Chuyên đề Phân loại và phương pháp giải các bài tập nhiệt học

 PHÒNG GD & ĐT VĨNH YÊN
 TRƯỜNG THCS VĨNH YÊN
 CHUYÊN ĐỀ
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC 
 BÀI TẬP NHIỆT HỌC
 Người thực hiện:TẠ THỊ GIANG
 Tổ: KHTN
 Vĩnh Yên, tháng 01 năm 2012
 1 PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ
 1. Lý do khách quan
 Trong sự nghiệp đổi mới công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước hiện nay con 
người và nguồn nhân lực được coi là nhân tố quan trọng hàng đầu quyết định sự 
phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững. Vì vậy việc đào tạo nguồn nhân lực, bồi 
dưỡng nhân tài vừa là đòi hỏi cấp bách của xã hội đối với ngành giáo dục, đặc biệt 
khi Việt Nam đã trở thành một thành viên của tổ chức thương mại thế giới (WTO).
 Do đó công tác giáo dục nói chung đặc biệt là bồi dưỡng học sinh giỏi nói 
riêng đòi hỏi mỗi giáo viên phải tìm tòi, lựa chọn những phương pháp dạy học 
không chỉ trang bị cho học sinh những phương pháp học tập và nghiên cứu sao cho 
phù hợp để đạt hiệu quả cao trong giảng dạy.
 2. Lý do chủ quan
 Nhiệt học được coi là phần kiến thức ngắn gọn và dễ hiểu nhất trong 4 phần 
Cơ - Nhiệt - Điện - Quang. Tuy nhiên, khi học sinh bắt tay vào làm những bài tập 
phần nhiệt đặc biệt là bài tập khó, học sinh vẫn gặp nhiều khó khăn và sai sót với 
những biểu thức toán học cồng kềnh và những con số tương đối lớn.
 Để giúp học sinh khắc phục những khó khăn thường gặp trên và thêm tự tin 
trước những đề thi học sinh giỏi. Bản thân tôi thấy rằng việc giúp học sinh nắm 
vững kiến thức cơ bản và có phương pháp giải phù hợp với từng loại bài trong mỗi 
phần kiến thức là quan trọng và có ý nghĩa thiết thực.
 Xuất phát từ nhận thức trên, tôi mạnh dạn chọn chuyên đề “Phân loại và 
phương pháp giải các bài tập Nhiệt học”
 3 PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
A. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHUYÊN ĐỀ
1. Cơ sở lý luận
 - Giữa vô vàn các bài tập vật lý hay và khó, việc tìm ra những phương pháp 
giải chung và cụ thể là cần thiết và đặc biệt quan trọng giúp học sinh tự tin chiếm 
lĩnh tri thức mới.
 - Việc phân loại và đưa ra phương pháp giải các dạng bài tập giúp học sinh tự 
bồi dưỡng kiến thức nền cho bản thân, chuẩn bị cơ sở tốt cho giai đoạn luyện tập 
nâng cao hơn nhằm đáp ứng yêu cầu trong các kỳ thi học sinh giỏi.
 - Nắm chắc được phương pháp giải các dạng bài tập nhiệt học giúp học sinh 
vận dụng kiến thức vào thực tế đời sống, giải quyết những thắc mắc hoặc vấn đề mà 
thực tế đời sống đòi hỏi.
 Vì vậy tôi mạnh dạn xây dựng chuyên đề này với mong muốn trao đổi với các 
đồng chí về phương pháp dạy học để nâng cao chất lượng bồi dưỡng cho học sinh, 
đặc biệt là bồi dưỡng học sinh giỏi.
2. Cơ sở thực tiễn
 - Trường THCS Vĩnh Yên ngoài việc đào tạo học sinh phát triển toàn diện 
theo mục tiêu đào tạo chung thì công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là một trong những 
nhiệm vụ hàng đầu. Bởi vậy nhà trường đã được UBND TP, Phòng giáo dục và đào 
tạo cho tuyển chọn các em học sinh giỏi trên toàn thành phố. Tuy nhiên qua thực 
tiễn giảng dạy tôi nhận thấy:
 + Học sinh khi vận dụng kiến thức mới vào giải các bài tập nhiệt học kể cả 
 những bài tập đơn giản còn gặp nhiều lúng túng và sai sót, đặc biệt là các bài 
 tập mang tính khái quát cao.
 + Học sinh dễ nhầm lẫn bản chất của các hiện tượng hoặc không hiểu bản 
 chất một số hiện tượng ít gặp.
 + Nếu học sinh nắm được phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp thì 
 học sinh dễ quên và gặp khó khăn ngay cả khi gặp lại bài tập đã làm.
 Vì vậy tôi viết chuyên đề này để đồng nghiệp cùng tham khảo, đóng góp ý 
kiến cho hoàn thiện nội dung, góp phần vào việc nâng cao chất lượng dạy học của 
bộ môn và hoàn thành nhiệm vụ giáo dục.
 5 • Tính nhiệt lượng các chất toả ra, thu vào theo công thức.
 • Áp dụng phương trình cân bằng(PTCB) nhiệt và dữ kiện bài toán, suy ra ẩn 
 số phải tìm.
* Bài tập mẫu
 Bài 1 :
 Thả 300g chì ở 100 0C vào 250g nước ở 58,5 0C làm cho nước nóng lên tới 
600C. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4 190J/kg.K.
a) Hỏi nhiệt độ của chì ngay khi có cân bằng nhiệt ?
b) Tính nhiệt lượng nước thu vào.
c) Tính nhiệt dung riêng của chì.
Tóm tắt Bài giải
m1 = 300g=0,3kg a) Nhiệt độ của chì ngay khi có cân bằng nhiệt cũng là 
 0
t1 = 100 C nhiệt độ cuối của nước ( khi nước đã nóng lên), nghĩa là 
 0
m2 = 250g=0,25kg bằng 60 C.
 0
t2 = 58,5 C b) Nhiệt lượng nước thu vào :
 0
t = 60 C Qthu vào = m2C2( t - t2) = 
C2= 4 190J/kg.K = 0,25. 4 190. (60 - 58,5) = 1 571,25 (J)
a) tcb= ? c) Nhiệt lượng chì toả ra là :
b) Q2= ? Qtoả ra = m1C1( t1- t) = 0,3.C1.(100 - 60) = 12C1(J)
c) C1= ? Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có :
 Qtoả ra = Qthu vào
 Hay 12C1= 1571,25
  C1  130,94 (J/kg.K)
 Vậy nhiệt dung riêng của chì là : 130,94 J/kg.K
 Bài 2 :
 Một nhiệt lượng kế chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 15 0C. Hỏi nước nóng lên tới 
bao nhiêu độ nếu bỏ vào nhiệt lượng kế một quả cân bằng đồng thau khối lượng 
500g được nung nóng tới 1000C.
 Bỏ qua nhiệt lượng truyền cho nhiệt lượng kế và môi trường bên ngoài.
Lấy nhiệt dung riêng của đồng thau là 368J/kg.K, của nước là 4 186J/kg.K. Khối 
lượng riêng của nước là 1 000kg/m3.
Tóm tắt Bài giải :
 3
V1= 2l = 0,002m Khối lượng của nước là :
 3
D1= 1000kg/m m1= D1.V1= 1000.0,002 = 2 (kg)
 0
t1=15 C Nhiệt lượng nước thu vào là :
m2=500g= 0,5kg Qthu vào = m1C1 (t - t1)
 0
t2= 100 C Nhiệt lượng quả cân toả ra là :
C1= 4186J/kg.K Qtoả ra = m2C2 ( t2- t)
C2= 368J/kg.K Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có :
 7 / / /
 Q+Q3 =Q1 +Q2
 hay : 
 Q= 40000+160000- 180000= 20000(J)
 Vậy nhiệt lượng cần cung cấp là 20000J
Bài 4 : 
 Một chiếc ca không có vạch chia được dùng để múc nước ở thùng chứa I và 
thùng chứa II rồi đổ vào thùng chứa III. Nhiệt độ của nước ở thùng chứa I là t 1= 20 
0 0
 C, ở thùng II là t2 = 80 C. Thùng chứa III đã có sẵn một lượng nước ở nhiệt độ t 3 = 
400C và bằng tổng số ca nước vừa đổ thêm. Cho rằng không có sự mất mát nhiệt 
lượng ra môi trường xung quanh. Hãy tính số ca nước cần múc ở thùng I và thùng 
II để nước ở thùng III có nhiệt độ bằng 500C ?
 Bài giải :
 Gọi m là khối lượng của mỗi ca nước, n1 là số ca nước ở thùng I, n2 là số ca 
nước ở thùng II 
 Vậy số ca nước ở thùng III là n1+ n2, nhiệt độ cân bằng của nước trong thùng 
III là 500C 
 Nhiệt lượng thu vào của số nước ở thùng I là :
 Q1 = m1.C.(50-20) = n1.m.C.30 (1) 
 Nhiệt lượng tỏa ra của số nước ở thùng II là :
 Q2 = m2.C.(80-50) = n2.m.C.30 (2) 
 Nhiệt lượng thu vào của số nước ở thùng III là : 
 Q3 =(n1+n2).m.C.(50 - 40) = (n1+n2).m.C.10 (3) 
 Do quá trình là cân bằng nên ta có : 
 Q1 + Q3 = Q2 (4) 
 Thay hệ thức (1), (2), (3) vào hệ thức (4) ta được: 
 30n1mC + 10(n1 + n2)mC = 30n2mC
  40n1 = 20n2 hay 2n1= n2 
 Như vậy nếu múc ở thùng I: n ca thì phải múc ở thùng II: 2n ca và số nước 
có sẵn trong thùng III là: 3n ca (n nguyên dương ) 
Bài 5 
 0
 Có 2 bình cách nhiệt. Bình 1 chứa m1=2kg nước ở t1=20 C, bình 2 chứa m2 = 
 0
4kg nước ở t 2= 60 C. Người ta rót một lượng nước từ bình 1 sang bình 2. Sau khi 
cân bằng nhiệt, người ta lại rót một lượng nước m như thế từ bình 2 sang bình 1. 
 / 0
Nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là t1 =21,95 C.
 a. Tính lượng nước m trong mỗi lần rót và nhiệt độ cân bằng của bình 2.
 b. Nếu tiếp tục thực hiện lần thứ hai, tìm nhiệt độ cân bằng của mỗi bình.
 Bài giải :
 a) Sau khi rót lượng nước m từ bình 1 sang bình 2, nhiệt độ cân bằng của bình 
 /
2 là t2 . Ta có:
 / /
 m.(t2 - t1) = m2(t2 – t2 )(1)
 /
 Ở lần rót tiếp theo, nhiệt độ cân bằng của bình 1 là t 1 . Lúc này lượng nước 
trong bình 1 chỉ còn (m1 - m).
 9 m
 C (t  t )  mC (t  t )
 2 1 13 1 3 3 12
 C1t1  2C3t3 15C1  40C3
  t13   =19
 C1  2C3 C1  2C3
  C3  2C1(2)
Vậy khi đổ lẫn cả ba chất lỏng với nhau thì nhiệt độ hỗn hợp sẽ là:
 C1t1  C2t2  C3t3
 t 
 C1  C2  C3
Thay giá trị số và sử dụng (1) và (2) ta được:
 C1.15  0,75C1.10  2C1.20 0
 t  16,7 C
 C1  0,75C1  2C1
 Vậy nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt là 16,70C.
 b) DẠNG II :
 BÀI TOÁN CÓ SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT
* Phương pháp giải
 • Xác định quá trình chuyển thể của các chất.
 • Biện luận để xác định nhiệt độ chung khi có cân bằng nhiệt (có thể biện luận 
 trước khi tính toán hoặc trong khi tính toán tuỳ thuộc vào điều kiện mà bài 
 toán ra)
 • Tính nhiệt lượng vật toả ra, thu vào ứng với mỗi quá trình tăng, giảm nhiệt độ 
 và chuyển thể của chất.
 • Áp dụng PTCB nhiệt và dữ kiện bài toán, suy ra ẩn số phải tìm.
 * Chú ý :
 - Khi các chất chuyển thể thì thể tích của nó có thể thay đổi nhưng khối lượng 
 của nó là không đổi.
 - Trong suốt quá trình chuyển thể nhiệt độ của chất không thay đổi.
* Bài tập mẫu
 Bài 1 :
 Bỏ một cục nước đá đang tan vào một nhiệt lượng kế chứa 1,5kg nước ở 
300C. Sau khi có cân bằng nhiệt người ta mang ra cân lại, khối lượng của nó chỉ còn 
lại 0,45kg. Xác định khối lượng cục nước đá ban đầu ? 
 5
 Biết Cnước= 4200J/kg.K ;  nước đá= 3,4.10 J/kg. ( bỏ qua sự mất mát nhiệt).
Tóm tắt Bài giải
m1= 1,5kg Gọi m0 là khối lượng cục nước đá ban đầu.
 0
t1= 30 C Vì nước đá không tan hết nên nhiệt độ của hệ khi có 
m= 0,45kg cân bằng nhiệt là 00C.
Cnước= 4200J/kg.K Nhiệt lượng phần nước đá tan thu vào là
 11