Giáo án Bài 28. Sự truyền nhiệt

Huy động kiến thức sẵn có về sự lan truyền nhiệt trong đời sống; tạo tình huống có vấn đề dẫn vào bài học.

GV đặt tình huống: Cho một chiếc muỗng kim loại vào cốc nước nóng, sau một lúc thì phần cán (không ngâm trong nước) cũng nóng lên. Nhiệt đã truyền đi bằng cách nào?
Câu hỏi gợi mở:

• Vì sao phần cán nằm ngoài nước vẫn nóng lên?
• Nhiệt có thể truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh bằng những cách nào mà em đã biết?
  HS dự đoán và ghi lại dự đoán ban đầu vào vở; chưa cần giải thích đầy đủ.

Mỗi HS ghi được một dự đoán ban đầu, ví dụ: “Nhiệt truyền dọc theo muỗng từ đầu ngâm trong nước lên cán.” Lớp nêu được ít nhất hai cách truyền nhiệt đã biết (dẫn nhiệt qua vật rắn, đối lưu trong chất lỏng, bức xạ từ vật nóng). GV ghi các dự đoán lên bảng để đối chiếu sau tiết học.

Nêu được khái niệm dẫn nhiệt; nhận biết dẫn nhiệt xảy ra trong chất rắn mà không có chuyển dời vật chất vĩ mô.

Nhóm 4 HS quan sát mô phỏng thanh đồng dài $25\,\mathrm{cm}$ đặt trên hai giá, có năm đinh gắn sáp ở các vị trí $4$, $8$, $12$, $16$, $20\,\mathrm{cm}$, đầu thanh được đèn cồn giữ khoảng $200\,^{\circ}\mathrm{C}$.
Nhiệm vụ: Hoàn thành mục 1 của Phiếu học tập số 1, trả lời các câu hỏi:

• Các đinh rơi theo thứ tự nào? Vì sao?
• Quan sát hàng hạt dọc thanh, hạt có chuyển động về phía đầu xa không? Đồng có bị chảy về phía đầu xa không?
• Từ đó, dẫn nhiệt là gì? Môi trường nào có thể dẫn nhiệt bằng cách này?
  HS đọc phần bài giảng trên trang NeoEdu nếu cần để đối chiếu.

Kết quả nhóm: Các đinh gắn sáp rơi lần lượt theo thứ tự gần trước, xa sau (từ $4\,\mathrm{cm}$ đến $20\,\mathrm{cm}$), vì nhiệt được truyền dọc thanh từ đầu nóng sang đầu lạnh.
Nhận xét: Hàng hạt truyền năng lượng cho hạt bên cạnh, còn đồng không chảy về phía đầu xa.
Kiến thức HS rút ra: Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng qua tương tác giữa các hạt, không kèm theo chuyển dời dòng vật chất vĩ mô; dẫn nhiệt diễn ra chủ yếu trong chất rắn và có thể trong chất lỏng, chất khí.

Nêu được khái niệm đối lưu; giải thích được đối lưu gắn với chuyển động của chất lỏng và chất khí.

Nhóm quan sát mô phỏng cốc nước đun từ đáy trên bếp điện, có hạt màu thể hiện dòng chuyển động của nước.
Nhiệm vụ: Hoàn thành mục 2 của Phiếu học tập số 1:

• Nước nóng ở đáy cốc chuyển động theo hướng nào? Nước lạnh ở trên chuyển động ra sao?
• Vì sao có dòng chuyển động này? Có vật chất nào được chuyển dời không?
• Đối lưu là gì? Đối lưu xảy ra trong những môi trường nào?

Kết quả nhóm: Nước nóng ở đáy cốc nổi lên giữa cốc; nước lạnh chìm xuống dọc thành cốc, tạo thành vòng tuần hoàn.
Kết luận: Nhiệt được truyền đi nhờ chính sự chuyển động của chất lỏng, có sự chuyển dời vật chất.
Kiến thức HS rút ra: Đối lưu là sự truyền nhiệt gắn với chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí; đối lưu chỉ xảy ra trong chất lỏng và chất khí, không xảy ra trong chất rắn.

Nêu được khái niệm bức xạ nhiệt; phân biệt được bức xạ nhiệt với dẫn nhiệt và đối lưu qua đặc điểm môi trường truyền nhiệt.

Nhóm quan sát mô phỏng đèn sưởi chiếu bức xạ nhiệt tới hai tấm: tấm đen nhám và tấm bạc; và mô phỏng bình giữ nhiệt có lớp chân không và mặt tráng bạc.
Nhiệm vụ: Hoàn thành mục 3 của Phiếu học tập số 1:

• Nhiệt độ của tấm đen nhám và tấm bạc tăng thêm bao nhiêu? Tấm nào hấp thụ nhiệt tốt hơn?
• Bức xạ nhiệt có cần môi trường vật chất để truyền không? Vì sao đèn sưởi vẫn làm nóng được tấm đặt cách xa?
• Hoàn thành bảng so sánh ba cách truyền nhiệt theo môi trường và dấu hiệu nhận biết.

Kết quả quan sát: Tấm đen nhám nóng thêm khoảng $30\,^{\circ}\mathrm{C}$; tấm bạc chỉ nóng thêm khoảng $8\,^{\circ}\mathrm{C}$.
Kiến thức HS rút ra: Bức xạ nhiệt là sự truyền năng lượng bằng sóng điện từ, có thể truyền qua chân không.
Phân biệt ba cách truyền nhiệt (ghi vào phiếu):

• Dẫn nhiệt: truyền qua tương tác hạt; chất rắn là chủ yếu; không có dòng vật chất vĩ mô.
• Đối lưu: gắn với chuyển động của chất lỏng, chất khí; có dòng vật chất.
• Bức xạ nhiệt: bằng sóng điện từ; truyền được qua chân không.

Vận dụng được khái niệm dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt để chọn đáp án và phân biệt đúng; bác bỏ được quan niệm sai về nhiệt từ Mặt Trời.

HS làm các câu hỏi trắc nghiệm và ghép nối nhanh (cá nhân, sau đó đối chiếu theo cặp):
Câu 1. Trong bài này, dẫn nhiệt có đặc điểm nào?
A. Đồng nghĩa với đối lưu. B. Truyền năng lượng qua tương tác hạt mà không chuyển dòng vật chất vĩ mô. C. Chỉ chất khí mới có.
Câu 2. Trong bài này, đối lưu có đặc điểm nào?
A. Xảy ra trong mọi chất rắn đứng yên. B. Không có vận chuyển vật chất. C. Truyền nhiệt gắn với chuyển động của chất lỏng, chất khí.
Câu 3. Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng: Dẫn nhiệt; Đối lưu; Bức xạ nhiệt.
Câu 4. Một bạn nói: “Nhiệt từ Mặt Trời không thể đến Trái Đất vì khoảng không không có không khí.” Nhận định này đúng hay sai?
Câu 5. Chọn thuật ngữ phù hợp cho mô tả: “truyền năng lượng bằng sóng điện từ, có thể qua chân không”.
GV hướng dẫn HS đối chiếu trực tiếp với bài tập tương tác trên trang NeoEdu sau khi làm bằng giấy.

Đáp án:
Câu 1: B. Dẫn nhiệt là truyền năng lượng qua tương tác hạt mà không chuyển dòng vật chất vĩ mô.
Câu 2: C. Đối lưu là truyền nhiệt gắn với chuyển động của chất lỏng, chất khí.
Câu 3: Dẫn nhiệt – truyền năng lượng qua tương tác hạt mà không chuyển dòng vật chất vĩ mô; Đối lưu – truyền nhiệt gắn với chuyển động của chất lỏng, chất khí; Bức xạ nhiệt – truyền năng lượng bằng sóng điện từ, có thể qua chân không.
Câu 4: Sai. Bức xạ điện từ truyền qua chân không nên không cần môi trường vật chất như sóng âm; nhiệt từ Mặt Trời đến Trái Đất bằng bức xạ nhiệt.
Câu 5: Bức xạ nhiệt.

Vận dụng được ba cách truyền nhiệt để giải thích vì sao áo giữ ấm có ích dù không tự tạo nhiệt; nêu điều kiện an toàn khi che phủ thiết bị điện.

Nhóm 4 HS thảo luận hai tình huống:
Tình huống 1. Vì sao áo giữ ấm không tự tạo nhiệt mà vẫn có ích?
Gợi ý: áo làm giảm trao đổi nhiệt với môi trường, giữ lớp không khí gần cơ thể, từ đó giảm mất năng lượng từ cơ thể.
Tình huống 2. Vì sao không nên che kín thiết bị điện đang nóng (như máy tính xách tay, bộ sạc, nồi cơm điện)?
Mỗi nhóm viết ngắn gọn lời giải thích vào phiếu, nêu rõ cơ chế truyền nhiệt đã vận dụng.
Bài tập về nhà gắn với tình huống này: Quan sát một đồ dùng trong nhà và xác định cách truyền nhiệt chủ yếu.

Tình huống 1: Áo giữ ấm làm chậm việc truyền nhiệt từ cơ thể ra môi trường (giảm dẫn nhiệt và đối lưu với không khí lạnh), đồng thời giữ được lớp không khí gần cơ thể; nhờ vậy cơ thể mất ít năng lượng hơn.
Tình huống 2: Thiết bị điện đang nóng tỏa nhiệt ra môi trường chủ yếu bằng đối lưu và bức xạ; nếu che kín, nhiệt không thoát được, thiết bị có thể quá nhiệt và hỏng hoặc gây cháy. Do đó cần để thông thoáng.
Kết luận chung: Muốn giữ nhiệt thì giảm cả ba cách truyền nhiệt; muốn tản nhiệt thì tạo điều kiện để nhiệt thoát ra.