Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 1
A – MỞ ĐẦU
1. Lý do của việc chọn đề tài:
Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức
cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản
phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được
bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng
để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc
tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến
đâu.
Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan
trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực
tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đ
ào sâu, mở rộng kiến
thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề
của thực tiễn. Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển
khả năng tư duy cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản
thân.
Tuy nhiên, các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như:
không tìm được hướng giải quyế
t vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc
giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương trình
đã học để giải quyết một vấn đề chung, hay khi giải các bài tập thì thường áp
dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rỏ ý nghĩa vật lý của
chúng.
Ngoài ra, đề tài này có nội dung gần và thiết thực với nội dung kiến tập, thực

6. Đóng góp của đề tài:
Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10, lớp11,
làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sư phạm vật lý.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về

phân loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 3
B- NỘI DUNG
PHẦN I
TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC

=

Trong đó: F là lực tác dụng của các phân tử khí lên đơn vị diện tích.
- Công thức:

wnp
3
2
=Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 4
Trong đó:
p : Áp suất chất khí
n : Mật độ phân tử khí
: Động năng trung bình chuyển động vì nhiệt của các phân tử.
w
- Đơn vị:
Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m
2
hay
Pascal, ký hiệu là Pa:
1N/m
2
= 1Pa

+ t
+ Nhiệt độ T
F
tính theo nhiệt giai Fahrenheit và nhiệt độ t tính theo nhiệt
giai Celcius:

o
F
tT 32
5
9
+=

- Công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ đo bằng năng lượng với nhiệt độ đo
bằng đơn vị độ:

KTw ==
3
2
θ

Suy ra:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 5

KTw

1.3.3 Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) :
a. Định luật:
Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi (T=const), tích số giữa
thể tích và áp suất là một hằng số.
b. H
ệ thức:
p
1
V
1
= p
2
V
2
Hay pV = const
c. Đường đẳng nhiệt:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 6
Trong hệ tọa độ OpV, các đường đẳng nhiệt là các đường hyperbol biểu
diễn mối liên hệ giữa p và V. Tập hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các
đường đẳng nhiệt.

T
2
T
1

o
C
p
o
: Áp suất ở 0
o
C
: Hệ số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí.
273
1
=
α

c. Đường đẳng tích:

- 273
p
V
1
V
2
t
o
C

V
o
: thể tích khí ở 0
o
C
: hệ số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí.
c. Đường đẳng áp:

1.3.6 Định luật Dalton:
a. Định luật:
Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành
phần tạo nên hỗn hợp.
b. Hệ thức:
p = p
1
+ p
2
+ + p
n
1.3.7 Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
Từ hai định luật Boyle – Mariotte và Charles ta xác định được phương trình
trạng thái khí lý tưởng:

const

3
=

Suy ra: (n là mật độ phân tử khí).
TKnp =
Gọi N là số phân tử khí trong thể tích V, ta được:

KT
V
N
p =
(1)
Trong một kmol khí bất kì chứa một số phân tử là N
A
= 6,23.10
26
kmol
-1
. Nếu
gọi µ là khối lượng một kmol khí, m là khối lượng của khối khí ta sẽ có:

A
N
Nm
=
µ

Suy ra:

A

a. Vận tốc có xác suất cực đại:

µ
RT
m
KT
v
m
22
==Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 8
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 9
b. Vận tốc căn trung bình số học:

µππ
RT
m
KT
v
88
==

c. Vận tốc căn trung bình bình phương (vận tốc căn quân phương) :

o
enn
µ
−
=

1.4.3 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử chất khi:

wnp
3
2
=

II. Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí:
2.1 Quãng đường tự do trung bình:
Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hoàn toàn tự do giữa
hai va chạm kế tiếp nhau được gọi là quãng đường tự do trung bình của các phân
tử, ký hiệu là:
λ
Biểu thức:

2
2
1
dn
π
λ
=

Trong đó:

1
3
1
π
µπ
λ
==Đơn vị của D trong hệ SI là m
2
/s.
D tỉ lệ nghịch với P và tỉ lệ thuận với T, nghĩa là áp suất càng thấp thì hệ số
khuếch tán càng cao và nhiệt độ càng cao thì hệ số khuếch tán càng lớn. Ngoài
ra, hệ số khuếch tán còn phụ thuộc vào bản chất của chất khí.
2.2.2 Hiện tượng truyền nhiệt:
Trong một môi trường (rắn, lỏng, khí) có sự phân bố nhiệt không đều thì sẽ
tồn tại một dòng nhiệt hướng t
ừ những miền có nhiệt độ cao của môi trường sang
miền có nhiệt độ thấp hơn.
Trong chất khí, hiện tượng truyền nhiệt là do các phân tử khí chuyển động
nhiệt hỗn loạn va chạm với nhau nên động năng truyền từ nơi có nhiệt độ cao
sang nơi có nhiệt độ thấp hơn. Bản chất của hiện tượng truyền nhiệt là sự truyền
năng lượng.
Cần lưu ý nhiệt lượng là sự trao đổi năng lượng chứ không phải là năng
lượng.
Biểu thức xác định hệ số dẫn nhiệt:

Knv
i

Hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất khí.
III.Nội năng của khí lý tưởng:
3.1 Nội năng:
Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc
vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của
các phân tử cấu t
ạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổi thì động
năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay
đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa
chúng thay đổi nên sẽ làm nội năng của hệ thay đổi.
Có hai cách làm biến đổ
i nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt.
3.2 Công và nhiệt lượng:
3.2.1 Công:
Xét về bản chất vật lý có thể hiểu công cơ học là phần năng lượng đã được
biến đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc là phần năng lượng (trừ trường hợp
năng lượng chuyển động nhiệt) đã được truyền từ nơi này đến nơi khác.
Đơn vị c
ủa công là J.
a. Công thực hiện trong quá trình:
Giả sử ta có một quá trình chuẩn cân bằng (quá trình thuận nghịch) của một
hệ, với biến thiên thể tích dV khá nhỏ bao giờ ta cũng có thể coi như áp suất của
hệ không thay đổi.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
 Công nguyên tố : dA = pdV
Công thực hiện trong cả quá trình chuẩn cân bằng đi từ trạng thái C

- Công trong quá trình đẳng áp: p = const
)(
12
2
1
2
1
VVpdVppdVA
V
V
V
V
−===
∫∫
- Công trong quá trình đẳng nhiệt: T = const

dV
V
RTm
pdVdA
µ
==

2
1
ln
p
p
RT
m

∫
== pdVdAA

Trong đó,
∫
là tích phân lấy theo đường cong kín biểu diễn chu trình.
3.2.2 Nhiệt lượng:
Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt
được gọi là nhiệt lượng và được tính bằng công thức:
Q = mc(t
2
– t
1
) = mc∆t
Trong đó:
c: Nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kg.K)
m: Khối lượng của vật (kg)

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 12

∆t: Độ biến thiên nhiệt độ
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
 Q: Nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra.
Phương trình cân bằng nhiệt: Q
1
+ Q
2

p
p
dT
dQ
C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

3.4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn
và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt.
3.4.1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:
Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác
nhưng năng lượng tổng cộng được b
ảo toàn.
3.4.2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc học:
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công
mà hệ thực hiện lên các hệ khác.
Biểu thức: Q =
∆U + A
Trong đó: Q: Nhiệt lượng truyền cho vật
A: Công do vật thực hiện

∆U: Độ biến thiên nội năng của vật.
3.4.3 Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý

Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái
đầu.
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu
trình chuyển hết thành công của chu trình đó.
Biểu thức: Q = A
Trong đó: A = A
1
– A
2
> 0: Công trong toàn bộ chu trình.
Q = Q
1
– Q
2
: Tổng đại số nhận được trong chu trình ( Q
1
là
nhiệt lượng nhân vào, Q
2
là nhiệt lượng tỏa ra).
- Quá trình đoạn nhiệt:
Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao
đổi nhiệt giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ
(A > 0) thì phải có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ
(A < 0) thì phải có sự tăng nội năng của hệ.
Biểu thức: A = -
∆U
3.4.4 Hiệu suất của động cơ nhiệt:

2

II. Sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn:
Các vật rắn nói chung nở ra khi nhiệt độ tăng lên.
Nguyên nhân gây ra sự giãn nở nhiệt của vật rắn không phải do sự tăng biên
độ
dao động của các hạt mà chính là do sự tăng khoảng cách trung bình giữa các
hạt khi nhiệt độ tăng.
Sự giãn nở nhiệt của vật rắn được phân thành hai trường hợp, đó là: sự giãn
nở dài và sự giãn nở khối (giãn nở thể tích).
Các công thức:
a. Công thức sự giãn nở dài:
l = l
o
(1 + αt)
Trong đó:
l
o
: Chiều dài của vật ở 0
o
C (m)
l: Chiều dài của vật ở t
o
C (m)

α: Hệ số nở dài (K
-1
)
b. Công thức sự giãn nở khối (giãn nở thể tích):
V = V
o
(1 +βt)

dao động điều hòa và hai thành phần của năng lượng dao động có giá trị bằng
nhau.
Mỗi dao động theo một phương nào đó có thể phân tích thành ba thành phần
theo các trục tọa độ vuông góc với nhau và năng lượng của mỗi thành phần cũng
được biểu diễn bằng tổng động năng và thế năng trên mỗi trục.
Theo định luật phân bố đều năng l
ượng, động năng trung bình ứng với một
bậc tự do của hạt trên mỗi trục bằng ½ KT. Mà thế năng trung bình của hạt bằng
động năng trung bình của nó nên năng lượng dao động ứng với một trục là:

KTKT =
2
1
.2

Năng lượng dao động toàn phần của hạt:

KT3
=
ε

Nội năng của một kmol chất rắn kết tinh đơn chất:

pAo
ENU
+
=
ε

Trong đó: U

=

Nhiệt dung riêng phân tử:

Kkmol
kcal
R
dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
.
63 ==
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
3
α
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==

Vậy: ở nhiệt độ đủ cao nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn kết tinh là hợp
chất không phụ thuộc vào nhiệt độ và bằng tổngng nhiệt dung riêng phân tử của
các nguyên tố thành phần tạo nên hợp chất.

o
: Chiều dài tự nhiên của vật đàn hồi (m)
E: Hệ số đặt trưng cho tính đàn hồi của vật gọi là suất đàn hồi (Pa).

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 17
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
4.3 Giới hạn bền của vật liệu:
Biểu thức:

S
F
b
b
=
σ

Trong đó:
F
b
: Lực tác dụng lớn nhất mà vẫn chưa làm hỏng vật (N)

σ
b
: Giới hạn bền (N/m
2
)
S: Diện tích tiết diện ngang (m

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 19
Chương III
CHẤT LỎNG
I. Sơ lược về chất lỏng:
Một khối chất lỏng có thể tích xác định và có hình dạng của bình chứa. Mật
độ phân tử chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử chất khí và gần bằng mật
độ phân tử chất rắn. Khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng vào khoảng kích
thước phân tử.
Ở trạng thái bình th
ường, xét về cấu trúc thì chất lỏng gần giống chất rắn
hơn là chất khí. Mỗi phân tử chất lỏng cũng dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng
nhưng sau một thời gian cư trú nhất định thì chuyển sang vị trí mới lân cận. Nhiệt
độ chất lỏng càng thấp thì thời gian cư trú càng lớn.
II. Hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng:
2.1 Lực căng mặt ngoài:
L
ực căng mặt ngoài đặt lên đường giới hạn của mặt ngoài và vuông góc với
nó, có phương tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và có chiều sao cho lực có
tác dụng thu nhỏ diện tích măt ngoài của khối chất lỏng.
Độ lớn của lực căng mặt ngoài F tỷ lệ với độ dài l của đường giới hạn mặt
ngoài của khối chất lỏng:
F =
σl (N/m)
Trong đó,
σ là hệ số căng mặt ngoài (suất căng mặt ngoài) của chất lỏng,phụ
thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng đó.
2.2 Năng lượng tự do và lực căng mặt ngoài:

phân tử chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau làm cho
mặt chất lỏng ở gần thành bình có dạng hình lõm.
Hiện tượng không dính ướ
t xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất lỏng lớn
hơn lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng làm cho mặt chất
lỏng ở gần thành bình bị đẩy xuống trở thành mặt lồi.
Góc
θ giữa tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và mặt ngoài của chất rắn
gọi là góc bờ:
- Đối với hiện tượng dính ướt: ; nếu
θ = 0 ta nói chất lỏng làm ướt
hoàn toàn vật rắn.
2
0
π
θ
<≤
- Đối với hiện tượng không dính ướt: ; nếu
θ = π ta nói chất lỏng
hoàn toàn không làm ướt vật rắn.
πθ
π
≤<
2
IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng:
Tất cả các mặt khum của chất lỏng đều tác dụng vào chất lỏng một áp suất
phụ so với trường hợp mặt ngoài là mặt phẳng. Mặt khum lồi gây áp suất phụ
dương (nén xuống chất lỏng ở dưới), mặt khum lõm gây áp suất phụ âm (kéo chất
lỏng ở d
ưới lên).

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=∆
21
11
RR
p
σ

Trong đó: R
1
, R
2
là các bán kính cong (bán kính chính khúc) của hai
giao tuyến do mặt ngoài của khối chất lỏng bị cắt bởi hai mặt phẳng vuông góc với
nhau chứa pháp tyuến với mặt ngoài tại điểm đang khảo sát.
V. Hiện tượng mao dẫn:
Công thức tính độ dâng cao (hoặc hạ thấp) của cột chất lỏng trong ống mao
dẫn:
5.1. Đối với chất lỏng làm ướt vật rắn:

dg
h
ρ
θ

h
ρ
σ
4
−=

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 22
Chương IV
HƠI KHÔ VÀ HƠI BÃO HÒA
I. Hơi khô và hơi bão hoà:
- Hơi bão hòa là hơi ở trạng thái cân bằng đối với chất lỏng của nó.
- Hơi khô là hơi có áp suất nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa ứng với một nhiệt
độ xác định.
II. Độ ẩm của không khí:
2.1. Độ ẩm tuyệt đối (a):
Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước chứa trong một đơn vị th
ể tích không khí.
Đơn vị: g/m
3
; hoặc có thể đo bằng áp suất riêng phần của hơi nước trong
không khí (N/m
3

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 23
PHẦN II
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
Chương I
PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo
phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh.
I. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:
1.1. Bài tập định tính:
Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ c
ần làm những phép tính
đơn giản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy
ra trong những điều kiện xác định.
Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những
quy luật của chúng, áp dụng được tri thức lý thuyết vào thực tiễn.
1.2. Bài tập định lượng:
Bài tập định lượng là những bài tập mà khi giải phải th
ực hiện một loạt các
phép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được giá trị của một số
đại lượng vật lý.
1.3. Bài tập thí nghiệm (không nghiên cứu):
Bài tâp thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm


Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


IV. Biện luận:
Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với
điều kiện của đề bài và không phù hợp v
ới thực tế.
Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết
quả tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết
quả không.