(SKKN HAY NHẤT) một vài kinh nghiệm giải các dạng bài tập nâng cao phần nhiệt học trong bộ môn vật lý 8 ở trường thcs

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
 
 
 
 
 

 
 
TÊN SÁNG KIẾN
MỘT VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP NÂNG CAO
PHẦN NHIỆT HỌC TRONG BỘ MÔN VẬT LÝ 8 Ở TRƯỜNG THCS
  
 
 

Quảng Ninh, tháng 10 năm 2018
1

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
 
 
 

  
 

 
TÊN SÁNG KIẾN
MỘT VÀI KINH NGHIỆM GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP NÂNG CAO
PHẦN NHIỆT HỌC TRONG BỘ MÔN VẬT LÝ 8 Ở TRƯỜNG THCS
 
 
Họ và tên: Trương Thị Yến Nhi
Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THCS Hiền Ninh 
 
 

Quảng Ninh, tháng 10 năm 2018
2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


I. NỘI DUNG
1. Lý do chọn sáng kiến
Trong các bộ mơn khoa học tự nhiên thì Vật lý là một môn học rất quen
thuộc và gần gủi với các em học sinh, do đó việc tạo hứng thú, u thích mơn học
và lịng ham học hỏi của học sinh phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ sư phạm của
giáo viên. Trong khuôn khổ nhà trường phổ thông, bài tập Vật lý thường là
những vấn đề khơng q phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lơ gic,
bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên các quy tắc, phương pháp Vật lý đã
quy định trong chương trình dạy học.
Qua thực tế giảng dạy bộ môn Vật lý ở trường trung học cơ sở (THCS), tơi
nhận thấy học sinh cịn gặp rất nhiều khó khăn, lúng túng khi giải các bài tập Vật
lý, điều này ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dạy học cũng như chất lượng đội

tuyển học sinh giỏi mơn Vật lý.
Trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS thì nhiệt học là
một trong bốn phần kiến thức Vật lý cơ bản. Lượng kiến thức của phần này
không nhiều so với các phần khác, bài tập của phần này cũng khơng q khó
nhưng để học sinh nắm vững và giải tốt các bài tập phần này thì địi hỏi người
giáo viên phải biết vận dụng thành thạo, nhuần nhuyễn 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 sáng kiến này tôi mạnh dạn đưa ra một số phương
pháp, kỹ năng mà tôi đã đúc rút được trong quá trình dạy học để giải các dạng

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


toán phần nhiệt học, hy vọng các bạn đồng nghiệp và các em học sinh có thể
tham khảo làm tài liệu giảng dạy, học tập của mình.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi quyết định viết sáng kiến kinh nghiệm:
“Một vài kinh nghiệm giải các dạng bài tập nâng cao phần nhiệt học trong bộ
môn vật lý 8 ở trường THCS”.
2. Điểm mới của sáng kiến
Trong nhiều năm công tác ở trường THCS, được trực tiếp giảng dạy bộ môn
Vật lý và nhiều năm làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý tôi nhận thấy
phần nhiệt học có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực: Khoa học – Kỹ thuật và đời
sống, đặc biệt phần này thường xuyên gặp trong các kỳ thi học sinh giỏi các cấp.
Chính vì lẽ đó tơi ấp ủ suy nghĩ, hướng tới viết đề tài này. Đề tài này đã đáp ứng
được một số tiêu chí sau:
a) Tính mới: Bổ sung đầy đủ phần lý thuyết và bài tập dưới dạng cơ bản,
nâng cao theo từng cấp độ để học sinh có cách nhìn nhận một cách tổng thể.
b) Tính sáng tạo: Mở rộng phần lý thuyết và có đủ các dạng bài tập mà sách

giáo khoa trong tiết học chính khóa chưa giới thiệu. Có thêm các bài tập ví dụ và
bài tập vận dụng.
c) Tính khoa học: Trình bày nội dung lơgic, chính xác và hợp lý.

4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


II. PHẦN NỘI DUNG
1. Thực trạng của nội dung cần nghiên cứu
Qua giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý, tôi nhận thấy việc
định hướng giải bài tập định lượng phần nhiệt học của học sinh còn yếu những
mặt sau:
+ Kỹ năng tìm hiểu đề bài: học sinh chưa xác định được đề bài cho yếu tố gì,
cần phải tìm yếu tố nào; chưa xác định đúng đối tượng và các quá trình trao đổi
nhiệt.
+ Các bước giải bài tập: học sinh cịn chưa thực hiện chính xác, đầy đủ các
bước giải bài tập phần nhiệt học.
+ Kỹ năng tính tốn cịn hạn chế.
Với thực trạng trên nên khi gặp các dạng bài tập phần này học sinh cịn lúng
túng, khơng có hứng thú giải bài tập, kết quả bài làm không cao.
Vậy nguyên nhân nào làm cho các em khơng có định hướng giải bài tập
phần nhiệt như thế? Theo tơi có nhiều ngun nhân trong đó có nguyên nhân
khách quan và chủ quan:
*Nguyên nhân khách quan
+Phòng thực hành ở trường THCS chưa đáp ứng được yêu cầu đối với bộ
môn.

5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


+Trang thiết bị phục vụ cho giảng dạy khơng có chất lượng, cùng một loại
đồ dùng khi thí nghiệm lại có các kết quả khác nhau nên việc xử lý kết quả để rút
ra kiến thức không thể thực hiện được, từ đó học sinh khơng hứng thú học tập.
+ Tài liệu tham khảo cịn ít, chưa phân dạng bài tập và phương pháp giải.
+ Chương trình sách giáo khoa Vật lý 8 toàn bộ các tiết dạy đều là lý thuyết,
khơng có tiết bài tập nên giáo viên chưa rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học
sinh. Trong khi đó ở lớp 6, 7 các em ít được làm quen với bài tập định lượng nhất
là phần nhiệt học.
*Nguyên nhân chủ quan
Về phía giáo viên:
+ Phương pháp truyền đạt kiến thức của giáo viên đạt hiệu quả chưa cao.
Việc nghiên cứu đầu tư để sử dụng phương pháp dạy học mới vào bộ mơn cịn
hạn chế.
+ Một bộ phận học sinh còn lười học, lơ là, chưa chú ý nghe giảng nên tiếp
thu kiến thức chưa đầy đủ.
+ Học sinh chưa có kỹ năng tính tốn, khả năng suy luận cịn nhiều hạn chế,
khơng hứng thú với bộ môn.
Kết quả khảo sát: Trước khi áp dụng sáng kiến tôi đã cho học sinh khối 8
làm bài kiểm tra phần nhiệt học, kết quả như sau:
Lớp

số
8

Giỏi

Sĩ

79

Khá

Trung bình

Yếu

Kém

SL

%

SL

%

SL

%

SL

%

SL

%

7

8,9

15

18,9

35

44,3

20

25,3

2

2,6

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Từ thực trạng trên đề tài đã cung cấp một số giải pháp cơ bản.
2. Các giải pháp
2.1 Các kiến thức cần thiết phần nhiệt học Vật lý THCS

2.1.1 Công thức tính nhiệt lượng
* Trước hết giáo viên phải giúp học sinh hiểu được nhiệt lượng vật thu vào
để nóng lên phụ thuộc vào những yếu tố nào?
+ Khối lượng: m (kg)
+ Độ tăng nhiệt độ:

t = t2 – t1 (oC hoặc oK)

Trong đó: t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối.
+ Nhiệt dung riêng của chất làm vật: c (J/kg.K)
Nhiệt lượng vật thu vào: Q = m.c. t
2.1.2 Ngun lí truyền nhiệt
Khi có hai vật trao đổi nhiệt với nhau thì:
+ Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
+ Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì
ngừng lại.
+ Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.
Qtoả ra = Qthu vào
2.1.3. Phương trình cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào.
Qtoả ra = Qthu vào
7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Nhiệt lượng toả ra cũng được tính bằng cơng thức Q = m.c. t, nhưng trong
đó

t = t1 – t2 (t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối). Phần này là phần cốt lõi

để giải toán. Học sinh phải nắm vững vật toả nhiệt và vật thu nhiệt cũng như
nhiệt độ đầu, nhiệt độ cuối và nhiệt độ cân bằng.
2.1.4. Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu (q)
Đại lượng vật lý cho biết nhiệt lượng toả ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy
hoàn toàn được gọi là năng suất toả nhiệt của nhiên liệu.
Công thức tính nhiệt lượng toả ra khi nhiên liệu bị đốt cháy:
Q = q.m
Trong đó: Q là nhiệt lượng do nguyên liệu bị đốt cháy tỏa ra (J)
q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg)
m là khối lượng nguyên liệu bị đốt cháy (kg)
Hiệu suất : H =

. 100%

2.1.5 Sự chuyển thể các chất
+ Đa số các chất chỉ chuyển thể khi đạt đến một nhiệt độ xác định gọi là
nhiệt chuyển thể. Trong suốt quá trình chuyển thể, nhiệt độ của khối chất không
thay đổi.
+ Nhiệt lượng vật cần thu vào (tỏa ra) để chuyển thể ở nhiệt độ chuyển thể
được tính bởi cơng thức:
+ Nhiệt lượng có thể được truyền qua ba hình thức: dẫn nhiệt, đối lưu hoặc
bức xạ nhiệt.

8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


+ Nhiệt ln được truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn cho đến khi hai vật

có nhiệt độ bằng nhau.
2.2. Các bước chung để giải bài tập nhiệt học
Bước 1: Đọc kĩ đề bài, tóm tắt
Giáo viên cho học sinh đọc kĩ đề bài, bài toán cho biết những đại lượng
nào, phải tìm đại lượng nào. Sau đó tóm tắt bằng các kí hiệu vật lý, đổi đơn vị
nếu cần.
Bước 2: Xây dựng lập luận:
Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm và các dữ kiện đã cho trực tiếp thông
qua các công thức hoặc gián tiếp qua các phép biến đổi.
Bước 3: Giải toán
Lưu ý: cho học sinh giải phương trình chữ trước, sau đó thu gọn phương
trình chữ rồi mới thay các số liệu đã cho để đi đến kết quả.
Bước 4: Kiểm tra, biện luận
Sau khi giải xong, ta tiến hành kiểm tra xem cách giải trên có đúng khơng?
Đã phù hợp với thực tế chưa? Đơn vị đã đúng chưa? Có cùng thứ nguyên không?
2.3 Phương pháp giải các dạng bài tập nhiệt học nâng cao
2.3.1 Dạng tốn tính nhiệt lượng và các đại lượng liên quan
*Phương pháp giải: Áp dụng cơng thức tính nhiệt lượng
+ Nhiệt lượng một vật thu vào để nóng lên:

+ Nhiệt lượng một tỏa ra để lạnh đi:

Với

Với
9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

*Ví dụ 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sơi 2000cm 3 nước đựng trong ấm
nhơm có khối lượng 500g ở nhiệt độ 200C (nước sôi ở 1000C) biết nhiệt dung
riêng của nước và của nhôm lần lượt là c1 = 4200J/kg.K , c2 = 880J/kg.K
Phân tích bài: Đọc bài tốn ta thấy có hai đối tượng tham gia thu nhiệt là:
2000cm3 nước ở 200c và 500g nhôm ở 200c.
Vậy nhiệt lượng để đun sôi ấm nước bằng nhiệt lượng cung cấp cho nước để nó
tăng từ 200C đến 1000C cộng với nhiệt lượng cung cấp cho ấm nhôm để nó tăng
từ 200C đến 1000C
Từ sự phân tích đó ta có lời giải sau:
Tóm tắt

Giải

m1 = 2kg

Nhiệt lượng cần để đun 2000cm3 nước từ 200C đến 1000C là:

m2 = 0,5kg

Q1 = m1.c1.  t = 2.4200.(100-20) = 672000(J)

c1 = 4200J/kg.K

Nhiệt lượng cần để đun 500g nhôm từ 200C đến 1000C là:

c2 = 880J/kg.K

Q2 = m2.c2.  t = 0,5.880.(100-20) = 35200(J)

Tính: Q = ?

Nhiệt lượng cần để đun sơi ấm nước là:
Q = Q1+ Q2 = 672000 + 35200 = 707200(J)

*Ví dụ 2: Một bếp dầu đun sơi 1,25kg nước đựng trong ấm bằng nhơm khối
lượng 0,4kg thì sau thời gian

phút nước sôi. Nếu dùng bếp trên để đun 2,5

kg nước trong cùng điều kiện thì sau bao lâu nước sôi? Cho nhiệt dung riêng của
nước và của nhôm lần lượt là

. Biết nhiệt do bếp

dầu cung cấp một cách đều đặn.
10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Hướng dẫn:
Gọi

là nhiệt lượng cần cung cấp cho nước và ấm nhôm trong hai lần đun;
là khối lượng nước trong lần đun đầu và sau,

là khối lượng của ấm

nhôm.
Nhiệt lượng phải cung cấp cho mỗi lần:

Do nhiệt tỏa ra một cách đều đặn, thời gian đun càng lâu thì nhiệt tỏa ra càng lớn.
Nghĩa là nhiệt cung cấp tỉ lệ thuận với thời gian nên Q=kt (với k là hằng số, t là
thời gian)
Áp dụng cho hai lần đun ta có:
=>
phút
*Bài tập vận dụng
Một thỏi đồng có khối lượng 3,5 kg và nhiệt độ là 260 oC. Sau khi nó tỏa ra một
nhiệt lượng 250kJ thì nhiệt độ của nó là bao nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng của
đồng là 380J/kg.K
2.3.2 Dạng toán liên quan đến sự trao đổi nhiệt
Loại 1: Trao đổi nhiệt chưa dẫn đến sự chuyển thể
*Phương pháp giải:
Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả ra = Qthu vào

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Nếu hỗn hợp có hai chất: chất 1 có m1, c1, nhiệt độ ban đầu t1 và chất 2 có m2, c2,
nhiệt độ ban đầu t2. Khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ hỗn hợp là t.
Ta có:
Nếu hỗn hợp gồm nhiều chất thì:
*Ví dụ 1: Một thau nhơm khối lượng 0, 5kg đựng 2kg nước ở 20 oC. Thả vào
thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ra ở lị. Nước nóng đến 21,2 0C.
Tìm nhiệt độ của bếp lị. Biết nhiệt dung riêng của nhơm, nước, đồng lần lượt là
c1 =880J/kg.K, c2 =4200J/kg.K, c3 =380J/kg.K. Bỏ qua sự toả nhiệt ra
môi trường Hướng dẫn:

Gọi t0C là nhiệt độ củ bếp lò, cũng là nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng
Nhiệt lượng thau nhôm nhận được để tăng từ
(

200C đến

21,20C

là khối lượng thau nhôm)
200C đến

Nhiệt lượng nước nhận được để tăng từ

21,20C

là khối lượng nước
Nhiệt lượng đồng toả ra để hạ từ t0C đến
(

21,20C

khối lượng thỏi đồng)

Do không có sự toả nhiệt ra mơi trường nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta
có:
=
Thay số vào ta được t = 160,780C

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


*Chú ý: Dạng bài tập này có thể yêu cầu tính khối lượng của vật tham gia vào
q trình trao đổi nhiệt, nhiệt dung riêng của vật tỏa nhiệt hoặc thu nhit thỡ ta
cng gii tng t.
Cách giải:
Bớc 1: Phân tích đề bài tìm đối tợng toả nhiệt, đối tợng thu
nhiệt
Bớc 2: Dùng công thức tính nhiệt lợng để tính nhiệt lợng toả ra,
nhiệt lợng thu vào
Bớc 3: Dùng phơng trình cân bằng nhiệt Qtoả = Qthu để tính
đại lợng cha biết theo đề bài yêu cầu (Qtoả = tổng các nhiệt lợng
toả ra, Qthu = tổng các nhiệt lợng thu vµo)
*Ví dụ 2: Thả một quả cầu nhơm khối lượng 0,15kg được nung nóng tới 100 oC
vào một cốc nước ở 20 oC. Sau một thời gian nhiệt độ của hệ thống là 25 oC. Tính
lượng nước ở trong cốc coi như chỉ có quả cầu và nước truyền nhiệt cho nhau, lấy
nhiệt dung riêng của nước bằng 4200J/kg.k, nhiệt dung riêng của nhơm bằng 880J/kg.K
Tóm tắt

Giải

m1 = 0,15kg

Nhiệt lượng của quả cầu nhôm toả ra khi nhiệt độ hạ từ

c1 = 880J/kg.K

100oC xuống 25oC là:

c2 = 4200J/kg.K Q1 = m1.c1  t = 0,15.880.(100-25) = 0,15.880.75 = 9900J
t1 = 100 oC

Nhiệt lượng của nước thu vào khi tăng nhiệt độ từ 20 oC lên

t2 = 20 oC

25oC là :

t3 = 25 oC

Q2 = m2.c2.  t = m2.4200.(25-20) = m2.4200.5 = m2.21000J
13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Tính: m = ?

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Q1 = Q2  9900 = 21000.m2  m2 = 9900 : 21000
 m2 = 0,47kg

*Bài tập vận dụng
Bài 1: Thả miếng đồng khối lương 500g đã được nung nóng ở 200 oC vào cái
chậu chứa 2lít nước ở 20oC. Tính nhiệt độ của hệ thống khi có cân bằng nhiệt.
Cho rằng chỉ có nước và đồng truyền nhiệt cho nhau. Biết nhiệt dung riêng của
nước bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng của đồng bằng 380J/kg.K
Bài 2: Để xác định nhiệt dung riêng cảu kim loại người ta bỏ vào nhiệt lượng kế
chứa 500g nước ở 13oC một miếng kim loại có khối lượng 400g được nung nóng

tới 100oC. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20oC. Tính nhiệt dung riêng của kim
loại. Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng nhiệt lượng kế và khơng khí, lấy nhiệt dung
riêng của nước bằng 4200J/kg.K
Loại 2: Trao đổi nhiệt có sự chuyển thể của các chất
*Phương pháp giải:
Bước 1: - Xác định các đối tượng tham gia vào quá trình nhiệt
- Xác định xem từng đối tượng trải qua mấy quá trình
- Xác định đối tượng toả nhiệt, đối tựng thu nhiệt
Bước 2: - Dùng cơng thức tính nhiệt lượng cho các q trình
- Tính Qtoả, Qthu
- Dùng phương trình cân bằng nhiệt Qtoả = Qthu để tính đại lượng cần tìm
Chú ý: ở bài tập trên có thể u cầu tính nhiệt độ ban đầu của nước đá hoặc
nước.
14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


*Ví dụ 1: Thả cục nước đá ở nhiệt độ t1= -50oC vào một lượng nước ở nhiệt độ t2
= 6 oC người ta thu được 25kg nước ở nhiệt độ 25 oC. Tính khối lượng nước đá và
nước? Biết nhiệt dung riêng cảu nước đá và nước là c1= 1800J/kg.K,
c2=4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước đá là  = 3,4.105J/kg
Hướng dẫn:
Gọi khối lượng của cục nước đá ở -50oC và nước ở 60oC lần lượt là m1, m2
Vì ta thu được 25kg nước ở 250C nên ta có: m1 + m2 = 25 (1)
Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá từ -500C tăng nên 00C là:
Q1 = m1.c1.  t = m1.1800.50 = 90000.m1
Nhiệt lượng cần thiết để cục nước đá ở 00c nóng chảy hồn tồn là:
Q2 = m1.  = m1.3,4.105 = 340000.m1
Nhiệt lượng cần thiết để m1kg nước ở 00C tăng nên 250C là:

Q3 = m1.c2.  t = m1.4200.25 = 105000.m1
Nhiệt lượng thu vào của cục nước đá là:
Qthu = Q1 + Q2 + Q3 = 90000.m1 + 340000.m1 + 105000.m1 = 535000.m1
Nhiệt lượng toả ra của m2 kg nước từ 600C hạ xuống 250C là:
Qtoả = m2.c2.  t = m2.4200.35 = 147000.m2
Theo phương trình cân bằng nhiệt ta được: Qtoả = Qthu
147000.m2 = 535000.m1  147.m2 = 535.m1 (2)
Từ (1)  m1 = 25 - m2 thay vào (2) ta được 147.m2 = 535.(25-m2)
 147.m2 = 13375 - 535.m2
 682.m2 = 13375

15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


 m2 = 19,6kg
 m1 = 25 - 19,6 = 5,4kg

Vậy khối lượng cục nước đá là: 5,4kg
khối lượng nước là: 19,6kg
*Ví dụ 2: Thả 400g nước đá vào 1kg nước ở 5 0C. Khi có cân bằng nhiệt thì thấy
khối lượng nước đá tăng thêm 10g. Xác định nhiệt độ ban đầu của nước đá. Biết
nhiệt dung riêng cảu nước đá và nước là c 1= 1800J/kg.K, c2=4200J/kg.K, nhiệt
nóng chảy của nước đá là  = 3,4.105J/kg
Hướng dẫn:
Bước 1: Bài tốn có hai đối tượng tham gia vào q trình nhiệt là:
- Nước đá ở t0C
- Nước ở 50C
Vì khi có cân bằng nhiệt thì thấy khối lượng nước đá tăng thêm 10g nên:

Nước ở 50C trải qua các quá trình là:
+ hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C
+ một phần nước ở 00C đông đặc thành nước đá (phần này có khối lượng bằng
10g)
Nước đá ở t0C chỉ có một q trình là tăng nhiệt độ từ t0C đến 00C
Vậy nước ở 50C toả nhiệt, nước đá ở t0C thu nhiệt
Bước 2: Nhiệt lượng cần để 1kg nước hạ nhiệt độ từ 50C xuống 00C là:
Q1 = m2.c2.  t = 1. 4200 5 = 21000J
Nhiệt lượng cần để 10g nước ở 00c đơng đặc hồn tồn là:
16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Q2 = m.  = 0,01.3,4.105= 3400J
Nhiệt lượng toả ra của nước ở 50C là:
Qtoả = Q1 + Q2 = 21000 + 3400 = 24400J
Nhiệt lượng thu vào của nước đá tăng từ t0C nên 00C là:
Qthu = m1.c1.  t = 0,4.1800.(-t) = - 720.t
Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Qtoả = Qthu  24400 = -720.t
 t = 24400:(-720) = - 340C

Vậy nhiệt độ ban đầu của nước đá là -340C
*Bài tập vận dụng: Thả một quả cầu bằng thép có khối lượng m 1 = 2kg được
nung nóng tới nhiệt độ 6000C vào hỗn hợp nước và nước đá ở 0 0C. Hỗn hợp có
khối lượng là m2 = 2kg. Tính khối lượng nước đá có trong hỗn hợp. Biết nhiệt độ
cuối cùng của hỗn hợp là 500C, nhiệt dung riêng của thép, của nước là c 1 =
460J/kg.K, c2 = 4200J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước đá là  = 3,4.105J/kg
Loại 3: Trao đổi nhiệt qua thanh và các vách ngăn
*Kiến thức

- Khi nhiệt được trao đổi qua thanh sẽ có một phần nhiệt lượng hao phí trên
thanh dẫn nhiệt. Nhiệt lượng này tỉ lệ với diện tích tiếp xúc của thanh với mơi
trường, tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ của thanh dẫn với nhiệt độ môi trường và
phụ thuộc vào chất liệu làm thanh dẫn.
- Khi hai thanh dẫn khác nhau được mắc nối tiếp thì năng lượng có ích
truyền trên hai thanh là như nhau. Khi hai thanh dẫn khác nhau mắc song song thì

17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


tổng nhiệt lượng có ích truyền trên hai thanh đúng bằng nhiệt lượng có ích của hệ
thống.
- Khi truyền nhiệt qua các vách ngăn. Nhiệt lượng trao đổi giữa các chất
qua vách ngăn tỷ lệ với diện tích các chất tiếp xúc với các vách ngăn và tỷ lệ với
độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên vách ngăn.
*Ví dụ: Trong một bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước và nước đá ở 0 oC. Qua
thành bên của bình, người ta đưa vào một thanh đồng có một lớp cách nhiệt bao
quanh. Một đầu của thanh tiếp xúc với nước đá, đầu kia được nhúng trong nước
sôi ở áp suất khí quyển. Sau thời gian 12 phút thì nước đá ở trong bình tan hết.
Nếu thay thanh đồng bằng thanh thép có cùng tiết diện và cùng chiều dài thì nước
đá tan hết sau 38,4 phút. Cho rằng nhiệt lượng truyền qua mỗi thanh phụ thuộc
vào thời gian T, vào vật liệu làm thanh và hiệu nhiệt độ giữa hai đầu thanh theo
công thức Q=

(với k là hệ số truyền nhiệt,

là độ lớn độ chênh lệch

nhiệt độ giữa hai đầu thanh, T là thời gian truyền nhiệt)
a. Tìm tỉ số hệ số truyền nhiệt của thanh đồng so với thanh thép.
b. Cho hai thanh đó nối tiếp với nhau rồi cho đầu thanh đồng tiếp xúc với nước
sơi thì nhiệt độ t tại điểm tiếp xúc giữa hai thanh là bao nhiêu?
Hướng dẫn:
a. Nhiệt lượng truyền qua thanh đồng và thanh thép lần lượt là:

18

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Vì nhiệt lượng truyền từ nước sơi qua mỗi thanh sang nước đá để nước đá
tan hết là như nhau nên

, lại có:

b. Khi mắc nối tiếp hai thanh thì nhiệt lượng truyền qua mỗi thanh trong đơn
vị thời gian là như nhau nên:

. Gọi nhiệt độ ở điểm tiếp xúc

giữa hai thanh là t ta có:

*Bài tập vận dụng
Trong một bình có tiết diện thẳng là hình vng được chia làm 3 ngăn như hình
vẽ: hai ngăn nhỏ có tiết diện thẳng cũng là hình vng có cạnh bằng nửa cạnh của
bình. Đổ nước vào các ngăn đến cùng một độ cao: ngăn một là nước ở nhiệt độ
t1=65oC; ngăn 2 là nước ở nhiệt độ t 2=35oC; ngăn 3 là nước ở nhiệt độ t 3=20oC.
Biết rằng thành bình cách nhiệt rất tốt nhưng vách ngăn có thể dẫn nhiệt. Nhiệt

lượng truyền qua vách ngăn trong một đơn vị thời gian tỉ lệ với diện tích tiếp xúc
của nước và với hiệu nhiệt độ hai bên vách ngăn. Sau một thời gian thì nhiệt độ
ngăn 1 giảm

. Hỏi ở hai ngăn còn lại nhiệt độ biến đổi bao nhiêu trong

thời gian nói trên. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của bình và mơi trường.
2.3.3 Bài tốn có sự trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi
*Phương pháp giải
+ Nếu khơng có hao phí nhiệt thì H=100% khi đó Qtoả = Qthu
+ Nếu có hao phí nhiệt ra bên ngồi thì H<100% và khi đó Qthu = H.Qtỏa
19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


*Ví dụ 1: Có 3 lít nước sơi đựng trong một cái ấm. Hỏi khi nhiệt độ của nước
giảm đi cịn 40oC thì nước tỏa ra mơi trường xung quanh nhiệt lượng là bao
nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng và trọng lượng riêng của nước lần lượt là
c=4200J/kg.K và d=104N/m3.
Hướng dẫn:
+ Khối lượng của nước: m=D.V=d/10.V=3kg
+ Khi nước sôi nhiệt độ t1=100oC, vì nhiệt tỏa ra mơi trường xung quanh nên
nhiệt độ giảm xuống cịn t2=40oC. Do đó nhiệt lượng mà nước đã tỏa ra mơi
trường xung quanh là:

*Ví dụ 2: Một thau nhơm có khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước ở 20 oC. Thả vào
thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ra ở lị. Nước nóng đến 21,2 oC.
Tìm nhiệt độ của bếp lị. Biết nhiệt dung riêng của nhôm, nước, đồng lần lượt là
. Biết nhiệt tỏa ra môi trường là

10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước.
Hướng dẫn:
Gọi t0C là nhiệt độ củ bếp lò, cũng là nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng
Nhiệt lượng thau nhôm nhận được để tăng từ
(

200C đến

21,20C

là khối lượng thau nhôm)
200C đến

Nhiệt lượng nước nhận được để tăng từ
(

21,20C

là khối lượng nước)

Nhiệt lượng đồng toả ra để hạ từ t0C đến

21,20C

20

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


(

khối lượng thỏi đồng)

Thực tế do có sự toả nhiệt ra mơi trường nên phương trình cân bằng nhiệt được
viết lại :

Hay
=

+

t’ = 174,740C
*Bài tập vận dụng:
Một ấm điện bằng nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 2kg nước ở

=25oC. Muốn

đun sơi lượng nước đó trong 20 phút thì ấm phải có công suất là bao nhiêu. Biết
nhiệt dung riêng của nước, nhôm lần lượt là c=4200J/kg.K,

=880J/ kg.K và

30% nhiệt lượng tỏa ra mơi trường xung quanh.
2.3.4 Bài tốn về năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu. Hiệu suất động cơ nhiệt
*Kiến thức:
+ Nhiệt lượng toả ra của nhiên liệu:
Q = m.q

m: khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg)
q: năng suất toả nhiệt của nhiên liệu(J/kg)

+ Động cơ nhiệt là động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt
cháy được chuyển hóa thành cơ năng.
+ Hiệu suất của động cơ nhiệt:
Trong đó:

là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu
21

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


=A là phần nhiệt có ích chuyển thành cơng có ích (J)
H là hiệu suất động cơ.
*Ví dụ 1: Người ta dùng bếp dầu hoả để đun sơi 2 lít nước từ 20°C đựng trong
một ấm nhơm có khối lượng 0,5kg. Tính lượng dầu hoả cần thiết, biết chỉ có 30%
nhiệt lượng do dầu hoả toả ra làm nóng nước và ấm. Lấy nhiệt dung riêng của
nước là 4200J/kg.K, của nhôm là 880J/kg.K, năng suất toả nhiệt của dầu hoả là
46.106J/kg.
*Hướng dẫn:
? Bài tốn trên có mấy đối tượng tham gia vào quá trình truyền nhiệt.
? Những đối tượng nào thu nhiệt, toả nhiệt.
? Nhiệt lượng nào là nhiệt lượng có ích.
? Nhiệt lượng nào là nhiệt lượng tồn phần.
? Hiệu suất của bếp bằng bao nhiêu.
? Để tính được khối lượng của dầu hoả thì phải tính được được đại lượng
nào.

22

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LUAN

Tóm tắt
m1 = 2kg
m2 = 0,5kg
t1 = 20°C
t2 = 20°C
c1 = 4200J/kg.K
c2 = 880J/kg.K
q = 46.106 J/kg
m=?

Giải
Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng nước từ 20°C đến
100°C là :
Q1 = m1.c1. t = 2.4200.(100 -20) = 672000(J)
Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng ấm từ 20°C đến 100°C
là :
Q2 = m2.c2. t = 0,5.880.(100 – 20) = 35200(J)
Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi ấm nước là :
Q = Q1+ Q2 = 672000 + 35200 = 707 200 (J)
Nhiệt lượng do dầu hoả toả ra là :
Qtp =

=

=

=2357333(J)

Lượng than cần thiết để đun sôi ấm nước là :
Qtp = m.q

m=

=

= 0,051(kg)

Chú ý : Bài tập này có thể yêu cầu tính hiệu suất hoặc tính nhiệt độ của bếp ta
cũng làm tương tự.
Cách giải : Bước 1: Phân tích đề bài xác định xem nhiệt lượng có ích dùng để
làm gì, xác định xem nhiệt lượng tồn phần lấy ra từ đâu.
Bước 2: Dùng mối liên hệ H =

suy luận tìm các đại lượng liên

quan.
*Ví dụ 2: Một ơtơ chạy được quãng đường 100 km với lực kéo trung bình 700N,
tiêu thụ hết 5 lít xăng (khoảng 4 kg). Tính hiệu suất của động cơ ôtô.
Hướng dẫn:
? Nêu công thức tính hiệu suất của động cơ.

? Tính cơng mà động cơ thực hiện được như thế nào.
Giải
? Nhiệt
bị đốt

được
tính
nhưlàthế
Tóm
tắt lượng mà xăng
Công
màcháy
độngtoả
cơrathực
hiện
được
: nào.
s = 100km = 100000m A = F.s = 700.100000 = 70 000 000 (J)
F= 700N
Nhiệt lượng do xăng bị đốt cháy toả ra là :
m = 4kg
Q = m.q = 4. 23
46.106 = 184 000 000 (J)
q= 46.106J/kg
Hiệu suất của động cơ là :
=?
=
38%
VANHCHAT
LUONG Hdownload
: add


Chú ý : Bài tốn này có thể u cầu tính quãng đường, lực kéo hoặc tính khối
lượng ta cũng làm tương tự.

Cách giải : Bước 1: Tính cơng mà động cơ thực hiện hoặc nhiệt lượng do nhiên
liệu bị đốt cháy toả ra.
Bước 2: Dựa vào công thức H =

suy luận để tìm các đại lượng liên quan.

*Bài tập vận dụng:Một bếp dầu hỏa có hiệu suất 30%.
a) Tính nhiệt lượng toàn phần mà bếp dầu tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 50g
dầu hỏa?
b) Với lượng dầu hỏa nói trên có thể đun sơi được bao nhiêu lít nước ở
t1=30oC. Biết năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là 44.10 6J/kg, nhiệt dung
riêng của nước là 4200J/kg.K.
2.3.5 Bài toán liên quan đến đồ thị nhiệt
*Phương pháp giải:
+ Căn cứ vào đồ thị suy ra các số liệu ứng với các đại lượng tương ứng.
+ Từ các đại lượng đã tìm được liên hệ với cơng thức thích hợp có chứa đại
lượng đã tìm được từ đó suy ra đại lượng khác.

24

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


*Ví dụ 1: Sự biến thiên nhiệt độ của khối nước đá đựng trong ca nhôm theo nhiệt
lượng cung cấp được cho trên đồ thị. Tìm khối lượng nước đá và khối lượng ca
nhôm. Biết QB=204 kJ, QC=220,12 kJ, nhiệt nóng chảy của nước đá là λ = 3,4.105
J/kg, nhiệt dung riêng của nước c1 = 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm c2 =
880J/kg.K
*Hướng dẫn:
Gọi khối lượng nước đá là m1, ca nhôm là m2.

Từ đồ thị ta thấy nước đá có nhiệt độ ban đầu là t1=0oC, nhiệt lượng thu vào để
làm nước đá nóng chảy là Q1=204 kJ. Ta có:

Tổng nhiệt lượng thu vào của ca nhơm và nước đá để chuyển từ nước đá ở t 1=0oC
đến t2=5oC là Q=220,12 kJ.

t(oC)

Ta có:
Thay số, giải PT ta được m2=0,8kg

5

0

C

B

Q(kJ)

25

LUAN VAN CHAT LUONG download : add