Phương pháp giải bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học

Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009
Sáng kiến kinh nghiệm
Phơng pháp giảI một số dạng bài tập vật lí cơ bản và nâng
cao phần nhiệt học
Phần I- Đặt vấn đề
I-Lí do chọn đề tài
Bồi dỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ then chốt trong mỗi nhà trờng, bởi vì kết
quả học sinh giỏi hàng năm là một trong những tiêu chuẩn để xét thi đua cho nhà
tròng và nó cũng là một trong những tiêu chuẩn để tạo danh tiếng cho trờng, là
thành quả để tạo lòng tin với phụ huynh và là cơ sở tốt để xã hội hoá giáo dục.
Nghị quyết trung ơng II khoá VIII đã nêu rõ mục tiêu giáo dục là Nâng cao chất l-
ợng giáo dục ..., đổi mới nội dung và phơng pháp ..., rèn luyện thành nếp t duy sáng
tạo của ngời học. Để đạt đợc mục tiêu đó thì ngời thầy phải không ngừng học tập
bồi dỡng chuyên môn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề và phải tiếp cận với các phơng
pháp dạy học hiện đại, phải kết hợp tốt các phơng pháp dạy học nhằn thu hút các
em học sinh vào bài giảng, tổ chức điều khiển đẻ các em tích cực chủ động tự giác
học tập tiếp thu kiến thức. Từ đó xây dựng lòng yêu thích say mê môn học, bồi d-
ỡng năng lực tự học cho ngời học.
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, các sự vật hiện tợng vật lý rất quen thuộc
gần gũi với các em. Song việc tạo lòng say mê yêu thích và hứng thú tìm tòi kiến
thức lại phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ s phạm của ngời thầy. Qua giảng dạy và
tìm hiểu tôi nhận thấy phần lớn các em cha có thói quen vận dụng những kiến thức
đã học vào giải bài tập vật lý một cách có hiệu quả.
Nhiệt học là một trong bốn phần kiến thức vật lí cơ bản đợc trang bị cho học
sinh trung học cơ sở. Lợng kiến thức của phần này không nhiều so với các phần
khác, bài tập của phần này cũng không quá khó nhng lại gặp thờng xuyên trong các
kì thi học sinh giỏi các cấp. Song vì các em ít đợc tiếp xúc với bài tập định lợng, số
giờ bài tập ở lớp 8 lại không có nên việc định hớng giải bài tập nhiệt học rất khó
khăn với các em và các em cha có phơng pháp giải.
II- Mục đích nghiên cứu đúc rút kinh nghiệm
Xuất phát từ những lý do trên tôi đã suy nghĩ, tìm tòi và đa ra sang kiến: Phơng

pháp giải một số dạng bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học với mong
muốn phần nào khắc phục đợc nhợc điểm tìm cách giải bài tập vật lí nhiệt học của học
sinh khối 8 và rèn luyện tính tự học cho học sinh khối 9 góp phần hoàn thành mục tiêu
giáo dục
III - Kết quả cần đạt
+ Đối với học sinh đại trà khối 8: Biết cách giải các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ
bản
+ Đối với học sinh giỏi khối 8: Biết cách giải các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ bản
và nâng cao
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
1
Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009
+ Đối với học sinh giỏi khối 9: Tự học và giải đợc các dạng bài tập vật lí nhiệt học cơ
bản và nâng cao
IV - Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
+ Học sinh đại trà khối 8 năm học 2007 - 2008 trờng THCS cộng Hiền
+ Học sinh giỏi khối 8 năm học 2007 - 2008 trờng THCS cộng Hiền
+ Học sinh giỏi khối 9 năm học 2008 - 2009 trờng THCS cộng Hiền
Phần II - Nội dung
I- Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu
Bồi dỡng học sinh giỏi và nâng cao chất lợng đại trà là việc làm đợc sự chỉ đạo
từ ban giám hiệu đến việc phân công giao trọng trách và chỉ tiêu cho từng đồng chí
giáo viên đứng lớp. Nên kế hoạch bồi dỡng học sinh giỏi cho từng giáo viên, kiểm
tra đôn đốc giáo viên qua việc dự giờ thăm lớp rút kinh nghiệm cho từng đồng chí.
Trong đó chỉ đạo đổi mới phơng pháp nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của
ngời học là nhiệm vụ cấp bách.
Bồi dỡng học sinh giỏi là việc làm thờng xuyên, liên tục và lâu dài. Nó đòi hỏi
ngời giáo viên không phải chỉ có năng lực, kinh nghiệm mà phải có cả tâm huyết
với nghề, yêu nghề, yêu trò, phát hiện và bồi dỡng tạo điều kiện để cho những em
có năng lực tự bộc lộ khả năng một cách tối đa. Theo ý kiến của nhièu học giả đều

cho rằng mỗi học sinh đều có mặt mạnh riêng, vì vậy trong dạy học giáo viên cần
chú ý đến điểm này thì xẽ nâng cao đợc chất lợng toàn diện .
Bồi dỡng học sinh giỏi là công tác đã có nền tảng từ rất lâu. Ngày xa ta có tớc
vị trạng nguyên, ngày nay ta có các kì thi học sinh giỏi các cấp, thi học sinh giỏi
Olimpic và nớc ta luôn có thành tích cao đáng để các nớc bạn mến phục. Tuy nhiên
ta phải xác định bồi dỡng học sinh giỏi không phải là học tủ, học lệch. Vì vậy công
tác bồi dỡng học sinh giỏi phải đợc biến thành quá trình tự học, tự bồi dỡng của ng-
ời học thì mới đạt đợc kết quả cao
Đến nay ta phải khẳng định rằng nâng cao chất lợng toàn diện, bồi dỡng học
sinh giỏi là việc làm tích cực, đúng dắn, phù hợp với yêu cầu của sự phát triển của
đất nớc, của thời đại.
II- Thực trạng của vấn đề cần nghiên cứu
Qua giảng dạy và bồi dỡng học sinh giỏi môn vật lí phần nhiệt học tôi nhận
thấy việc định hớng giải bài tập định lợng của các em còn yếu ở các mặt sau:
+ Các em cha xác định đợc các quá trình trao đổi nhiệt
+ Các em cha xác đinh đợc đúng đối tợng trao đổi nhiệt
+ C ác em cha xác đinh đợc các bớc giải bài tập
Kết quả khảo sát cụ thể:
- Đề khảo sát chất lợng đầu năm học 2007- 2008 môn vật lí 9 do PGD Huyện
Vĩnh Bảo ra có bài tập 1 (3đ)nh sau:
Một ấm nhôm nặng 400g chứa 2lít nớc ở 20
0
c
a, Tính nhiệt lợng cung cấp để đun sôi nớc (nớc sôi ở 100
0
c)
b, Nếu dùng bếp dầu có hiệu suất 40% để đun sôi ấm nớc đó thì cần bao nhiêu
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
2
Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009

gam dầu? Biết nhiệt dung riêng của nớc là c= 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của
nhôm là c
2
= 880J/kg.K , năng suất toả nhiệt của dầu là q = 14.10
6
J/kg
Kết quả có 123 em học sinh khối 9 tham gia khảo sát thì 43 em không làm bài
này, 80 em làm bài này trong đó có 27 em giải đúng câu a, là:
Nhiệt lợng cần để đun 2lít nớc ở 20
0
c đến sôi là
Q
1
= m
1
.c
1
.

t = 2.4200.80 = 672000J
Nhiệt lợng cần để đun 0,4 kg nhôm từ 20
0
đến 100
0
là:
Q
2
= m
2
.c

2
.

t = 0,4.880.80 =28160J
Nhiệt lợng cần để đun sôi ấm nớc là
Q
i
= Q
1
+ Q
2
= 672000 + 28160 = 700160J
Còn lại là làm sai
Trong 27 em làm đợc câu a, chỉ có 3 em làm đúng câu b, là:
Nhiệt lợng toàn phần của bếp cung cấp là:
Q
TP
= Q
i
/H = 700160: 0,4 = 1750400J
Số lợng dầu cần để đun sôi ấm nớc là:
Q
TP
= m.q

m = Q
TP
/ q = 1750400: 14.10
6
= 0,125(kg) = 125(g)

Còn lại là làm sai hoặc không làm
- Cuối năm học 2007-2008 nhà trờng có khảo sát chất lợng môn Vật Lí 8 để
đánh giá thi đua. Trong đề có bài tập 1:
Một ấm nhôm khối lợng 0,5kg đụng 2lít nớc ở 20
0
c
a, tính nhiệt lợng cần thiết để đun sôi ấm nớc đó(nớc sôi ở 100
0
)
b, Nếu dùng bếp dầu có hiệu suất 40% để đun sôi ấm nớc đó thì cần bao nhiêu gam
dầu? Biết nhiệt dung riêng của nớc là c= 4200J/kg.K, nhiệt dung riêng của nhôm là
c
2
= 880J/kg.K , năng suất toả nhiệt của dầu là q = 44.10
6
J/kg
Kết quả thống kê nh sau:
Có 122 em học sinh khối 8 chỉ có 57 em giải đúng đợc câu a, còn lại là lời giải sai
hoặc không làm bài này.
Trong 57 em giải đợc câu a, chỉ có 18 em giải đợc câu b, còn lại là giải sai hoặc
không làm đợc bài
- Đề khảo sát chất lợng học sinh giỏi tháng 10 năm học 2008-2009 do PGD
huyện ra đề có bài tập 2 là:
Muốn có 12 lít nớc ở t
0
= 30
0
c ta cần lấy bao nhiêu lít nớc ở nhiệt độ t
1
= 80

0
c pha
với bao nhiêu lít nớc lạnh ở nhiệt độ t
2
= 20
0
c.
Đội tuyển Lí 9 của tôi có 2 em đều có lời giải sai là:
Nhiệt lợng toả ra của 12 lít nớc nóng ở 80
0
c là
Q
1
= 12.4200.(80-30) = 2520000J
Nhiệt lợng thu vào của m kg nớc ở 20
0
c là:
Q
2
= m. 4200.(30-20) = 42000.m
Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta có:
Q
1
= Q
2


2520000 = 42000.m

m = 2520000: 42000 = 60 (kg) = 60 lít

Vậy nguyên nhân nào làm cho các em không có định hớng giải bài tập nh thế?
Theo tôi có nhiều nguyên nhân trong đó có cả nguyên nhân khách quan và nguyên
nhân chủ quan.
Trớc hết phải kể đến sự hạn chế về phơng pháp truyền đạt kiến thức của ngời
thầy đến với học sinh cha đạt hiệu quả cao .
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
3
Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009
Thứ hai là bản thân học sinh còn chủ quan nơ là, cha tập chung nghe giảng nên
tiếp thu kiến thức cha đầy đủ do vậy việc định hớng giải bài tập cha tốt.
Thứ ba phải kể đến cách biên soạn chơng trình sách giáo khoa Vật Lý 8. Đó là
toàn bộ các tiết dạy đều là lý thuyết, không có tiết bài tập nên giáo viên cha rèn đợc
kỹ năng cho học sinh . Trong khi ở lớp 6 lớp 7 các em ít đợc làm quen với dạng bài
tập định lợng thì lên lớp 8 các em cố rất nhiều bài tập định lợng nhất là phần nhiệt
học. Vì vậy đói với các em học sinh mà nói bài tập vật lí nhiệt học là khó song lại
không đợc rèn luyện thờng xuyên dẫn đến việc định hớng giải bài tập nhiệt học của
các em là rất kém.
Để giúp các em khắc phục phần nào hạn chế đó, tôi đã tìm tòi, suy nghĩ và đa ra
Phơng pháp giải một số dang bài tập vật lí cơ bản và nâng cao phần nhiệt học.
Qua đây sẽ góp phần vào việc rèn luyện t duy tích cực và phơng pháp tự học của
ngời học . Từ đó các em thêm yêu thích môn học , phát triển đợc năng lực tìm tòi
học tập của các em.
III- Mô tả hệ giải pháp
1- Các kiến thức cần thiết
+ Công thức tính nhiệt lợng toả ra, thu vào: Q = m.c.

t (

t =
tt

)
Q: nhiệt lợng thu vào(toả ra)của chất(J)
m: khối lợng của chất thu(toả) nhiệt(kg)
c: nhiệt dung riêng của chất thu(toả) nhiệt(J/kg.K)

t: độ tăng(giảm) nhiệt độ của các chất(
0
c)
+ Phơng trình cân bằng nhiệt: Q
toả
= Q
thu

+ Nhiệt lợng toả ra của nhiên liệu:
Q = m.q m: khối lợng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn(kg)
q: năng suất toả nhiệt của nhiên liệu(J/kg)
+ nhiệt lợng cần thiết để một chất nóng chảy hay đông đặc hoàn toàn:
Q = m.

m: khối lợng của chất bị nóng chảy(đông đặc) hoàn toàn(kg)


: nhiệt nóng chảy của chất(J/kg)
+ Công thức tính hiệu suất là:
H = Q
i
/ Q
TP
Q

i
: nhiệt lợng có ích(J)
Q
TP
: nhiệt lợng toàn phần(J)
2, Phơng pháp giải các dang bài tập cơ bản và nâng cao phần nhiệt
học
A- Các dạng bài tập cơ bản
Dạng 1: Bài tập chỉ có một quá trình thu nhiệt của các chất
Bài tập: Tính nhiệt lợng cần thiết để đun sôi 2000cm
3
nớc đựng trong ấm nhôm có
khối lợng 500g ở nhiệt độ 20
0
c(nớc sôi ở 100
0
c) biết nhiệt dung riêng của nớc và
của nhôm lần lợt là c
1
= 4200J/kg.K , c
2
= 880J/kg
Phân tích bài: Đọc bài toán ta thấy có hai đối tợng tham gia thu nhiệt là: 2000cm
3
nớc ở 20
0
c và 500g nhôm ở 20
0
c
Vậy nhiệt lợng để đun sôi ấm nớc bằng nhiệt lợng cung cấp cho nớc dể nó tăng từ

20
0
c đến 100
0
c cộng với nhiệt lợng cung cấp cho ấm nhôm để nó tăng từ 20
0
c đến
100
0
c
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
4
Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009

Từ sự phân tích đó ta có lời giải sau:
Tóm tắt
m
1
= 2kg
m
2
= 0,5kg
c
1
= 4200J/kg.K
c
2
= 880J/kg.K
Tính: Q = ?
giải

Nhiệt lợng cần để đun 2000cm
3
nớc từ 20
0
c đến 100
0
c là:
Q
1
= m
1
.c
1
.

t = 2.4200.(100-20) = 672000(J)
Nhiệt lợng cần để đun 500g nhôm từ 20
0
c đến 100
0
c là:
Q
2
= m
2
.c
2
.

t = 0,5.880.(100-20) = 35200(J)

Nhiệt lợng cần để đun sôi ấm nớc jà:
Q = Q
1
+ Q
2
= 672000 + 35200 = 707200(J)
Chú ý: ta phải đổi đơn vị 2000cm
3
= 2 dm
3
= 2lít
500g = 0,5 kg
Cách giải: Bớc 1: Phân tích tìm các đối tợng thu nhiệt
Bớc 2: dùng công thức Q= m.c.

t để tính nhiệt lợng theo yêu cầu của
bài. Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần)
Bài tập tự giải: Một ấm nhôm khối lợng 250g chứa 1lít nớc ở 20
0
c. Tính nhiệt lợng
cần để đun sôi lợng nớc nói trên; biết nhiệt dung riêng của nớc và của nhôm lần lợt
là c
1
= 4200J/kg.K , c
2
= 880J/kg.K
Dạng 2: Bài tập có cả quá trình thu nhiệt và quá trình toả nhiệt
Bài tập: Thả một quả cầu nhôm khối lợng 0,15kg đợc nung nóng tới 100
0
c vào một

cốc nớc ở 20
0
c. Sau một thời gian nhiệt độ của hệ thống là 25
0
c. Tính lợng nớc ở
trong cốc coi nh chỉ có quả cầu và nớc truyền nhiệt cho nhau, lấy nhiệt dung rieng
của nớc bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung rieng của nhôm bằng 880J/kg.k
Phân tích: Bài này có hai đối tợng tham gia vào quá trình nhiệt là
+ 0,15kg đồng ở 100
0
c

đồng toả nhiệt
+ Nớc ở 20
0
c

nớc thu nhiệt
đồng toả nhiệt để hạ nhiệt độ từ 100
0
c xuống 25
0
c, nớc thu nhiệt để tang nhiệt độ từ
20
0
c lên 25
0
c(25
0
c là nhiệt độ cân bằng của hệ thống)

Từ sự phân tích đó ta có lời giải sau:
Tóm tắt
m
1
= 0,15kg
c
1
= 880J/kg.K
c
2
= 4200J/kg.K
t
1
= 100
0
c
t
2
= 20
0
c
t
3
= 25
0
c
Tính: m = ?
giải
Nhiệt lợng của quả cầu nhôm toả ra khi nhiệt độ hạ từ
100

0
c xuống 25
0
c là:
Q
1
= m
1
.c
1
.

t = 0,15.880.(100-25) = 0,15.880.75 =
9900J
Nhiệt lợng của nớc thu vào khi tăng nhiệt độ từ 20
0
c lên
25
0
c là :
Q
2
= m
2
.c
2
.

t = m
2

.4200.(25-20) = m
2
.4200.5 =
m
2
.21000J
Theo phơng trình cân bằng nhiệt ta có:
Q
1
= Q
2

9900 = 21000.m
2


m
2
= 9900 : 21000

m
2
= 0,47kg
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
5
Sáng kiến kinh nghiệm - Trờng THCS Cộng Hiền - Năm học 2008 - 2009
Chú ý: Bài tập này có thể yêu cầu tính nhiệt độ cân bằng của hệ thống,hoặc tính
nhiệt dung riêng của kim loại hay của chất lỏng thì ta cũng giải tơng tự
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 l-

ợng thu vào
Bớc 3: Dùng phơng trình cân bằng nhiệt Q
toả
= Q
thu
để tính đại lợng cha
biết theo đề bài yêu cầu( Q
toả
= tổng các nhiệt lợng toả ra, Q
thu
= tổng các nhiệt lợng
thu vào)
Bài tập tự giải: 1,Thả miếng đồng khối lơng 500g đã đợc nung nóng ở 200
0
c vào
cái chậu chứa 2lít nớc ở 20
0
c. Tính nhiệt độ của hệ thống khi có cân bằng nhiệt.
Cho rằng chỉ có nớc và đồng truyền nhiệt cho nhau. Biết nhiệt dung riêng của nớc
bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng của đồng bằng 380J/kg.k
2, Để xác định nhiệt dung riêng cảu kim loại ngời ta bỏ vào nhiệt lợng kế chứa
500g nớc ở 13
0
c một miếng kim loại có khối lợng 400g đợc nung nóng tới 100
0
c.
Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 20
0
c. Tính nhiệt dung riêng của kim loại. Bỏ qua
nhiệt lợng làm nóng nhiệt lợng kế và không khí, lấy nhiệt dung riêng của nớc bằng

4200J/kg.k
Dạng 3: Bài tập có liên quan đến hiệu suất
Bài tập: Ngời ta dùng bếp than để đun sôi một ấm nhôm khối lợng 500g đựng 2lít
nớc ở 20
0
c. Tính lợng than cấn thiết để đun sôi ấm nớc trên biết hiệu suất của bếp là
40%. Biết nhiệt dung riêng của nớc bằng 4200J/kg.k , nhiệt dung riêng của nhôm
bằng 880J/kg.k
Phân tích bài : Bài tập này có: + Hai đối tợng thu nhiệt là nớc và ấm nhôm
+ Một đối tợng toả nhiệt là bếp than
- Nhiệt có ích là nhiệt làm nóng bếp và nớc
- Nhiệt toàn phần do than bị đốt cháy toả ra
Hiệu suất của bếp bằng 40% có nghĩa là 40% nhiệt của bếp cung cấp biến thành
nhiệt có ích. Để tính đợc khối lợng than thì phải tính đợc nhiệt toà phần của bếp.
Từ đó ta có lời giải:
Tóm tắt
m
1
= 0,5kg
m
2
= 2kg
c
1
= 880J/kg.K
c
2
= 4200J/kg.K
t
1

= 20
0
c
t
2
= 100
0
c
Tính: m = ?
giải
Nhiệt lợng cần thiết để đun nóng ấm từ 20
0
c đến 100
0
c là:
Q
1
= m
1
.c
1
.

t = 0,5.880.80 = 35200J
Nhiệt lợng cần thiết để đun nóng nớc từ 20
0
c đến 100
0
c là:
Q

2
= m
2
.c
2
.

t = 2.4200.80 = 672000J
Nhiệt lợng cần thiết để đun sôi ấm nớc là:
Q
i
= Q
1
+ Q
2
= 35200 + 672000 = 707200J
Nhiệt lợng toà phần của bếp là:
Q
TP
= Q
i
: H = 707200:40% = 1768000J
Lợng than cần thiết để đun sôi ấm nớc là:
Q
TP
= m.q

m = Q
TP
: q = 1768000:14.10

6
= 0,126kg =
126g
Ngời thực hiện: Bùi Thị Hồng - GV trờng THS Cộng Hiền
6