°C. Vậy nhiệt lượng để đun sôi ấm nước bằng nhiệt lượng cung cấp cho nước để nó tăng từ 15°C đến 100°C và nhiệt lượng cung cấp cho ấm ®ång để nó tăng từ 15°C đến 100°C. Tãm t¾t ®Çu bµi: VËt 1 : Êm ®ång thu nhiÖt  m1= 300g = 0,3kg t1 = 15°C t2 = 100°C c1 = 380 J/Kg.K VËt 2: N­íc thu nhiÖt m2 = 1 kg t1 = 15°C t2 = 100°C c2 = 4200 J/Kg.K Q = ? Từ phân tích trên ta có lời giải sau : Bài gi¶i NhiÖt l­îng cÇn ®Ó ®un 0,3 kg ®ång tõ 15°C ®Õn 100°C là : Q1 = m1.c1.t = 0,3.380. (100 – 15) = 9 690(J) NhiÖt l­îng cÇn ®Ó ®un 1 kg n­íc tõ 15°C ®Õn 100°C là : Q2 = m2.c2.t = 1.4200.(100 – 15) = 357 000 (J) NhiÖt l­îng cÇn ®Ó ®un s«i Êm n­íc lµ: Q = Q1+ Q2 = 9 690 + 357 000 = 366 690 (J) Bµi tËp 2 Mét khèi n­íc ®¸ 2,8kg ë nhiÖt ®é -100C truyÒn cho m«i tr­êng ngoµi nhiÖt l­îng lµ 58,8 kJ. TÝnh nhiÖt ®é cuèi cïng cña khèi n­íc ®¸? Phân tích bài:  ? Bài toán trên gåm qu¸ tr×nh thu nhiệt hay táa nhiÖt. ? Cã mÊy ®èi t­îng tham gia. ? Nhiệt ®é cuèi cïng cña khèi n­íc ®¸ được tính như thế nào. ? C¸c ®¬n vÞ cã ph¶i ®æi kh«ng Giáo viên chốt lại : Bài toán trên có 1 đối tượng tham gia táa nhiệt là 2,8kg n­íc ®¸ ở -10°C Vậy tõ c«ng thøc tÝnh nhiệt lượng x¸c ®Þnh ®­îc ®é gi¶m nhiÖt ®é sau ®ã rót ra ®­îc nhiÖt ®é cuèi cïng cña khèi n­íc ®¸ Tãm t¾t ®Çu bµi: N­íc ®¸ táa nhiÖt  m= 1,4kg t1 = -10°C c = 2 100 J/Kg.K Q = 58,8kJ = 58 800 J t2 = ? Từ phân tích trên ta có lời giải sau : Bµi gi¶i NhiÖt l­îng ®Ó 2,8 kg n­íc ®¸ gi¶m tõ -10°C xuèng nhiÖt ®é t2 là : Q = m.c.t => ( thay sè ta ®­îc) => => (-10 – t2) = 10 => t2 = - 200C VËy nhiÖt ®é cuèi cïng cña khèi n­íc ®¸ t2 = - 200C Mét sè bµi tËp ¸p dông : Bµi 1: TÝnh nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng 5kg ®ång tõ 200C lªn 500C NÕu t¨ng 5kg ®ång trªn tõ 1000C lªn 1300C th× nhiÖt l­îng cÇn thiÕt cã b»ng c©u a kh«ng? Víi nhiÖt l­îng trªn cã thÓ lµm t¨ng 5 lÝt n­íc lªn bao nhiªu ®é ? Bµi 2: Mét Êm n­íc b»ng nh«m cã khèi l­îng 300g chøa 1 lÝt n­íc, lóc ®Çu ë 150C. TÝnh nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó ®un s«i Êm n­íc. NÕu nhiÖt l­îng cña Êm n­íc gi¶m tõ 1000C xuèng 150C th× táa ra mét nhiÖt l­îng lµ bao nhiªu ? NÕu dïng Êm b»ng ®ång th× nhiÖt l­îng cÇn dïng nhiÒu hay Ýt h¬n ? Bµi 3: H·y tÝnh nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ cña phßng 4m x 5m x 3m tõ 50C lªn 200C. Khèi l­îng riªng cña kh«ng khÝ lµ 1,29 kg/m3. §¸p sè Bµi 1: a) 57000J b) b»ng c)2,7oC. Bµi 2: a) NhiÖt l­îng cÇn dïng ®Ó ®un s«i Êm n­íc b»ng tæng nhiÖt l­îng ®Ó t¨ng nhiÖt ®é vá Êm vµ n­íc tõ 15oC lªn 100oC: Q = Q1 + Q2 = 22695 + 377955 3,8.104 (J) b) Táa ra 3,8.104 (J). c) V× nhiÖt dung riªng cña ®ång nhá h¬n nh«m nªn nhiÖt l­îng cÇn Ýt h¬n. Bµi 3: ThÓ tÝch cña phßng : V =m/D = 60m3. Khèi l­îng kh«ng khÝ chøa trong phßng : m = 77,4kg. NhiÖt l­îng cÇn dïng : Q = 1161 (kJ). Dạng 2: Bài tập gåm cả quá trình thu nhiệt và quá trình toả nhiệt. Bµi tËp d¹ng nµy gåm c¶ hai qu¸ tr×nh thu nhiÖt vµ táa nhiÖt nªn häc sinh b¾t ®Çu thÊy r¾c rèi h¬n. V× vËy ®Ó h­íng dÉn häc sinh lµm tèt, t«i yªu cÇu c¸c em n¾m v÷ng nguyªn kÝ truyÒn nhiÖt, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc vËt nµo thu nhiÖt, vËt nµo táa nhiÖt råi viÕt ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt. Cách giải : Bước 1: Phân tích ®Ò bµi tìm các đối tượng thu nhiệt, ®èi t­îng táa nhiÖt Bước 2: Dùng công thức Q = m.c.t để tính nhiệt lượng thu vµo vµ táa ra cña tõng vËt tham gia qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt . B­íc 3: ViÕt ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt B­íc 4: Gi¶i ph­¬ng tr×nh trªn ®Ó tÝnh c¸c ®¹i l­îng theo yªu cÇu cña ®Ò bµi. * Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần). Bài tập1 : Một miếng ch× cã khối lượng 100g vµ mét miÕng ®ång cã khèi l­îng 50g cïng ®­îc nung nãng tíi 850C råi th¶ vào mét chËu n­íc. NhiÖt ®é khi b¾t ®Çu cã c©n b»ng nhiÖt cña n­íc lµ 250C. TÝnh nhiÖt l­îng n­íc nhËn ®­îc? Phân tích bài ? Bài toán trên có mấy đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. ? Đối tượng nào thu nhiệt, đối tượng nào toả nhiệt. ? NhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ ®­îc tÝnh như thế nào? ? Nhiệt lượng toả ra được tính như thế nào? ? Nhiệt lượng thu vào được tính như thế nào. Giáo viên chốt lại: Bài tËp trên có 3 đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. Đồng vµ ch× là 2 vật toả nhiệt còn nước là vật thu nhiệt. NhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ lµ nhiÖt ®é khi b¾t ®Çu cã c©n b»ng nhiÖt cña n­íc. Nhiệt lượng đồng vµ ch× toả ra bằng nhiệt lượng nước thu vào. Tãm t¾t ®Çu bµi: VËt 1 : ch× táa nhiÖt  m1= 100g = 0,1kg t1 = 85°C c1 =130 J/Kg.K VËt 2: ®ång táa nhiÖt m2 = 50g = 0,05kg t2 = 85°C c2 = 380 J/Kg.K VËt 3: n­íc thu nhiÖt t3 = 25°C Q3 = ? Từ phân tích trên ta có lời giải như sau: Bµi gi¶i: NhiÖt ®é khi b¾t ®Çu cã c©n b»ng nhiÖt cña n­íc lµ 250C nªn ®ã còng lµ nhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ NhiÖt l­îng do 0,1kg ch× táa ra ®Ó gi¶m tõ 85°C ®Õn 25°C là : Q1 = m1.c1.t = 0,1.130. (85 – 25) = 780(J) NhiÖt l­îng do 0,05kg ®ång táa ra ®Ó gi¶m tõ 85°C ®Õn 25°C là : Q2 = m2.c2.t = 0,05.380.(85 – 25) = 1 140 (J) Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt, ta cã nhiệt lượng mµ n­íc thu vào lµ: Q3 =  Q1+ Q2 = 780 + 1 140 = 1 920 (J) = 1,92(kJ) Bài tập 2: §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt dung riªng cña ch×, mét häc sinh ®· lµm thÝ nghiÖm nh­ sau.Th¶ mét miÕng ch× cã khèi l­îng 300g ®­îc lÊy tõ n­íc ®ang s«i vµo mét cèc ®ùng 100g n­íc ë nhiÖt ®é 340C vµ thÊy n­íc nãng lªn tíi 400C. TÝnh nhiÖt dung riªng cña ch×? T¹i sao kÕt qu¶ t×m ®­îc kh«ng phï hîp víi b¶ng nhiÖt dung riªng trong s¸ch gi¸o khoa? Phân tích bài : Bài tËp trên có 2 đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. Nước là vật thu nhiệt còn miếng ch× là vật tỏa nhiệt. Nhiệt lượng nước thu vào bằng nhiệt lượng miếng ch× toả ra. Tãm t¾t ®Çu bµi: VËt 1 : ch× táa nhiÖt  m1= 300g = 0,3kg t®1 = 100°C, tc1 = 40°C c1 = ? VËt 2: n­íc thu nhiÖt m2 = 100g = 0,1kg t®2 = 100°C, tc2 = 40°C c2 = 4200 J/Kg.K Từ phân tích trên ta có lời giải như sau: Bµi gi¶i: a) NhiÖt l­îng do 0,3kg ch× táa ra ®Ó gi¶m tõ 100°C ®Õn 40°C là : Q1 = m1.c1.( t®1 - tc1) = 0,3. c1. (100 – 40) = 18c1 NhiÖt l­îng do 0,1kg n­íc thu vµo ®Ó t¨ng tõ 34°C ®Õn 40°C là : Q2 = m2.c2.( t®2 - tc2) = 4200.0,1.(40 – 34) = 2 520 (J) Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt, ta cã : Q1 = Q2 18c1= 2520 c1 = 140(J/kg.k) b) KÕt qu¶ nµy lín h¬n gi¸ trÞ cña nhiÖt dung riªng cña ch× theo trong b¶ng s¸ch gi¸o khoa v× trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thÝ nghiÖm, b¹n häc sinh ®· bá qua nhiÖt l­îng do ch× truyÒn cho cèc ®ùng n­íc vµ m«i tr­êng xung. Bµi tËp 3 Trén 25 lÝt n­íc s«i víi 75 lÝt n­íc ë 15oC. TÝnh nhiÖt ®é cuèi cïng. Phân tích bài ? Khèi l­îng cña 25 lÝt n­íc ? Khèi l­îng cña 75 lÝt n­íc 25 lÝt n­íc cã khèi l­îng lµ 25kg 75 lÝt n­íc cã khèi l­îng lµ 75kg Bµi tËp nµy gåm 2 ®èi t­îng trao ®æi nhiÖt lµ n­íc ë 150C vµ n­íc ë 1000C. Dùa vµo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt x¸c ®Þnh ®­îc nhiÖt ®é cuèi cïng. Tãm t¾t bµi : V1= 25 lÝt => m1= 25kg t1 = 100°C V2 = 75 lit => m2 = 75kg t2 = 15°C c = 4200 J/Kg.K t = ? Từ phân tích trên ta có lời giải như sau: Bµi gi¶i: Gäi t lµ nhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ. NhiÖt l­îng do 25kg n­íc táa ra ®Ó gi¶m tõ 100°C xuèng t°C là : Q1 = m1.c.t1 = 25.c. (100 – t) NhiÖt l­îng do 75kg n­íc t¨ng tõ 15°C ®Õn t°C là : Q2 = m2.c.t2 = 75.c.(t – 15) Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt, ta cã:   Q1 = Q2 25.c. (100 – t) = 75.c.(t – 15) 100 – t = 3t – 45 t = 36,250C VËy nhiÖt ®é cuèi cïng lµ t = 36,250C Bµi tËp 4: Ng­êi ta nung mét miÕng thÐp khèi l­îng m = 1 kg ®­îc nung ®Õn 5000C råi th¶ vµo mét Êm ®ùng 2 kg n­íc ë 200C, khèi l­îng cña Êm lµ 0,5 kg lµm b»ng nh«m. TÝnh nhiÖt l­îng cuèi cïng cña hÖ. Cho nhiÖt dung riªng cña n­íc 4200 J/kg ®é. Nh«m 880 J/kg ®é , thÐp 460 J/kg ®é vµ hiÖu suÊt truyÒn nhiÖt lµ 80%. Ph©n tÝch bµi : Bµi tËp nµy t­¬ng tù bµi tËp 3 ë trªn, tuy nhiªn cã n©ng cao h¬n v× cã hiÖu suÊt truyÒn nhiÖt. MÆc dï häc sinh häc ®¹i trµ ®· ®­îc gi¶m t¶i phÇn liªn quan ®Õn hiÖu suÊt mµ chØ häc phÇn liªn quan ®Õn truyÒn nhiÖt hoµn toµn nh­ng t«i vÉn muèn ®­a bµi tËp nµy vµo nh»m h­íng dÉn cho häc sinh giái kh¶ n¨ng t­ duy ë cÊp ®é cao h¬n. Bài toán trên có 3 đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. ThÐp lµ vật toả nhiệt còn nước vµ nh«m là vật thu nhiệt. NhiÖt l­îng mµ thÐp toả ra bằng nhiệt lượng nước vµ nh«m thu vào. Tãm t¾t ®Çu bµi VËt 1 : thÐp táa nhiÖt  m1= 1kg t1 = 500°C c1 =460J/Kg.K VËt 2: n­íc thu nhiÖt m2 = 2kg t2 = 20°C c2 = 380 J/Kg.K VËt 3: nh«m thu nhiÖt t3 =20°C c3 =880J/Kg.K t = ? Từ phân tích trên ta có lời giải như sau Bµi gi¶i - Gäi t lµ nhiÖt ®é cña hÖ khi c©n b»ng - NhiÖt l­îng miÕng thÐp to¶ ra ®Ó gi¶m nhiÖt ®é tõ 5000C --> t Q1 = m1C1(500 - t) (1) - NhiÖt l­îng n­íc thu vµo ®Ó t¨ng nhiÖt ®é tõ 200C ----> t Q2 = C2m2 (t – 20) (2) - NhiÖt ®é Êm nh«m thu vµo ®Ó t¨ng nhiÖt ®é lµ: Q3 = C3m3 (t – 20) (3) - Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt, ta cã: Q1= Q2 + Q3 - Theo ®Ò ra => Qthu . 0,8 = Qto¶ Û (C2m2 + C3m3)(t – 20) . 0,8 = C1m1(500 – t) thay sè: (4200 . 2 + 0,5 . 880)(t-20). 0,8 = 460 .1. (500 – t) gi¶i ra ta cã t = 49,3150C Bµi tËp 5 §Ó cã 30 lÝt n­íc ë 600C cÇn ph¶i pha bao nhiªu lÝt n­íc ë 200C víi bao nhiªu lÝt n­íc ®ang s«i? (TrÝch ®Ò thi HSG huyÖn Kho¸i Ch©u-n¨m häc 2010-1011) Phân tích bài toán Bµi to¸n gåm qu¸ tr×nh thu nhiÖt n­íc cña ë 200C vµ n­íc ë 1000C táa nhiÖt. Ta còng biÕt thÓ tÝch cña c¶ hÖ. Tuy nhiªn ch­a biÕt mçi thÓ tÝch n­íc ë tõng nhiÖt ®é nªn bµi to¸n nµy ph¶i gäi 2 Èn ? Tãm t¾t bµi to¸n : t1 = 20°C t2 = 100°C t = 60°C V = 30 lÝt V1= ? lÝt V2 = ? lÝt c = 4200 J/Kg.K Từ phân tích trên ta có lời giải như sau: Bµi gi¶i: Gäi V1 (lÝt) lµ thÓ tÝch n­íc ë 200C => cã khèi l­îng m1 kg V2 (lÝt) lµ thÓ tÝch n­íc ë 1000C => cã khèi l­îng m2 kg NhiÖt l­îng do m1 kg n­íc táa ra ®Ó t¨ng tõ 20°C lªn 60°C là : Q1 = m1.c.(60 – 20) NhiÖt l­îng do m2 kg n­íc gi¶m tõ 100°C xuèng 60°C là : Q2 = m2.c. (100 – 60) Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt, ta cã:   Q1 = Q2 m1.c.(60 – 20) = m2.c.(100 – 60) m1 = m2 (1) MÆt kh¸c, thÓ tÝch cuèi cïng cña hÖ lµ 30 lÝt nªn V1 + V2 = 30 (lÝt) => m1 + m2 = 30 (kg) (2) Tõ (1) vµ (2) => m1 = m2 = 15 (kg) => V1 = V2 = 15 (lÝt) Bµi tËp 6. Mét nhiÖt l­îng kÕ b»ng ®ång cã khèi l­îng m1= 0,1kg chøa m2 = 0,5kg n­íc ë nhiÖt ®é t1 = 250C. Ng­êi ta th¶ mét thái nh«m ë nhiÖt ®é t3 = 1000C, nhiÖt ®é cña nhiÖt l­îng kÕ khi c©n b»ng nhiÖt lµ t2 = 300C. TÝnh khèi l­îng m3 cña thái nh«m. Cho biÕt nhiÖt dung riªng cña ®ång lµ c1 = 380J/kg.®é , cña n­íc lµ c2 = 4200J/kg.®é, cña nh«m lµ c3 = 880J/kg.®é. (TrÝch ®Ò thi HSG huyÖn Kho¸i Ch©u-n¨m häc 2011-2012) Phân tích bài ? Bài toán trên có mấy đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. ? Đối tượng nào thu nhiệt, đối tượng nào toả nhiệt. ? Nhiệt lượng toả ra được tính như thế nào? ? Nhiệt lượng thu vào được tính như thế nào. ? Khèi l­îng cña thái nh«m ®­îc tÝnh nh­ thÕ nµo Giáo viên chốt lại: Bài toán trên có 3 đối tượng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. nhiÖt l­îng kÕ b»ng ®ồng vµ n­íc là 2 vật thu nhiệt còn thái nh«m là vật táa nhiệt. NhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ lµ nhiÖt ®é khi b¾t ®Çu cã c©n b»ng nhiÖt cña n­íc. Nhiệt lượng đồng vµ n­íc thu vµo bằng nhiệt lượng nh«m táa ra. Tãm t¾t ®Çu bµi: VËt 1 : ®ång thu nhiÖt  m1= 0,1kg t1 = 25°C c1 = 380 J/Kg.®é VËt 2: n­íc thu nhiÖt m2 = 0,5kg t1 = 25°C c2 = 4200 J/Kg.®é VËt 3: nh«m táa nhiÖt t3 = 100°C t2 = 30°C c3 = 880 J/Kg.®é m3 = ? Từ phân tích trên ta có lời giải như sau: Bµi gi¶i: NhiÖt l­îng do nhiÖt l­îng kÕ thu vµo ®Ó t¨ng tõ 25°C ®Õn 30°C là : Q1 = m1.c1.(t2 – t1) NhiÖt l­îng do ®ång thu vµo ®Ó t¨ng tõ 25°C ®Õn 30°C là : Q2 = m2.c2.(t2 – t1) NhiÖt l­îng do nh«m táa ra ®Ó gi¶m tõ 1000C xuèng 300C lµ : Q3 = m3.c3.(t3 – t2) Theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: Q3 =  Q1+ Q2 m3.c3.(t3 – t2) = m1.c1.(t2 – t1) + m2.c2.(t2 – t1) m3.880.(100-30) = 0,1.380.(30-25)+ 0,5.4200.(30-25) m3 0,17 (kg) VËy khèi l­îng thái nh«m lµ kho¶ng 0,17kg Mét sè bµi tËp ¸p dông : Bµi 1: Trén 10cm3 n­íc ë 20oC víi 30cm3 n­íc ë 40oC vµ 60cm3 n­íc ë 80oC vµo trong mét l­îng nhiÖt kÕ. tÝnh nhiÖt ®é cuèi cïng? Bµi 2: Mét chËu nh«m khèi l­îng 500g ®ùng 2 lÝt n­íc s«i. ph¶i thªm vµo chËu bao nhiªu lÝt n­íc ë 20oC ®Ó cã n­íc ë 35oC ? Bµi 3: Mét vËt khèi l­îng m, nhiÖt ®é 220oC ®­îc ng©m vµo n­íc s«i 10oC còng cã khèi l­îng m. NhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ lµ 40oC. TÝnh nhiÖt dung riªng cña vËt. Bµi 4: Mét khèi thÐp 1kg ®­îc nung nãng ë nhiÖt ®é 990oC, sau ®ã th¶ vµo 2 lÝt n­íc ë nhiÖt ®é 99oC. M« t¶ hiÖn t­îng s¶y ra tiÕp theo. Bµi 5: CÇn ph¶i trén M1 (kg) n­íc ë nhiÖt ®é T2 = 83oC ®Ó cã 120 lÝt n­íc ë 37oC. TÝnh M1 vµ M2 ? §¸p ¸n Bµi 1: NhiÖt l­îng do hai khèi n­íc cã nhiÖt ®é thÊp hÊp thô : Q1 = 0,01c (t – 20) vµ Q2 = 0,03c (t – 40) t lµ nhiÖt ®é cuèi cïng, c lµ nhiÖt dung riªng cña n­íc. NhiÖt l­îng do khèi n­íc nãng táa ra : Q2 = 0,06c (80 – t) C©n b»ng c¸c ph­¬ng tr×nh nhiÖt, ta tÝnh ®­îc : t = 68,90oC Bµi 2: N­íc s«i vµ chËu táa nhiÖt l­îng : 0,5co (100 – 35) + 2 c(100 – 35) co = 880J/kg.K lµ nhiÖt dung riªng cña chËu. c lµ nhiÖt dung riªng cña n­íc. L­îng n­íc thªm vµo hÊp thu nhiÖt l­îng : mc(35 – 20) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: 0,5co (100 – 35) + 2c(100 -35) = mc(35 – 20) ta ®­îc m = 31,57 lÝt. Bµi 3: Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt : mcx (220 – 40) = mc(40 – 10) . Tõ ®ã c = 700 J/kg.K Bµi 4: NÕu lËp ph­¬ng tr×nh nhiÖt th×: 1ct (990 – t) = 2c (t – 99) th× nhiÖt ®é cuèi cïng cña hÖ lµ t = 148oC. §iÒu nµy v« lÝ v× ë ®iÒu kiÖn b×nh th­êng n­íc kh«ng thÓ cã nhiÖt ®é cao h¬n 100oC. V× vËy sau khi th¶ khèi thÐp vµo, n­íc sÏ t¨ng lªn 100oC , sau ®ã nhiÖt l­îng cña thÐp sÏ lµm n­íc bay h¬i. Bµi 5: M1c(37 – 14) = M2c(83 – 37) M1 + M2 = 120 lÝt. KÕt qu¶: M1 = 80 lÝt ; M2 = 40 lÝt. PhÇn iv: kÕt qu¶ ®¹t ®­îc Qua kết quả nghiên cứu và giảng dạy tôi nhận thấy : Học sinh rèn được phương pháp tự học, tự phát hiện vấn đề, biết nhận dạng một số bài toán, nắm vững cách giải. Kĩ năng trình bày một bài toán khoa học, rõ ràng. Đa số các em đã yêu thích giờ học Vật lí, nhiều học sinh tích cực xây dựng bài. Học sinh rất có hứng thú để giải bài tập phần Nhiệt học nói riêng và Vật lí nói chung. Kết quả cụ thể : Häc b×nh th­êng Häc theo s¸ng kiÕn Giái Kh¸ Trung b×nh YÕu Giái Kh¸ Trung b×nh YÕu 12% 33% 32% 23% 25% 48% 22% 5% PhÇn v: bµi häc kinh nghiÖm Qua thực tế giảng dạy, đánh giá kết quả học tập của học sinh t«i ®· tích luỹ, đúc rút ®­îc mét sè kinh nghiÖm: Với mỗi bài tập phải giúp học sinh định hướng được phương pháp giải, đưa về dạng toán cơ bản để khi gặp bài khác học sinh có thể vận dụng giải được, tránh giải dập khuôn máy móc. Với bài tập có nhiều đại lượng cần chú ý rèn kĩ năng tóm tắt đề bài và đổi đơn vị. Ở mỗi tiết học phải dành thời gian hướng dẫn học sinh làm bài tập ở nhà. Luôn đổi mới phương pháp dạy và học giúp học sinh phát huy được khả năng tư duy của bản thân. Khảo sát cụ thể việc giải bài tập Nhiệt học ở các lớp khác nhau trong một trường. Chú ý tới sai sót thường mắc phải. quan sát trực tiếp việc giải bài toán Nhiệt học của học sinh từ đó uốn nắn thường xuyên cách trình bày bài của học sinh. Thường xuyên dự giờ thăm lớp của đồng nghiệp để rút ra k