NeoEdu
Giáo án Khoa học tự nhiên 8
Khoa học tự nhiênLớp 8Phần 7. Chương VI. Nhiệt

Giáo án Bài 27. Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng joulemeter

Kế hoạch bài dạy theo mẫu Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH · 1 tiết (45 phút)

Tải Word (.docx) Bài học trên Học liệu

I. Mục tiêu

1. Kiến thức

  • Nêu được joulemeter là thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình thí nghiệm.
  • Giải thích được cân bằng năng lượng: năng lượng cấp được chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường, nên không thể coi toàn bộ năng lượng đo được là năng lượng nước nhận.
  • Nêu được cách đo nhiệt độ: ghi nhiệt độ trước và sau khi cấp năng lượng, cảm biến đặt trong nước nhưng không chạm bộ đun.
  • Vận dụng được điều kiện giữ cố định lượng nước và thời gian khi so sánh hai lần thí nghiệm, đồng thời ghi nhận hao phí và độ chính xác của thiết bị.

2. Năng lực

a) Năng lực chung

  • Tự chủ và tự học: HS tự dự đoán, tự ghi số liệu theo phiếu, tự kiểm tra lại kết quả so với giả thiết ban đầu.
  • Giao tiếp và hợp tác: HS làm việc theo nhóm 4, thống nhất số liệu, trình bày và phản biện nhận định của nhóm khác bằng lập luận khoa học.
  • Giải quyết vấn đề và sáng tạo: HS xử lí tình huống “1200 J có làm nước nhận đúng 1200 J không?” bằng cách xác định các dữ kiện và đưa ra kết luận có điều kiện.

b) Năng lực đặc thù

  • Nhận thức khoa học tự nhiên: HS phân biệt được joulemeter, cân bằng năng lượng và đo nhiệt độ; nhận ra năng lượng điện cấp không đồng nhất với năng lượng nước nhận.
  • Tìm hiểu tự nhiên: HS tiến hành (hoặc quan sát trên mô phỏng) thí nghiệm đo, ghi đúng số đọc đầu và cuối, rút ra quan hệ giữa năng lượng cấp và độ tăng nhiệt độ của nước.
  • Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học: HS dùng cân bằng năng lượng để phân tích tình huống thực tế và đánh giá giới hạn của kết quả đo.

3. Phẩm chất

  • Chăm chỉ: HS ghi số liệu đầy đủ, kiểm tra lại số đọc trước khi kết luận và hoàn thành phiếu học tập trong thời gian quy định.
  • Trách nhiệm: HS tuân thủ quy định an toàn khi làm việc với nguồn điện và nước; không đun cạn, không chạm bộ đun, không dùng tay ướt thao tác nguồn.
  • Trung thực: HS ghi rõ dữ liệu nào là số đo của nhóm, dữ liệu nào là dữ liệu minh họa; không nhận số liệu minh họa là kết quả của mình.

II. Thiết bị dạy học và học liệu

1. Giáo viên

  • Joulemeter, nguồn thấp áp (6 V) có giới hạn dòng, bộ đun điện 5 W đã được kiểm tra, cảm biến nhiệt độ nối màn hình số (hoặc nhiệt kế).
  • Cốc cách nhiệt, cân, nước, dụng cụ khuấy nhẹ phù hợp.
  • Máy chiếu hoặc màn hình trình chiếu, phiếu học tập số 1 và số 2 in sẵn.
  • Học liệu số NeoEdu: trang bài học neoedu.vn/learn/8/natural_science/bai-27-thuc-hanh-do-nang-luong-nhiet-bang-joulemeter (bài giảng, ví dụ, bài tập tương tác) và mô phỏng 3D “Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng joulemeter” trong trang bài học, dùng ở hoạt động 3 khi không đủ thiết bị thật.

2. Học sinh

  • Vở ghi, bút, máy tính bỏ túi (nếu cần).
  • Nhóm 4 HS: 1 cốc cách nhiệt, nước, nhiệt kế (nếu làm thật), đồng hồ bấm giờ.
  • Phiếu học tập số 1 và số 2.

III. Tiến trình dạy học

Hoạt động 1: Mở đầu · 4 phút

Dự đoán: 1200 J có làm nước nhận đúng 1200 J không?

a) Mục tiêu

HS bộc lộ quan niệm ban đầu về mối quan hệ giữa năng lượng đo bằng joulemeter và năng lượng nước nhận được, từ đó xác định nhiệm vụ học tập của bài.

b) Nội dung

GV nêu tình huống: joulemeter chỉ 1200 J, nước trong cốc tăng từ 25 lên 28 °C. HS trả lời nhanh: “Có thể coi nước nhận đúng 1200 J không?” và ghi lí do ngắn gọn vào vở. GV ghi các ý kiến lên bảng, để dành để đối chiếu cuối tiết.

c) Sản phẩm

Danh sách dự đoán ban đầu của lớp, ví dụ: “Có, vì điện cấp bao nhiêu thì nước nhận bấy nhiêu”; “Không chắc, vì còn cốc và bộ đun cũng nóng lên”. Nhiệm vụ học tập được xác định: phân biệt joulemeter, cân bằng năng lượng, đo nhiệt độ và kiểm chứng bằng thực hành.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV trình chiếu tình huống và hỏi: “Joulemeter chỉ 1200 J, nước tăng 3 °C. Theo em, nước có nhận đúng 1200 J không? Vì sao?”

    Học sinh

    HS đọc tình huống, suy nghĩ cá nhân khoảng 1 phút và ghi dự đoán ra vở.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV gọi ngẫu nhiên 3–4 HS trình bày, không đánh giá đúng sai ngay.

    Học sinh

    HS trả lời. Dự kiến: “Có, vì điện cấp bao nhiêu thì nước nhận bấy nhiêu”; “Không chắc, vì một phần làm nóng cốc và ra ngoài không khí”.

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV ghi các dự đoán lên bảng thành hai cột “Có” và “Không chắc”, yêu cầu cả lớp giữ lại để đối chiếu cuối giờ.

    Học sinh

    HS nhìn bảng, nhận xét ngắn: “Chúng em chưa biết năng lượng đi đâu nên chưa chắc chắn.”

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV nhận định: chưa thể kết luận khi chưa biết năng lượng được phân chia thế nào. GV nêu nhiệm vụ: tìm hiểu joulemeter, cân bằng năng lượng, đo nhiệt độ và tự kiểm chứng.

    Học sinh

    HS ghi tiêu đề bài vào vở và nhiệm vụ của tiết học.

Hoạt động 2.1: Hình thành kiến thức mới · 9 phút

Joulemeter và cân bằng năng lượng

a) Mục tiêu

HS nêu được joulemeter đo năng lượng điện cấp cho bộ đun và giải thích được cân bằng năng lượng: năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường.

b) Nội dung

Nhóm 4 HS đọc mục Ghi nhớ và mục Khái niệm trong trang bài học NeoEdu, trả lời Phiếu học tập số 1, phần A: (1) Joulemeter đo đại lượng nào, của đối tượng nào? (2) Năng lượng 1200 J mà joulemeter chỉ có đi hết vào nước không? Kể tên các đối tượng khác có thể nhận năng lượng. (3) Vì sao gọi là “cân bằng” năng lượng?

c) Sản phẩm

Kết luận nhóm: Joulemeter là thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình (đơn vị J). Cân bằng năng lượng: năng lượng cấp được chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường; nước chỉ là một phần nhận năng lượng, nên joulemeter không đo trực tiếp năng lượng nước nhận.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV chia nhóm, phát Phiếu học tập số 1 (phần A), yêu cầu nhóm đọc khái niệm trên trang NeoEdu và thảo luận trong 5 phút.

    Học sinh

    HS nhận phiếu, phân công người đọc, người ghi, người trình bày.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV đi quanh lớp, gợi ý: “Joulemeter đặt ở đâu trong mạch? Nó đo điện năng hay nhiệt năng?”

    Học sinh

    HS thảo luận. Dự kiến: “Joulemeter đo năng lượng điện đưa vào bộ đun”; “Năng lượng đó còn làm nóng bình, bộ đun và thoát ra môi trường nên không hết vào nước.”

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV mời 2 nhóm trình bày, nhóm khác bổ sung hoặc phản biện.

    Học sinh

    Đại diện nhóm trình bày kết luận; các nhóm khác góp ý về cách hiểu “cân bằng”.

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV chốt: Joulemeter: thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình. Cân bằng năng lượng: năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường. GV nhấn mạnh: không dùng công thức chưa học để tính phần năng lượng nước nhận.

    Học sinh

    HS ghi nội dung chốt vào vở.

Hoạt động 2.2: Hình thành kiến thức mới · 8 phút

Đo nhiệt độ và điều kiện so sánh hai lần thí nghiệm

a) Mục tiêu

HS nêu được cách đo nhiệt độ (ghi trước và sau, cảm biến không chạm bộ đun) và giải thích vì sao phải giữ lượng nước và thời gian cố định khi so sánh.

b) Nội dung

Nhóm đọc quy trình đo trong mục Quy trình thực hành và trả lời phần B của Phiếu học tập số 1: (1) Vì sao phải ghi nhiệt độ trước và sau cùng một lượng nước? (2) Vì sao cảm biến không được chạm bộ đun? (3) Vì sao cần giữ lượng nước và thời gian như nhau khi so hai lần làm thí nghiệm?

c) Sản phẩm

Kiến thức HS rút ra: Đo nhiệt độ bằng cách ghi nhiệt độ trước và sau khi cấp năng lượng, với cùng lượng nước; cảm biến không chạm bộ đun để số đọc phản ánh nước chứ không phản ánh riêng bộ đun. Giữ cố định lượng nước và thời gian để hai lần thí nghiệm có cùng điều kiện cấp nhiệt, mức tăng nhiệt độ mới so sánh được và giảm nhiễu.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV yêu cầu nhóm đọc phần quy trình đo và trả lời phần B của Phiếu học tập số 1 trong 4 phút.

    Học sinh

    HS đọc và thảo luận nhóm.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV gợi ý: “Nếu lần sau dùng 200 g nước thay vì 100 g, số liệu có so sánh được với lần trước không?”

    Học sinh

    HS trả lời. Dự kiến: “Không, vì khối lượng khác nhau nên mức tăng nhiệt độ khác, không cùng điều kiện.”

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV mời một nhóm trình bày, các nhóm khác nhận xét.

    Học sinh

    Đại diện nhóm trình bày; nhóm khác bổ sung về sai số do khuấy không đều hoặc để cảm biến chạm bộ đun.

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV chốt: đo nhiệt độ là ghi trước/sau cùng lượng nước, cảm biến không chạm bộ đun; giữ lượng nước và thời gian để so sánh công bằng và phải ghi nhận hao phí cùng độ chính xác của thiết bị.

    Học sinh

    HS ghi nội dung chốt vào vở.

Hoạt động 2.3: Hình thành kiến thức mới · 12 phút

Thực hành đo năng lượng nhiệt và phân tích số liệu

a) Mục tiêu

HS tiến hành (hoặc quan sát mô phỏng) quy trình đo, ghi đúng số đọc đầu và cuối, tính độ tăng nhiệt độ và nhận ra năng lượng điện cấp không đồng nhất với năng lượng nước nhận.

b) Nội dung

Nhóm thực hiện theo quy trình: GV kiểm tra bộ đun ngập đúng mức và cảm biến không chạm bộ đun; cân 100 g nước; ghi nhiệt độ đầu 25 °C và joulemeter 0 J; đóng mạch trong 5 phút, khuấy nhẹ; đọc số cuối và ngắt mạch. Nếu lớp không đủ thiết bị thật, GV dùng mô phỏng 3D trong trang NeoEdu, chiếu lên màn hình và cả lớp cùng ghi số liệu. Nhóm điền Phiếu học tập số 1, phần C, và trả lời: nước nhận đúng bao nhiêu J? Vì sao không kết luận được?

c) Sản phẩm

Bảng số liệu của nhóm (hoặc dữ liệu mô phỏng, ghi rõ là dữ liệu minh họa): điều kiện 100 g nước; nhiệt độ đầu 25 °C, cuối 28 °C, tăng 3 °C; joulemeter từ 0 J lên 1500 J. Kết luận: chưa đủ dữ kiện để xác định riêng nước nhận bao nhiêu J, vì bình, bộ đun và môi trường cũng nhận năng lượng; không thể coi nước nhận đúng 1500 J. Ghi chú: Khi làm lại với 200 g nước trong cùng 5 phút, nước chỉ tăng khoảng 1,5 °C, cho thấy lượng nước ảnh hưởng đến mức tăng nhiệt độ.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV nêu quy trình và nhấn mạnh an toàn: chỉ dùng nguồn thấp áp được duyệt, không đun cạn, không chạm bộ đun, không dùng tay ướt thao tác nguồn. GV giao nhiệm vụ cho nhóm và phát Phiếu học tập số 1 (phần C).

    Học sinh

    HS nhận dụng cụ hoặc theo dõi mô phỏng; phân công người cân nước, người đọc số, người ghi số liệu, người kiểm tra an toàn.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV kiểm tra từng nhóm trước khi đóng mạch; nhắc HS đọc số đọc đầu và cuối đúng thời điểm quy định.

    Học sinh

    HS cân 100 g nước, lắp cảm biến, đọc 25 °C và 0 J, đóng mạch 5 phút, khuấy nhẹ, đọc số cuối rồi ngắt. Nếu dùng mô phỏng, HS quan sát và ghi số đọc theo màn hình.

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV yêu cầu một nhóm đọc bảng số liệu, hỏi: “Nhóm đã đo thật hay đang phân tích dữ liệu minh họa? Có thể coi nước nhận đúng 1500 J không?”

    Học sinh

    HS trình bày: “Nhóm phân tích dữ liệu minh họa”; “Không, vì còn bình, bộ đun và môi trường nhận năng lượng.”

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV chốt: kết quả là một phần năng lượng đi vào nước; cần ghi rõ điều kiện, số đọc và giới hạn suy luận. GV nêu kết quả so sánh 200 g nước để HS thấy vai trò của khối lượng nước.

    Học sinh

    HS hoàn thiện bảng số liệu và ghi giới hạn suy luận vào Phiếu số 1.

Hoạt động 3: Luyện tập · 7 phút

Luyện tập phân biệt khái niệm và nhận định sai

a) Mục tiêu

HS củng cố phân biệt joulemeter, cân bằng năng lượng, đo nhiệt độ; nhận ra quan niệm sai về năng lượng nước nhận.

b) Nội dung

HS làm Phiếu học tập số 2 gồm các bài 1 đến 5 (trắc nghiệm, ghép khái niệm, điền thuật ngữ). Sau đó HS làm việc cặp đôi bài 4: nhận xét câu “Joulemeter đo 1200 J nghĩa là riêng nước luôn nhận chính xác 1200 J”.

c) Sản phẩm

Đáp án: (1) A. thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình. (2) B. năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường. (3) Joulemeter – thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình; Cân bằng năng lượng – năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường; Đo nhiệt độ – ghi trước/sau cùng lượng nước, cảm biến không chạm bộ đun. (4) Sai, vì còn bình, bộ đun và môi trường nhận năng lượng. (5) Đo nhiệt độ.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV phát Phiếu học tập số 2, nêu thời gian 4 phút làm cá nhân, sau đó 3 phút đối chiếu cặp đôi.

    Học sinh

    HS nhận phiếu và làm bài cá nhân.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV quan sát, nhắc HS kiểm tra lại câu 4 và câu 5 vì đây là câu dễ nhầm.

    Học sinh

    HS làm bài; cặp đôi đối chiếu đáp án, giải thích lí do cho bạn.

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV gọi 2 HS đọc đáp án câu 4 và câu 5, yêu cầu lớp đồng thanh nhận xét.

    Học sinh

    HS trả lời: câu 4 “Sai, vì còn bình, bộ đun và môi trường nhận năng lượng”; câu 5 “Đo nhiệt độ”.

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV chốt: joulemeter không đo trực tiếp năng lượng nước nhận; muốn nói về nước phải xét cân bằng năng lượng và điều kiện đo.

    Học sinh

    HS sửa lại đáp án sai (nếu có) và ghi nhớ nội dung Ghi nhớ.

Hoạt động 4: Vận dụng · 5 phút

Phân tích tình huống thực tế về đun nước

a) Mục tiêu

HS vận dụng cân bằng năng lượng để đánh giá một tình huống đun nước trong gia đình và nêu điều kiện cần kiểm soát khi so sánh.

b) Nội dung

GV nêu tình huống: Bạn An đun 1 cốc nước bằng ấm điện và thấy đồng hồ điện báo đã cấp 1200 J, nước tăng 3 °C. Bạn Bình khẳng định: “Nước đã nhận đúng 1200 J.” Hãy nhận xét ý kiến của Bình và đề xuất một cách làm để so sánh chính xác hơn. HS làm việc cá nhân, sau đó chia sẻ 1 phút với bạn cùng bàn.

c) Sản phẩm

Nhận xét mẫu: Ý kiến của Bình chưa chính xác vì năng lượng điện cấp được chia cho nước, ấm và môi trường. Đề xuất: giữ cùng lượng nước và thời gian đun khi so sánh; ghi nhiệt độ trước và sau; ghi rõ hao phí và độ chính xác của dụng cụ đo; chỉ dùng thiết bị được an toàn kiểm tra.

d) Tổ chức thực hiện

  1. Giáo viên

    Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

    GV nêu tình huống, yêu cầu HS viết nhận xét và đề xuất trong 2 phút.

    Học sinh

    HS viết ý kiến cá nhân ra giấy nháp hoặc vở.

  2. Giáo viên

    Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

    GV đi quanh, gợi ý: “Nếu muốn so sánh hai cốc nước khác nhau, cần giữ điều gì như nhau?”

    Học sinh

    HS trả lời: giữ cùng lượng nước, cùng thời gian đun, cùng cách đo nhiệt độ.

  3. Giáo viên

    Bước 3: Báo cáo, thảo luận

    GV mời 2 HS trình bày, lớp nhận xét.

    Học sinh

    HS trình bày, nhận xét lẫn nhau.

  4. Giáo viên

    Bước 4: Kết luận, nhận định

    GV chốt: vận dụng cân bằng năng lượng giúp HS không đồng nhất năng lượng đo được với năng lượng nước nhận; luôn ghi điều kiện và giới hạn của kết luận.

    Học sinh

    HS ghi kết luận vào vở.

Phiếu học tập

Phiếu học tập số 1

A. Joulemeter và cân bằng năng lượng

  • (1) Joulemeter đo đại lượng nào, của đối tượng nào?
  • (2) Năng lượng 1200 J mà joulemeter chỉ có đi hết vào nước không? Kể tên các đối tượng khác có thể nhận năng lượng.
  • (3) Vì sao gọi là “cân bằng” năng lượng?

B. Đo nhiệt độ và điều kiện so sánh

  • (1) Vì sao phải ghi nhiệt độ trước và sau cùng một lượng nước?
  • (2) Vì sao cảm biến không được chạm bộ đun?
  • (3) Vì sao cần giữ lượng nước và thời gian như nhau khi so hai lần thí nghiệm?

C. Bảng số liệu thực hành (ghi rõ “đo thật” hoặc “dữ liệu minh họa”)

  • Khối lượng nước: ........
  • Nhiệt độ đầu: ........ °C; nhiệt độ cuối: ........ °C; độ tăng: ........ °C
  • Joulemeter ban đầu: ........ J; joulemeter cuối: ........ J; năng lượng điện cấp: ........ J
  • Giới hạn suy luận: nước nhận đúng bao nhiêu J? Vì sao chưa kết luận được?

Phiếu học tập số 2

  1. Trong bài này, joulemeter có đặc điểm nào?
  • A. thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình
  • B. chỉ đo khối lượng nước
  • C. trực tiếp đếm số phân tử
  1. Trong bài này, cân bằng năng lượng có đặc điểm nào?
  • A. năng lượng hao phí biến mất
  • B. năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường
  • C. mọi năng lượng cấp luôn vào riêng nước
  1. Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng:
  • Joulemeter ↔ thiết bị đo năng lượng điện cấp cho bộ đun theo cấu hình
  • Cân bằng năng lượng ↔ năng lượng cấp chia cho nước, bình, bộ đun và môi trường
  • Đo nhiệt độ ↔ ghi trước/sau cùng lượng nước, cảm biến không chạm bộ đun

  1. Nhận định “Joulemeter đo 1200 J nghĩa là riêng nước luôn nhận chính xác 1200 J.” Đúng hay sai? Vì sao?

  2. Điền thuật ngữ phù hợp: “ghi trước/sau cùng lượng nước, cảm biến không chạm bộ đun” mô tả ........

Hướng dẫn về nhà

  • Hoàn thiện bảng số liệu thực hành (Phiếu học tập số 1, phần C); nếu chỉ phân tích dữ liệu minh họa thì ghi rõ “phân tích dữ liệu minh họa”, không ghi như số liệu của bản thân.
  • Trả lời câu hỏi: Tình huống “joulemeter từ 0 lên 1200 J, nước từ 25 lên 28 °C” có thể coi nước nhận đúng 1200 J không? Lập luận theo cân bằng năng lượng, nêu rõ dữ kiện và giới hạn suy luận.
  • Giải thích vì sao cần giữ lượng nước và thời gian như nhau khi so sánh hai lần thí nghiệm, lấy ví dụ từ việc đun nước trong gia đình.
  • Viết lại một kết luận đúng để sửa quan niệm sai: “Joulemeter đo 1200 J nghĩa là riêng nước luôn nhận chính xác 1200 J.”
  • Xem lại trang bài học NeoEdu (bài giảng và bài tập tương tác) để chuẩn bị cho tiết sau.

Giáo án do NeoEdu soạn với sự hỗ trợ của AI, dựa trên nội dung bài học trên Học liệu. Thầy cô nên đọc lại và điều chỉnh cho phù hợp với học sinh của mình; bản Word để sửa trực tiếp.