tiết 60: Bài tập các nguyên lí của nhiệt động lực học

Ngày soạn: 18/ 3/ 2015.
Ngày giảng: 24/ 3/ 2015.
Tiết 60: BÀI TẬP
I. MỤC TIÊU.
1. Kiến thức:
- Biết được định nghĩa nội năng và các cách làm biến thiên nội năng.
- Công thức tính nhiệt lượng
- Hiểu nội dung của nguyên lí I nhiệt động lực học và biểu thức tính của nó.
- Biết được quy ước về dấu của nhiệt lượng và công.
- Biết được các cách phát biểu của nguyên lí II nhiệt động lực học.
2. Kĩ năng:
- Vận dụng công thức tính nhiệt lượng để giải bài tập.
- Vận dụng công thức của nguyên lí I nhiệt động lực học và quy ước về dấu của
công và nhiệt lượng để giải bài tập.
-Vận dụng nguyên lí II để giải thích các hiện tượng trong đời sống, kĩ thuật.
3. Thái độ.
Hứng thú và yêu thích môn học, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận chính xác.
II. TRỌNG TÂM.
- Bài tập về Nguyên lí I NĐLH.
- Bài tập về quy ước dấu của các đại lượng trong nguyên lí I NĐLH.
III. PHƯƠNG PHÁP, PHƯƠNG TIỆN.
1. Phương pháp.
Vấn đáp, hướng dẫn.
2. Phương tiện.
Phiếu học tập, phấn, bảng.
IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC.
1. Ổn định lớp (1 phút).
Lớp 10A9
2. Kiểm tra bài cũ (trong phần nhắc lại kiến thức cần nhớ)
3. Bài mới.

Hoạt động 1(1 phút): Đặt vấn đề.
Chúng ta vừa học xong chương VI Cơ sở của nhiệt động lực học. Hôm nay chúng
ta sẽ vận dụng kiến thức đã được học trong chương này để giải một số bài tập.
Hoạt động 2(7 phút): Nhắc lại kiến thức cần nhớ.
Hoạt động của GV và HS
Nội dung chính
GV: Yêu cầu HS nhắc lại các kiến thức I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ.
cần nhớ trong bài nội năng và sự biến
1. Nội năng và sự biến thiên nội năng.
thiên nội năng.
+ Định nghĩa nội năng: Trong nhiệt
HS: Định nghĩa nội năng: Trong nhiệt động lực học người ta gọi tổng động
động lực học người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu
năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật.
tạo nên vật là nội năng của vật.
Nội năng của một vật phụ thuộc vào + U= f (T, V).
nhiệt độ và thể tích của vật: U= f (T, V).
+ Có 2 cách làm thay đổi nội năng là
Có 2 cách làm thay đổi nội năng là thực thực hiện công và truyền nhiệt.
hiện công và truyền nhiệt.
+ Trong quá trình truyền nhiệt thì nhiệt
Trong quá trình truyền nhiệt thì nhiệt lượng bằng
lượng bằng
ΔU= Q
ΔU= Q
Công thức tính nhiệt lượng:
Công thức tính nhiệt lượng:
Q= mcΔt
Q= mcΔt

Trong đó:
Trong đó:
Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J).
Q là nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra (J).
m là khối lượng của chất (Kg).
m là khối lượng của chất (Kg).
c là nhiệt dung riêng của chất (J/Kg.K).
c là nhiệt dung riêng của chất (J/Kg.K). Δt là độ biến thiên nhiệt độ (0C hoặc K).
Δt là độ biến thiên nhiệt độ (0C hoặc K).
GV: Yêu cầu HS nhắc lại các kiến thức
cần nhớ trong bài các nguyên lí của 2. Các nguyên lí của nhiệt động lực học.
nhiệt động lực học.
+ Nguyên lí I NĐLH: Độ biến thiên nội
HS:+ Nội dung nguyên lí I NĐLH: Độ năng của vật bằng tổng công và nhiệt
biến thiên nội năng của vật bằng tổng lượng mà vật nhận được.
công và nhiệt lượng mà vật nhận được. -Công thức: ΔU= A + Q
-Công thức: ΔU= A + Q
Trong đó:
Trong đó:
ΔU là độ biến thiên nội năng của hệ.
ΔU là độ biến thiên nội năng của hệ.
A là công mà hệ đã nhận được hay sinh
A là công mà hệ đã nhận được hay sinh ra.
ra.
Q là nhiệt lượng mà hệ nhận được từ hệ
Q là nhiệt lượng mà hệ nhận được từ hệ khác hay truyền cho hệ khác.
khác hay truyền cho hệ khác.
+ Quy ước về dấu của nhiệt lượng và
+ Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công:
công:

Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng.


Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng.
Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng.
A > 0: Hệ nhận công.
A < 0: Hệ thực hiện công.
+ Nội dung của nguyên lí II NĐLH:
Cách phát biểu của Clau-di-út: Nhiệt
không thể tự truyền từ một vật sang vật
nóng hơn.
Cách phát biểu của Các-nô: Động cơ
nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt
lượng nhận được thành công cơ học.

Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng.
A > 0: Hệ nhận công.
A < 0: Hệ thực hiện công.
+ Nguyên lí II NĐLH:
* Nhiệt không thể tự truyền từ một vật
sang vật nóng hơn.
* Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa
tất cả nhiệt lượng nhận được thành công
cơ học.

Hoạt động 2(35 phút): Bài tập áp dụng
Hoạt động của GV và HS
GV: Phát phiếu học tập cho HS.
Yêu cầu HS làm phần I. Trắc nghiệm.
HS: Suy nghĩ trả lời:

Câu 1. D
Câu 4. B
Câu 2. C
Câu 5. C
Câu 3. A
GV: Nhận xét.
Yêu cầu HS làm phần II. Tự luận.
Yêu cầu HS đọc và tóm tắt đề bài bài 1
HS: Tóm tắt:
m1= 0,5 kg; m2 = 0,118 kg; t1 = 20oC
m3 = 0,2 kg; t2 = 75oC;
c1 =0,92.103 J/(kg.K
c3 =0,46.103 J/(kg.K)
Khi cân bằng nhiệt thì t = ?
GV: Nhiệt lượng bình nhôm thu: Q1 )
c2 =4,18.103 J/(kg.K)
=?
HS: Q1 = m1c1( t –t1)
GV: Nhiệt lượng nước thu vào: Q2 =?
HS: Q2 = m2c2( t –t1)
GV: Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra: Q 3
=?
HS: Q3 = m3c3( t2 –t)
GV: Khi cân bằng nhiệt ta có phương
trình gì?
HS: Q1 + Q2 = Q3
GV: Giải phương trình trên ta sẽ thu
được giá trị của nhiệt độ t khi cân
bằng.

Nội dung chính
II. BÀI TẬP ÁP DỤNG.
Phần I: Trắc nghiệm.
Câu 1. D
Câu 4. B
Câu 2. C
Câu 5. C
Câu 3. A
Phần II: Tự luận.
Bài 1: Tóm tắt:
m1= 0,5 kg; m2 = 0,118 kg; t1 = 20oC
m3 = 0,2 kg; t2 = 75oC;
C1 =0,92.103 J/(kg.K)
C2 =4,18.103 J/(kg.K)
C3 =0,46.103 J/(kg.K)
Khi cân bằng nhiệt thì t = ?
Giải:
Nhiệt lượng bình nhôm thu vào là:
Q1 = m1c1( t –t1)
Nhiệt lượng nước thu vào là:
Q2 = m2c2( t –t1)
Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra là:
Q3 = m3c3( t2 –t)
Khi cân bằng nhiệt ta có phương trình:
Q1 + Q2 = Q3
 m1c1( t –t1) + m2c2( t –t1) = m3c3( t2 –t)
(m1c1 + m2c2 + m3c3)t =(m1c1 + m2c2)t1
+ m3c3 t2
=> t = 25oC

Yêu cầu HS lên bảng làm bài tập.
HS: Làm theo yêu cầu của GV.

Bài 3: Tóm tắt:
Q = 6.106 J; ΔV = 0,5 m3
GV: Yêu cầu HS đọc và tóm tắt đề bài P = 8. 106 N/ m2 = hằng số
bài 3.
ΔU =?
HS: Tóm tắt:
Q = 6.106 J; ΔV = 0,5 m3
P = 8. 106 N/ m2 = hằng số
ΔU =?
GV: Đây là quá trình gì?
HS: Quá trình đẳng áp.
GV: Vậy công thức tính độ biến thiên
Giải:
nội năng là gì?
Công khí thực hiện là:
HS: ΔU = A + Q
A = p. ΔV = 8. 106 . 0,5 = 4. 106 (J)
GV: Công A được tính như thế nào?
Khí nhận nhiêt: Q > 0
HS: A = F. Δh = p. S.Δh = p. ΔV
Khí thực hiện công: A < 0
GV: Dấu của công và nhiệt lượng như Độ biến thiên nội năng của khí là:
thế nào?
ΔU = A + Q
HS: Q > 0; A < 0
=6.106 - 4. 106 = 2.106 (J)

GV: Từ đây ta có thể dễ dàng tính Bài 4:
được độ biến thiên nội năng.
Tóm tắt:
Yêu cầu HS lên bảng làm bài tập.
V=500cm3 ; P =1,96.106 Pa
HS: Làm theo yêu cầu của giáo viên.
Δt = 100C ; A = 36J
T=?
GV: Yêu cầu HS đọc và tóm tắt đề bài
Giải:
bài 4.
Thể tích của khí tăng lên một lượng:
HS: Tóm tắt:
ΔV = A : p
3
6
V=500cm ; P =1,96.10 Pa
=36 : (1,96.106) = 1,84.10-5 (m3)
Δt = 100C ; A = 36J
Ta có: V1 / T1 = V2 / T2
T=?
 V1 / T1 = (V1 +ΔV) / (T1 + Δt)
GV: Thể tích khí tăng lên được tính T1. ΔV = V1. Δt
như thế nào?
 T1 = V1. Δt / ΔV
HS: A = p. ΔV
= 5. 10-4 . 10 / 1,84.10-5
=> ΔV = A : p
=272 K
GV: Muốn tính nhiệt độ ban đầu của

chất khí ta phải áp dụng công thức
nào?
HS: Áp dụng công thức của định luật
Gay Luy-xác: V1 / T1 = V2 / T2
GV:Yêu cầu HS lên bảng làm bài tập.
HS: Làm theo yêu cầu của giáo viên.

4. Dặn dò (1 phút)


Yêu cầu học sinh đọc trước bài 34: Chất rắn kết tinh. Chất rắn vô định hình.

IV. RÚT KINH NGHIỆM SAU GIỜ DẠY.
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................

PHIẾU HỌC TẬP
PHẦN I: TRẮC NGHIỆM.
(Khoanh tròn vào đáp án đúng)
Câu 1: Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng?
A. Nội năng là một dạng năng lượng.
B. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
C. Nội năng của một vật có thể tăng lên hoặc giảm đi.
D. Nội năng là nhiệt lượng.
Câu 2: Hệ thức ΔU = Q là hệ thức của nguyên lí I NĐLH
A. Áp dụng cho quá trình đẳng nhiệt.
B. Áp dụng cho quá trình đẳng áp.
C. Áp dụng cho quá trình đẳng tích.

D. Áp dụng cho cả ba quá trình trên.
Câu 3: Hệ thức nào sau đây phù hợp với quá trình làm lạnh đẳng tích?
A.ΔU = Q với Q < 0.
B. ΔU = Q với Q > 0.
C.ΔU = A với A > 0.
D. ΔU = A với A < 0.
Câu 4: Khi nói về cấu tạo động cơ nhiệt, phát biểu nào sau đây sai?
A. Động cơ nhiệt có 3 bộ phận cơ bản là: nguồn nóng, bộ phận phát động và
nguồn lạnh.
B. Nguồn nóng có tác dụng duy trì nhiệt độ cho động cơ nhiệt.
C. Trong bộ phận phát động, tác nhân dãn nở sinh công.
D. Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng do tác nhân tỏa ra để giảm nhiệt độ.
Câu 5: Để nâng cao hiệu suất động cơ nhiệt, người ta cần


A. Nâng cao nhiệt độ của nguồn nóng.
B. Hạ thấp nhiệt độ của nguồn lạnh.
C. Nâng cao nhiệt độ của nguồn nóng, hạ thấp nhiệt độ của nguồn lạnh.
D. Hạ thấp nhiệt độ của nguồn nóng, nâng cao nhiệt độ của nguồn lạnh.

PHẦN II: TỰ LUẬN.
Bài 1: Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ
20oC. Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg đã được nung
tới 75oC. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.
Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm
là 0,92.103 J/(kg.K); của nước là 4,18.103 J/(kg.K); của sắt là 0,46.103 J/
(kg.K).
Bài 2: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước
ở nhiệt độ 8,4oC. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g đã nung
nóng tới 100oC vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm

miếng kim loại, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,5 oC.
Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng
thau là 0,128.103 J/(kg.K).
Bài 3: Khi truyền nhiệt lượng 6.106 J cho khí trong một xilanh hình trụ thì
khí nở ra đẩy pít tông lên làm thể tích của khí tăng thêm 0,5m 3. Tính độ biến
thiên nội năng của khí. Biết áp suất của khí là 8.10 6 N/m2 và coi áp suất này
không thay đổi trong quá trình thực hiện công.
Bài 4: Không khí trong xilanh có thể tích V=500cm 3 và áp suất 1,96.106 Pa.
Do được đun nóng đẳng áp, không khí trong xilanh nóng thêm 100C và thực
hiện công 36 J đẩy pittông đi lên. Hãy xác định nhiệt độ ban đầu của chất khí.
Bài 5: Một lượng khí lí tưởng chứa trong một xilanh có pít tông chuyển động
được. Các thông số trạng thái ban đầu của khí là 0,010 m 3; 100 kPa; 300K.
Khí được làm lạnh đẳng áp tới khi thể tích khí còn là 0,006m3.
a. Vẽ đường biểu diễn qua trình biến đổi trạng thái trong hệ tọa độ (p, V).
b. Xác định nhiệt độ cuối cùng của khí.


c. Tính công của chất khí.