(SKKN CHẤT 2020) chuyên đề phương pháp giải bài tập về quá trình biến đổi trạng thái của khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT QUANG HÀ BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG ÔN THI HỌC SINH GIỎI Tên chuyên đề: Phương pháp giải tập q trình biến đổi trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị NGƯỜI THỰC HIỆN: NGUYẾN THỊ NGUYỆT ĐƠN VỊ : TRƯỜNG THPT QUANG HÀ ĐỐI TƯỢNG : HỌC SINH LỚP 10 SỐ TIẾT : TIẾT Năm 2016-2017 download by : skknchat@gmail.com A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU I NỘI DUNG Bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị dạng tập mà liệu sử dụng làm kiện để giải phải tìm đồ thị cho trước ngược lại, từ đồ thị yêu cầu phải biểu diễn trình diễn biễn tượng tập Đối với dạng tập này, giáo viên bổ sung thêm kiến thức toán đồ thị đưa hướng giải chung cho tập giúp học sinh định hướng cách giải cho cụ thể II KĨ NĂNG Học sinh có kỹ phân tích đồ thị tập vật lý Thông qua việc giải tốt tập vật lí học sinh hiểu sâu lí thuyết rèn luyện đư+-ợc kĩ so sánh, kĩ phân tích ,tổng hợp…do phát triển tư học sinh BI PHƯƠNG PHÁP Về phía giáo viên Để thực chuyên đề chọn, kết hợp sử dụng kết hợp phương pháp sau: Hoạt động song phương giáo viên học sinh trình tiếp cận, tìm hiểu nhận biết tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị - - Phương pháp phân tích - tổng hợp - Phương pháp khảo sát thống kê - phân loại - Phương pháp hệ thống - Phương pháp so sánh => Mục đích: nhằm hệ thống hóa đơn vị kiến thức cần giảng dạy hướng dẫn học sinh Kết hợp sử dụng phương pháp gợi mở, nêu vấn đề, trao đổi thảo luận nhằm phát triển khả tư hệ thống, thiết lập hệ thống ý phát huy khả làm việc nhóm, làm việc độc lập học sinh Về phía học sinh - Sau xử lí nguồn tài liệu, học sinh tích cực, chủ động đưa phương án phân tích để đưa phương pháp giải toán Trang download by : skknchat@gmail.com Học sinh cần huy động lực như: lực vận dụng tổng hợp, lực hợp tác, lực phát giải vấn đề, lực vận dụng kiến thức liên môn giải vấn đề, để hiểu sâu, rộng tập có liên quan đến đồ thị - IV ĐỐI TƯỢNG, THỜI LƯỢNG GIẢNG DẠY CHUYÊN ĐỀ - Học sinh lớp 10, 11: Bồi dưỡng học sinh giỏi - Số tiết: 06 tiết Trang download by : skknchat@gmail.com B PHẦN NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I- Phương pháp chung giải tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị Các tốn cho trước đồ thị, ta phải phân tích đồ thị mặt sau: - Từ đồ thị ta xác định trình biến đổi trạng thái khối khí từ lựa chọn định luật chất khí phù hợp - Nếu dùng định luật chất khí mà chưa đủ điều kiện để giải tốn ta phân tích đồ thị mặt tốn học để tìm thêm số phương trình viết phương trình đường đồ thị, tìm giao điểm đường đồ thị,… Sau kiến thức phần Nhiệt học sử dụng chuyên đề: II – sở lý thuyết 1- Các định luật chất khí lý tưởng 1.1 Định luật Bơilơ – Mariốt Q trình đẳng nhiệt: Hay Đường đẳng nhiệt:là đường biểu diễn biến thiên áp suất theo thể tích nhiệt độ khơng đổi Từ phương trình (1) đường hybebol T2>T1 1.2 Định luật sác lơ Q trình đẳng tích: p T1 T Hay Đường đẳng tích đường đồ thị biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi T B Từ (2) p=a.T nên đường đẳng tích đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ Trang download by : skknchat@gmail.com Hay Đường đẳng áp đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất khơng đổi Từ (3) V=a.T nên đường đẳng tích đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ 1.4 Phương trình trạng thái khí lý tưởng = T số p V T = p V 2 T Hay 1.5 Phương trình Claperon – Mendeleep Xét lượng khí có khối lượng m, khối lượng mol chất khí M nhiệt độ T, áp suất p, thể tích V, ta có pV = M RT Với số R = 8,31J/mol.K, Lưu ý đơn vị đại lượng: V(m3), p(Pa), T(K) Cơng chất khí lý tưởng đẳng trình - Đối với trình nhỏ: - Đối với q trình lớn: a Q trình đẳng tích ( ∆ V =0): A = b Quá trình đẳng áp (p = số) : A = p.(V2-V1) c Quá trình đẳng nhiệt (T = số): V A12=∫ pdV =nRT ∫ p dV =nRT ∫ V Nếu hệ tọa độ p-V cơng q trình 1-2 tính diện tích đường biểu diễn với đường V=V 1, V=V2 trục OV Đặc biệt, chu trình (q trình khép kín) cơng tính diện tích đường giới hạn chu Trang download by : skknchat@gmail.com trình hệ tọa độ p-V, chiều chu trình thuận theo chiều kim đồng hồ A>0, ngược lại AV1) Q trình - có áp suất khơng đổi Quá trình - biểu diễn phương trình : T= T1b2V2 Biết nhiệt độ trạng thái là: T 0,75T1 Hãy tính cơng mà khối khí thực chu trình theo T1 Hướng dẫn + Để tính cơng mà khối khí thực , ta vẽ đồ thị biểu diễn chu trình biến đổi trạng thái chất khí hệ tọa độ hệ tọa độ (p - V) + Quá trình biến đổi từ 1-2: Từ T =pV/R T = T1(2- bV)bV => P= - Rb2T1V+2RbT1 + Quá trình 2-3 trình đẳng áp P2 + Quá trình biến đổi từ 3-1 Từ T=PV/R T = T1b2 V => P= Rb2T1V V3 V1 V2 V Trang 11 download by : skknchat@gmail.com + Thay T=T1 vào phương trình T = T1(2- V = bV)bV => b => P1= RbT1 + Thay T2= 0,75T1 vào phương trình: T = T1(2- bV)bV V => + Thay V 2= b => P2= P3 = 0,5RbT1=0,5P => V3 = 0,5V1 = +Ta có cơng: A = 0,5(P1 - P2 ).(V2-V3) = 0,25RT1 Ví dụ Một mol khí lí tưởng thực chu trình BCDEB hình bên Tìm cơng mà khí thực chu trình 10 V (lít) E D Hướng dẫn Quá trình EB đẳng áp nên: Quá trình CD đẳng áp nên: Cơng q trình là: ABC = ADE =0 ACD = pC(VD – VC) = 3,984.105 ( 10 – 5).10-3 = 1992J AED = pB (VB – VE) = 0,996.105 (5 – 10) 10-3 = - 498J Cơng mà chất khí thực chu trình là: A = ACD + AED = 1494J Ví dụ download by : skknchat@ Một lượng khí lý tưởng thực chu trình hình vẽ Nhiệt độ khí trạng thái A 200K Ở trạng thái B C khí có nhiệt độ Xác định nhiệt độ cực đại khí Hướng dẫn p Do VC = 3VA nên PC = 3PA Ta có q trình AB đẳng tích nên từ A đến B nhiệt độ tăng đạt cực đại B Và: - T = const pA = Q trình CA phương trình đường CA có dạng p = uV hay nRT = uV2 nên T cực đại C - Xét trình BC: Phương trình đoạn BC P = a.V + b - => ⇒ p=− nRT =− V ⇒T = max nRV A Vậy nhiệt độ cực đại khí đạt điểm BC là: Tmax = 12.200 = 2400K Ví dụ 9: p Trên hình vẽ biểu diễn chu trình biến đổi trạng thái n mol khí lý tưởng Chu trình bao gồm hai đoạn thẳng biểu diễn phụ thuộc áp suất p vào thể tích V đường đẳng áp Trên đường đẳng áp 1-2, sau thực cơng A nhiệt độ tăng lần Nhiệt độ trạng thái Các điểm nằm đường thẳng qua gốc tọa độ Hãy xác định nhiệt độ khí trạng thái cơng mà khí thực chu trình V Áp dụng số : n=1, A=9000J Trang 13 download by : skknchat@gmail.com Hướng dẫn : Gọi nhiệt độ khí trạng thái T1, nhiệt độ trạng thái 4T1 Giả sử áp suất đường đẳng áp – p 1, cơng mà khí thực q trình là: A = p1(V2 -V1), V1 V2 tương ứng thể tích khí trạng thái Áp dụng phương trình trạng thái cho hai trạng thái này: p1V1 =nRT1, p2V2=4nRT1 (1) Thay số ta có : T1=361K - Gọi p3 áp suất khí trạng thái cơng mà khí thực chu trình tính diện tích tam giác 123: - Kết hợp với phương trình trạng thái (1) nhiệt độ T1 theo (2) ta tìm được: V 1= V 2= -Thay (4) vào (5) ta có biểu thức tính cơng chu trình: A123 = (6) - Vì trạng thái nằm đường thẳng qua gốc tọa độ nên: với - Thay(5), (8) vào (7) ta nhận được: - Thay (9) vào (6) ta tính cơng khí chu trình: Trang 14 download by : skknchat@gmail.com A123= A/4 Thay số ta có: A123=2250J Ví dụ 10 Trên giản đồ pV đồi với lượng khí lý tưởng đó, gồm q trình đẳng nhiệt trình đẳng áp Hãy xác định tỷ số nhiệt độ T3/T1 chất khí trạng thái 1, biết tỷ số V3/V1= Cho thể tích khí trạng thái Hướng dẫn - Phương trình trình đẳng áp là: V2 V1 = T1 T2 V3 V4 = T3 T4 Do T1 = T4, T2 = T3, V2 = V4, V3 = => T V ) => Từ (1) (2 T 3= T1 V T 3= Từ (3) => V T1 V Nhân vế phương trình với ta được: T3 () T1 V4 T4 Trang 15 download by : skknchat@gmail.com C KẾT QUẢ TRIỂN KHAI CHUYÊN ĐỀ TẠI ĐƠN VỊ TRƯỜNG Chuyên đề áp dụng để giảng dạy ôn thi đội tuyển học sinh giỏi khối 10, 11 năm học 2015 – 2016 năm 2016 – 2017, chuyên đề góp phần nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi Từ giúp học sinh say mê u thích mơn học Chuyên đề trình bày thảo luận trước nhóm lý vào tháng 11 năm học 2016-2017 tiếp tục triển khai năm học tới D PHẦN KẾT LUẬN Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho tốn Giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập phương trình trạng thái có liên quan đến đồ thị nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập môn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp tốn mang tính tổng qt Đó mục đích mà tơi đặt , ngày tháng Thủ trưởng đơn vị Nguyễn Thị Nguyệt Trang 16 download by : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lý 10CB tác giả Lương Duyên Bình, NXB Giáo Dục 2006 Sách giáo khoa Vật lý 10NC tác giả Nguyễn Thế Khôi, NXB Giáo Dục 2006 Sách tham khảo toán chọn lọc vật lý 10 tác giả Vũ Thanh Khiết – Ths Mai Trọng Ý – Ths Vũ Thị Thanh Mai – Ths Nguyễn Hoàng Kim Đề thi hsg năm tỉnh Vĩnh Phúc Trang dethi.violet.vn Trang 17 download by : skknchat@gmail.com A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU I NỘI DUNG II KĨ NĂNG III PHƯƠNG PHÁP Về phía giáo viên Về phía học sinh IV ĐỐI TƯỢNG, THỜI LƯỢNG GIẢNG B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHUYÊ I PHƯƠNG PHÁP CHUNG II CƠ SỞ LÍ THUYẾT Các định luật chất khí Biểu thức tính cơng đẵng qu III CÁC VÍ DỤ MINH HỌA C KẾT QUẢ TRIỂN KHAI CHUYÊN TRƯỜNG D KẾT LUẬN Trang 18 download by : skknchat@gmail.com Trang 19 download by : skknchat@gmail.com ... DUNG CHUYÊN ĐỀ I- Phương pháp chung giải tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị Các tốn cho trước đồ thị, ta phải phân tích đồ thị mặt sau: - Từ đồ thị ta xác định trình. .. DUNG Bài tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị dạng tập mà liệu sử dụng làm kiện để giải phải tìm đồ thị cho trước ngược lại, từ đồ thị yêu cầu phải biểu diễn trình. .. chuyên đề chọn, kết hợp sử dụng kết hợp phương pháp sau: Hoạt động song phương giáo viên học sinh trình tiếp cận, tìm hiểu nhận biết tập phương trình trạng thái khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị