SKKN Phân loại và phương pháp giải các bài tập Vật lý 10 về chất khí phần nhiệt học

SKKN Phân loại và phương pháp giải các bài tập Vật lý 10 về chất khí phần nhiệt học 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDTX THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM RÈN LUYỆN KỸ NĂNG VẬN DỤNG TOÁN HỌC[.]

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDNN - GDTX THỌ XUÂN SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDTX THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP VẬT LÝ 10 VỀ CHẤT KHÍ PHẦN NHIỆT HỌC RÈN LUYỆN KỸ NĂNG VẬN DỤNG TOÁN HỌC VÀO GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH THAY ĐỔI Người thực hiện: Trịnh Minh Long Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lý Người thực hiện: Trịnh Minh Long Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (mơn): Vật lý THANH HỐ NĂM 2019 THANH HOÁ NĂM 2016 SangKienKinhNghiem.net MỤC LỤC Nội dung phần Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm SKKN PHẦN NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2.Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề: 2.3.1 Tóm tắt lý thuyết chương V chất khí 2.3.2 Phân loại phương pháp chung giải tập vật lý 2.3.3 Phương pháp giải tập vật lý 10 chương V chất khí 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm: PHẦN KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO: 3 4 4 4 SangKienKinhNghiem.net 6 10 21 22 22 23 24 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Một nhiệm vụ to lớn giáo dục phổ thơng góp phần hoàn thành mục tiêu đào tạo người toàn diện tri thức, đạo đức, sức khỏe, đáp ứng yêu cầu công xây dựng, bảo vệ tổ quốc Việt Nam xã hội chủ nghĩa, việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung, chất lượng dạy học môn vật lý nói riêng cần thiết Việc học tập mơn vật lý muốn đạt kết tốt trình nhận thức cần phải biết đối chiếu khái niệm, định luật, mơ hình vật lý – sản phẩm trí tuệ người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững chất chúng; biết chúng sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ thực khách quan giới hạn phản ánh đến đâu Đối với học sinh trung học phổ thông, tập vật lý phương tiện quan trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết học vào thực tiễn Việc giải tập vật lý giúp em ôn tập, cố, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải vấn đề thực tiễn Ngoài ra, cịn giúp em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tư giúp em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức thân Bài tập vật lý giúp cho học sinh hiểu sâu sắc quy luật vật lý, hịên tượng vật lý, biết phân tích chúng ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn Trong nhiều trường hợp, dù giáo viên có cố gắng trình bày tài liệu mạch lạc, hợp lôgic, phát biểu định nghĩa, định luật xác, làm thí nghiệm phương pháp có kết điều kiện cần chưa phải đủ để học sinh hiểu sâu sắc nắm vững kiến thức Chỉ có thơng qua tập hình thức hay hình thức khác, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành cơng tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc, hồn thiện biến thành vốn riêng học sinh Trong trình giải tình cụ thể tập đề ra, học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh, phân tích, tổng hợp, khái qt hố v.v để tự lực tìm hiểu vấn đề… Vì thế, tập vật lý cịn phương trình tốt để tư óc tưởng tượng tính độc lập việc suy luận, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn Bài tập vật lý hình thức củng cố ơn tập, hệ thống hoá kiến thức Khi làm tập học sinh phải nhớ lại kiến thức vừa học, phải đào sâu khía cạnh kiến thức phải tổng hợp nhiều kiến thức đề tài, chương, phần chương trình đứng mặt điều khiển hoạt động nhận thức mà nói, phương tiện kiểm tra kiến thức kỹ học sinh Với mong muốn tìm phương pháp giải toán vật lý cách nhanh chóng đồng thời có khả trực quan hóa tư học sinh lôi SangKienKinhNghiem.net nhiều học sinh tham gia vào trình giải tập giúp số học sinh khơng u thích không giỏi môn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải tốn vật lý, chọn đề tài: “Phân loại phương pháp giải tập vật lý 10 chất khí phần nhiệt học” Trong phạm vi đề tài Tôi khảo sát tập vật lý 10 chất khí phần Nhiệt học(chương V sách giáo khoa vật lý 10) 1.2 Mục đích nghiên cứu Từ thực tiễn trình dạy học, bồi dưỡng học sinh giỏi, tơi nghiên cứu đề tài nhằm tìm cách để giải tập cách dể hiểu, bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ giải tốt tập, hiểu ý nghĩa vật lý giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tư duy, giúp học sinh học tập môn vật lý tốt Tôi mong muốn thông qua đề tài giúp thân tích lũy thêm kinh nghiệm cơng tác dạy học đồng thời muốn chia sẻ đề tài với đồng nghiệp để trao đổi học hỏi, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn 1.3 Đối tượng nghiên cứu Các tập vật lý phân tử nhiệt học chất khí lớp 10(chương V sách giáo khoa vật lý 10) Học sinh lớp 10 nhà trường trực tiếp giảng dạy Giờ dạy số đồng nghiệp trường, trường bạn kỳ thao giảng, chuyên đề 1.4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm Đề tài giúp cho em học sinh nhận dạng nhanh loại tập vật lý từ áp dụng phương pháp vào giải tập vật lý cách hiệu tiết kiệm thời gian Qua trình nghiên cứu đề tài giúp cho thân nâng cao nhận thức phân loại giải tập vật lý phân tử nhiệt học NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận Các tập vật lý nói chung… có nội dung phong phú, đa dạng Vì phương pháp giải chúng mn hình, mn vẻ, khơng thể nói có phương pháp chung nhất, phương pháp vạn giải tập vật lý Tuy nhiên, từ khả phân tích giáo viên q trình giải tập vật lý nét khái quát bước chung tiến trình giải tập vật lý Đó tìm câu trả lời đắn giải mâu thuẫn mà tốn đặt Bên cạnh giải tập vật lý cịn tìm mối liên hệ đại lượng vật lý công thức phương trình, dựa vào cơng thức phương trình để tìm đại lượng chưa biết, qua góp SangKienKinhNghiem.net phần phát triển lực tư khoa học, luyện cho học sinh kỹ phân tích, tổng hợp Điều có tác dụng định hướng đắn phương pháp giải tập vật lý nói chung tập vật lý 10 chất khí nói riêng Giáo viên kiểm tra hoạt động giải tập học sinh hướng dẫn giúp đỡ em giải tập nhanh đạt hiệu Môn vật lý mơn mơn học thực nghiệm khó học sinh nói chung học sinh học chương trình GDTX nói riêng, việc giải tập vật lý lại khó học sinh học chương trình GDTX Đối với học sinh học chương trình GDTX chất lượng đầu vào thường có điểm xuất phát thấp tất môn học đặc biệt môn vật lý, nên việc giải tập vật lý đạt kết khó khăn Đối với giáo viên Trung tâm thường hướng dẫn học sinh giải tập vật lý cách chung chung chưa giúp em có cách nhìn tổng qt dạng tập nên em chưa thể có cách giải nhanh tập, chí giao cho em làm tập vật lý em giải sai cịn ngại khơng giải Những khó khăn phổ biến tất trung tâm GDTX trung tâm giảng dạy Như biết kỳ thi môn vật lý thi theo hình thức trắc nghiệm khách quan nên việc giúp học sinh có cách nhìn tổng quan nhận dạng giải nhanh tập vật lý cần thiết 2.2.Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong q trình giảng dạy mơn vật lý giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinh thảo luận tìm kết cho câu hỏi giáo viên thường kết luận đúng, sai không hướng dẫn thêm, việc giảng dạy vật lý tập vật lý không đạt kết cao, lớp có đối tượng học sinh giỏi, khá, trung bình, yếu, nên khả tư em khác nhau, học sinh yếu, hay trung bình khơng thể tư kịp nhanh học sinh khá, giỏi nên thảo luận em chưa thể kịp hiểu vấn đề thảo luận nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian thi xem nhóm đưa kết nhanh thường kết tư học sinh khá, giỏi nhóm Vì giáo viên không trọng đến việc hướng dẫn học sinh cách giải tập vật lý học sinh đốn mị khơng nắm vững kiến thức chương Thực tế trình độ học tập học sinh qua khảo sát đầu năm môn vật lý lớp 10A6 năm học 2018 – 2019 Số Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém Sĩ số kiểm SL % SL % SL % SL % SL % tra 45 45 11.11 30 66.67 17.78 4.44 SangKienKinhNghiem.net lớp 10A7 năm học 2018 – 2019 Số Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém Sĩ số kiểm SL % SL % SL % SL % SL % tra 44 44 11.36 28 63.64 20.45 4.55 -Học sinh vận dụng kiến thức liên quan để giải tập hạn chế -Học sinh tư cịn chậm, thường gặp khó khăn việc giải loại tập định lượng tính tốn -Khả trình bày cách giải tốn chưa đạt yêu cầu, chưa đảm bảo tính hệ thống giải hoàn chỉnh 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHƯƠNG CHẤT KHÍ PHẦN NHIỆT HỌC I Thuyết động học phân tử: Nội dung: a Các chất có cấu tạo gián đoạn gồm số lớn phân tử Các phân tử lại cấu tạo từ nguyên tử b Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng Cường độ chuyển động biểu nhiệt độ hệ c Kích thước phân tử nhỏ ( khoảng 10-10cm) so với khoảng cách chúng Số phân tử thể tích định lớn Trong nhiều trường hợp bỏ qua kích thước phân tử coi phân tử chất điểm d Các phân tử không tương tác với trừ lúc va chạm Sự va chạm phân tử phân tử với thành bình tuân theo định luật va chạm đàn hồi học Newton Các giả thuyết a, b với chất khí cịn giả thuyết c, d với chất khí lý tưởng e Áp suất: Định nghĩa: Lực phân tử chất khí tác dụng lên đơn vị diện tích thành bình áp suất chất khí P  F S Đơn vị áp suất: Trong hệ SI, đơn vị áp suất Newton/met vuông, ký hiệu N/m2 hay Pascal, ký hiệu Pa: 1N/m2 = 1Pa Ngồi ra, áp suất cịn đo bằng: Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu at: 1at = 0,981.105N/m2 = 736 mmHg Atmôtphe vật lý, ký hiệu atm: 1atm = 1,013.105N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at II Các định luật thực nghiệm phương trình trạng thái khí lý tưởng: Mẫu khí lý tưởng có đặc điểm sau: SangKienKinhNghiem.net - Khí lý tưởng gồm số lớn phân tử có kích thước nhỏ so với khoảng cách trung bình chúng; phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng - Lực tương tác phân tử không đáng kể trừ lúc va chạm - Sự va chạm phân tử phân tử với thành bình va chạm hồn tồn đàn hồi Thơng số trạng thái phương trình trạng thái: - Mỗi tính chất vật lý hệ đặc trưng đại lượng vật lý gọi thông số trạng thái hệ như: áp suất P, nhiệt độ T, thể tích V - Phương trình nêu lên mối liên hệ thông số P,V,T khối lượng khí xác định gọi phương trình trạng thái; dạng tổng quát: P = f(V,T) Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) : a Định luật: Với khối lượng khí xác định, nhiệt độ khơng đổi (T=const), tích số thể tích áp suất số P PV = số  P  V b Hệ thức: P1V1 = P2V2 c Đường đẳng nhiệt: Trong hệ tọa độ OPV, đường đẳng nhiệt đường hyperbol biểu diễn mối liên hệ P V Tập hợp đường đẳng nhiệt gọi họ đường đẳng nhiệt T1 T2 V Định luật Charles ( Q trình đẳng tích ) : a Định luật: Trong q trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối P = số  P  V T b Hệ thức: P1 P2  T1 T2 Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: Pt = P0(1+ t) Trong đó: Pt : Áp suất t0C ; P0 : Áp suất 00C = : số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích 273 P V1 V1 < V2 V2 V khí c Đường đẳng tích: Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi gọi đường đẳng tích SangKienKinhNghiem.net Định luật Gay – Lussac ( Quá trình đẳng áp): a Định luật: Trong trình đẳng áp lượng khí định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối V V  số  V  T T b Hệ thức: V1 V  T1 T2 Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius: Vt = V0(1+ t) đó: Vt : Thể tích khí t0C ; V0 : Thể tích khí 00C = P1 P1 < P2 P2 T : số nhiệt giãn đẳng áp chất khí 273 c Đường đẳng áp: Đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất không đổi gọi đường đẳng áp Phương trình trạng thái khí lý tưởng: Từ hai định luật Boyle – Mariotte Charles ta xác định phương trình trạng thái khí lý tưởng: P1 V1 P2 V2 PV   Hằng số  T1 T2 T Nhiệt lượng: Phần lượng mà vật nhận hay trình truyền nhiệt gọi nhiệt lượng Q = mc(t2  t1)=mct + m: khối lượng vật (kg); c: nhiệt dung riêng chất cấu tạo nên vật(J/kg.K); + t = t2  t1: độ biến thiên nhiệt độ (0C) + Q > 0: nhiệt lượng thu vào; Q < 0: nhiệt lượng tỏa Phương trình cân nhiệt : Q1 + Q = 2.3.2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ A PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ Có nhiều cách phân loại tập vật lý, ta phân loại tập vật lý theo phương tiện giải mức độ khó khăn tập học sinh I Dựa vào phương tiện giải chia tập vật lý thành dạng: Bài tập định tính: SangKienKinhNghiem.net Bài tập định tính tập mà giải cần làm phép tính đơn giản, tính nhẩm, u cầu giải thích dự đoán tượng xảy điều kiện xác định Bài tập định tính giúp hiểu rõ chất tượng vật lý quy luật chúng, áp dụng tri thức lý thuyết vào thực tiễn Bài tập định lượng: Bài tập định lượng tập mà giải phải thực loạt phép tính kết thu đáp số định lượng, tìm giá trị số đại lượng vật lý Bài tập thí nghiệm: (khơng nghiên cứu) Bài tâp thí nghiệm tập địi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hay tìm số liệu cần thiết cho việc giải tập Bài tập đồ thị: Bài tập đồ thị tập mà số liệu sử dụng làm kiện để giải phải tìm đồ thị cho trước ngược lại, yêu cầu phải biểu diễn trình diễn biến tượng nêu tập đồ thị II Dựa vào mức độ khó khăn tập học sinh chia tập vật lý thành dạng: Bài tập bản, áp dụng: Là tập bản, đơn giản đề cập đến tượng, định luật vật lý hay sử dụng vài phép tính đơn giản giúp học sinh cố kiến thức vừa học, hiểu ý nghĩa định luật nắm vững công thức, đơn vị vật lý để giải tập phức tạp Bài tập tổng hợp nâng cao: Là tập giải cần phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử dụng kết hợp nhiều công thức Loại tập có tác dụng giúp cho học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy mối liên hệ phần chương trình vật lý biết phân tích tượng phức tạp thực tế thành phần đơn giản theo định luật vật lý xác định Loại tập nhằm mục đích giúp học sinh hiểu rỏ nội dung vật lý định luật, quy tắc biểu dạng công thức B PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Dàn chung cho việc giải tập vật lý gồm bước sau: I Tìm hiểu đề bài: Đọc kỉ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý thuật ngữ, phân biệt kiện cho ẩn số cần tìm Tóm tắt đề hay vẽ hình diễn đạt điều kiện đề II Phân tích tượng: Tìm xem kiện cho có liên quan đến khái niệm,hiện tượng, quy tắc, định luật vật lý SangKienKinhNghiem.net Hình dung tượng diễn bị chi phối định luật nhằm hiểu rỏ dược chất tượng để có sở áp dụng cơng thức xác, tránh mị mẫm áp dụng máy móc cơng thức III Xây dựng lập luận: Xây dựng lập luận tìm mối quan hệ ẩn số kiện cho Đây bước quan trọng trình giải tập Cần phải vận dụng định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối quan hệ nêu Có thể theo hai hướng để đưa đến kết cuối cùng: - Xuất phát từ ẩn số, tìm mối quan hệ ẩn số với đại lượng định luật, cơng thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi cơng thức theo kiện cho để dẫn đến công thức cuối chứa mối quan hệ ẩn số với kiện cho - Xuất phát từ kiện đề bài, xây dựng lập luận biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ điều kiện cho với đại lượng khác để đến công thức cuối chứa ẩn số kiện cho IV Biện luận: Phân tích kết cuối để loại bỏ kết không phù hợp với điều kiện đề không phù hợp với thực tế Kiểm tra xem giải hết yêu cầu toán chưa; kiểm tra kết tính tốn, đơn vị giải lại tốn cách khác xem có kết không 2.3.3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ A BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH I Phương pháp: Để giải tập vật lý định tính trước hết cần hiểu rõ chất khái niệm, định luật vật lý; nhận biết biểu chúng trường hợp cụ thể Dựa sở định luật vật lý để xây dựng suy luận logic bước đến kết luận cuối Bài tập định tính thường có hai dạng: giải thích tượng dự đốn tượng xảy Tìm hiểu đề bài: Thực giống dàn chung, cần lưu ý chuyển ngôn ngữ thông thường dùng miêu tả tượng sang ngơn ngữ vật lý Phân tích tượng: Sau chuyển ngôn ngữ thông thường sang ngơn ngữ vật lý, ta tìm hiểu xem kiện đề đề cập đến tượng vật lý nào, hình dung tồn diễn biến tượng Tiếp theo cần tìm xem giai đoạn diễn biến tượng có liên quan đến khái niệm, định luật vật lý để dựa vào xây dựng lập luận Xây dựng lập luận: SangKienKinhNghiem.net 10 Vận dụng định luật, quy tắc vật lý (đã xác định khâu phân tích tượng) để thiết lập mối quan hệ tượng cần giải thích hay dự đốn với kiện cụ thể cho - Đối với tập giải thích tượng: Dạng tập cho biết tượng yêu cầu giải thích nguyên nhân diễn tượng Nguyên nhân đặc tính, định luật vật lý Do ta cần: + Tìm xem đề đề cập đến dấu hiệu có liên quan đến tính chất, định luật vật lý Phát biểu đầy đủ tính chất, định luật + Thiết lập mối quan hệ định luật với tượng cho (nghĩa giải thích nguyên nhân tượng) - Đối với tập dự đoán tượng: Dạng tập yêu cầu phải dựa vào điều kiện cụ thể cho đề, tìm định luật chi phối tượng dự đoán tượng diễn q trình diễn tượng Biện luận: Phân tích xem hiên tượng giải thích (hay dự đoán) phù hợp với yêu cầu kiện đề phù hợp với thực tế hay chưa Kiểm tra lại tồn q trình giải tập nêu kết cuối II Các tập cụ thể chất khí Thuyết động học phân tử chất khí: Bài tập mẫu Bài Dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Boyle – Mariotte (B – M) Hướng dẫn Đề yêu cầu giải thích định luật B - M cách định tính dựa sở thuyết động học phân tử Vì định luật B - M thành lập sở tính tốn định lượng theo thuyết động học phân tử khí lý tưởng nên yêu cầu trước tiên phải phát biểu lại định luật B - M nắm nội dung thuyết động học phân tử khí lý tưởng Hướng dẫn Nguyên nhân gây áp suất chất khí va chạm phân tử khí lên thành bình Độ lớn áp suất phụ thuộc vào số va chạm cường độ va chạm Theo thuyết động học phân tử thì: - Số va chạm phụ thuộc vào: + Mật độ phân tử khí n : Mật độ phân tử lớn số va chạm lớn ngược lại + Nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ cao (hay thấp) phân tử chuyển động nhanh (hay chậm) dẫn đến số va chạm tăng (hay giảm) SangKienKinhNghiem.net 11 - Cường độ va chạm phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ cao, phân tử chuyển động nhanh nên va chạm mạnh ngược lại Khi nhiệt độ chất khí khơng đổi (trong trường hợp định luật B-M) cường độ va chạm phân tử đơn vị diện tích thành bình khơng đổi Khi áp suất tăng tức số va chạm phân tử lên đơn vị diện tích thành bình tăng Muốn mật độ phân tử khí phải tăng Tacó: n = N ; khối khí xác định, khối lượng m khơng đổi nên tổng V số phân tử N khơng đổi Do đó, để mật độ phân tử khí n tăng thể tích V phải giảm Chứng tỏ, T = const PV = const; nghĩa nhiệt độ chất khí khơng đổi, áp suất tăng thể tích giảm ngược lại Bài Vì pha nước chanh người ta thường làm cho đường tan trước cho đá lạnh vào? Hướng dẫn Đây dạng tập giải thích tượng, đề đề cập đến đá lạnh hịa tan tức có liên quan đến nhiệt độ chuyển động nhiệt phân tử Do cần dựa vào thuyết động học phân tử để giải thích Theo thuyết động học phân tử cường độ chuyển động phân tử biểu nhiệt độ hệ Khi nhiệt độ cao phân tử chuyển động nhanh ngược lại Nhiệt độ ly nước chưa cho đá lạnh vào cao nhiệt độ lúc có đá nên phân tử chuyển động nhiệt nhanh hơn, số va chạm phân tử tăng lên làm đường hòa tan nhanh Khi cho đá vào, nhiệt độ ly nước thấp nên phân tử chuyển động nhiệt chậm hơn, số va chạm phân tử giảm làm q trình hịa tan đường diễn chậm Bài Vì chế tạo phễu người ta thường làm gân dọc theo mặt cuống phễu Hướng dẫn Nếu khơng có gân đặt vào cổ chai, cuống phễu áp sát vào cổ chai Khi chất lỏng đổ vào phễu liên tục trở thành nút ngăn cách khơng khí chai khơng khí bên ngồi Ban đầu, áp suất khí chai bên nhau, chất lỏng đổ vào chai chiếm chổ khí chai làm thể tích khí chai giảm Theo định luật B-M thể tích áp suất chất khí tỉ lệ nghịch với thể tích khí chai giảm áp suất khí chai tăng lên lớn áp suất khơng khí bên ngồi gây khó khăn cho việc đổ chất lỏng vào chai Khi sử dụng phễu có gân cuống phễu khơng áp sát vào cổ chai nên áp suất khơng khí chai ln cân với áp suất khơng khí bên giúp việc đổ chất lỏng vào chai dễ dàng SangKienKinhNghiem.net 12 Bài tâp Hãy dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Gay - Lussac Charles Vì than cháy lại phát tiếng nổ lách tách có tia lửa bắn ra? Hai bình tích giống chứa khơng khí áp suất bình thường đậy kín nút Khi nung khí hai bình đến nhiệt độ áp suất hai bình có cịn khơng? Khái niệm nhiệt độ áp dụng cho chân khơng hay khơng? (xét khoảng không gian hành tinh chẳng hạn) Bài tâp tổnghợp, nâng cao Khối lượng riêng lượng khí xác định thay đổi tăng áp suất q trình đẳng nhiệt? Hai phịng có kích thước nhau, thơng với cửa mở Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình hai phịng có trì giá trị khác Trong phịng có nhiều khơng khí hơn, sao? Bạn dự đốn cách thành phần khí thay đổi theo độ cao? Sự va chạm phân tử tượng truyền chất khí: Bài tập mẫu Vì phích nước nóng giữ nhiệt ? Đây tập có liên quan đến tượng truyền nhiệt Như ta biết, trao đổi nhiệt vật nói chung có nhiệt độ khác thực theo ba cách: - Bức xạ: Vật nóng phát sóng điện từ, vật lạnh hấp thụ Vì vậy, vật nóng nguội vật lạnh nóng lên - Đối lưu: Do chuyển động dịng khí (hay lỏng) có nhiệt độ khác - Truyền nhiệt: Do phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn va chạm với mà động truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp Ruột phích nước nóng có cấu tạo đặc biệt : hai lớp thủy tinh mỏng tạo nên, hai lớp thủy tinh rút hết khơng khí, mặt phía tráng lớp thủy ngân mỏng, miệng ruột phích nhỏ nhiều so với thân đóng chặt nút mềm Chính cấu tạo phích làm cho phích giữ nhiệt - Sau đổ nước sơi vào phích, đóng kín miệng phích nút mềm, khơng khí phích bị nóng lên Khơng khí nóng bên khơng thể SangKienKinhNghiem.net 13 ngồi khơng khí lạnh bên ngồi khơng thể vào phích, đối lưu nhiệt hồn tồn bị cắt đứt - Khoảng hai lớp thủy tinh chân khơng, khơng có phân tử khí nào, khơng có chuyển động va chạm phân tử nên khơng có truyền động từ phân tử có nhiệt độ cao đến phân tử có nhiệt độ thấp hơn, tức tượng truyền nhiệt chất khí khoảng khơng diễn Con đường truyền nhiệt bị cắt đứt - Mặt ruột phích tráng lớp thủy ngân mỏng nên xạ nhiệt bị phản xạ lớp thủy ngân bị chặn lại bên ruột phích Như vậy, đường xạ nhiệt bị cắt đứt Do ba cách truyền nhiệt không thực nên nước phích giữ nóng Cần lưu ý, thực tế, hiệu cách nhiệt phích đến giới hạn định Do đó, phích khơng thể giữ nước nóng Bài tập Vì đèn kéo quân lại tự động quay ? Tại giọt mực sau khuếch tán khơng khí không tự động thu lại ? Hãy liệt kê cách làm tăng hiệu số va chạm phân tử đơn vị thời gian chất khí Giải thích định tính mối liên hệ quãng đường tự trung bình phân tử amôniac Và thời gian cần thiết để ngửi thấy mùi amơniac bình mở phịng Tại khói bốc lên mà khơng chìm xuống từ nến? Giải thích ngơn ngữ va chạm phân tử B BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG I PHƯƠNG PHÁP : Muốn giải tập định lượng trước hết cần phải biết đề đề cập đến tượng tồn q trình diễn tượng Vì vậy, phần đầu toán định lượng gần tập định tính Trong q trình giải tập định lượng, bước tìm hiểu đề bước phân tích tượng thực giống tập định tính Trong bước xây dựng lập luận áp dụng cơng thức cách biến đổi toán học chặt chẽ, rõ ràng Ở bước sử dụng phương pháp phân tích hay phương pháp tổng hợp (ở dàn chung đề cập đến), hay phối hợp sử dụng hai phương pháp Trong bước biện luận, kiểm tra lại lời giải, biểu thức kết tính toán, đơn vị để kết cuối Khi giải tập định lượng cần lưu ý số điểm: - Những tập biểu diễn tình vật lý hình vẽ nên vẽ hình để biếu diễn SangKienKinhNghiem.net 14 - Chuyển tất đơn vị đo hệ thống đo lường - Khi tính tốn số cần ý đến độ xác đại lượng ý nghĩa II CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ CHẤT KHÍ: Thuyết động học phân tử chất khí lý tưởng: 1.1 Các tốn trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte: Phương pháp: - Liệt kê trạng thái khối khí - Áp dụng định luật B-M: Khi T = const P1V1 = P2V2 Cần ý: - Áp suất chất lỏng điểm A có độ sâu h lòng chất lỏng là: PA = P o + Ph Trong đó: P0 : áp suất khí Ph = gh : áp suất gây trọng lượng cột chất lỏng có chiều cao h  : khối lượng riêng chất lỏng - Trong không gian nhỏ, áp suất khí coi khơng đổi, không phụ thuộc vào độ cao Bài tập mẫu: Bài Khí nén đẳng nhiệt từ thể tích lít đến thể tích lít, áp suất khí tăng thêm 0,75 atm Tìm áp suất ban đầu khí Hướng dẫn Đề cho biết q trình nén khí q trình nén đẳng nhiệt nên áp dụng định luật B-M - Liệt kê hai trạng thái khối khí: + Trạng thái 1: V1 = lít P1 = ? + Trạng thái 2: V2 = lít P2 = P1 + 0,75 atm - Áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái khối khí:  P1V1 = (P1 + 0,75).V2  P1V1 = P1V2 + 0,75.V2  P1  P1V1 = P2V2 0,75V2 V1  V2 - Thay số, ta có áp suất ban đầu khí là: P1  0,75.4 = 1,5atm 64 SangKienKinhNghiem.net 15 Bài Một bọt khí từ đáy hồ lên mặt nước thể tích tăng gấp rưỡi Giả sử nhiệt độ đáy hồ mặt hồ Hãy tính độ sâu hồ Biết áp suất khí P0 = 105 Pa, khối lượng riêng nước  = 103 kg/m3, g = 10 m/s2 Hướng dẫn Đề cho nhiệt độ đáy mặt hồ không đổi nên ta áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái khối khí bọt khí - Liệt kê trạng thái khối khí: + Trạng thái 1: - Khối khí tích V1 - Áp suất P1 khối khí áp suất điểm đáy hồ bao gồm áp suất khí P0 áp suất Ph gây trọng lượng cột nước có chiều cao h: P1 = P0 + P2 = P0 + gh + Trạng thái 2: - Khối khí tích V2=1,5V1 - Áp suất P2 khối khí lúc áp suất khí bọt khí mặt nước: P2 = P0 - Áp dụng định luật B-M cho hai trạng thái khối khí: P1V1 = P2V2 Hay (P0 +gh)V1 = P0.1,5V1 Suy ra: h= 0,5P0 g Thay số, ta độ sâu hồ: 0,5.10 h= =5m 10 10 Bài Một ống dài tiết diện nhỏ có đầu kín đầu hở bên có chứa thủy ngân chiếm đọan dài h = 12,5cm Nếu dựng ống thẳng, đầu hở quay lên đáy cột thủy ngân cách đáy ống khoảng l1=5cm Nếu đầu hở quay xuống khoảng cách l2=7cm Trong khoảng có khơng khí Tính áp suất khí p0 Biết nhiệt độ khí khơng đổi Hướng dẫn Nhiệt độ khí khơng đổi nên áp dụng định luật (B - M ) Gọi S tiết diện ống Áp suất gây lượng cột thủy ngân chiều cao cột thủy ngân: ph = h - Liệt kê hai trạng thái khối khí bị giữ ống: + Khi đầu hở ống hướng lên : Thể tích khối khí : V1 = Sl1 Áp suất khối khí : p1 = p0 + h + Khi đầu hở ống hướng xuống : Thể tích khối khí : V2 = Sl2 Áp suất khối khí : p2 = p0  h - Áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái khối khí: p1V1 = p2V2 Hay (p0 + h) S.l1 = (p0 - h) S.l2 SangKienKinhNghiem.net 16 Suy ra: P0 = h (l1  l ) l1  l Thay số, ta áp suất khí là: P0 = 12,5 (7  5) = 75(cmHg) 75 1.2 Các toán trình đẳng tích - Định luật Charles: Phương pháp: Nếu đề cho P0, áp dụng công thức: Pt = P0 (1 + t) (1) Nếu đề không cho P0, áp dụng công thức: P1 P  T1 T2 (2) Thường nên áp dụng cơng thức (2): + Liệt kê trạng thái chất khí + Áp dụng công thức (2) + Cần đổi toC ToK : T0K = 273 + toC Dạng toán thường áp dụng cho chất khí chứa bình hàn kín Bài tập mẫu: Trong bình chứa khí nhiệt độ 27oC áp suất atm Khi nung nóng đẳng tích khí bình lên đến 87oC áp suất khí lúc bao nhiêu? Hướng dẫn Đề đề cập đến q trình đẳng tích nên áp dụng định luật Charles để giải - Liệt kê hai trạng thái khí: + Trạng thái 1: t1 = 27oC  T1 = 273 + 27 = 300K P1 = atm + Trạng thái 2: t2 = 87oC  T2 = 87 + 273 = 360K P2 = ? - Áp dụng định luật Charles: Suy ra: P1 P  T1 T2 P2 = P1 T2 T1 Thay số, áp suất khí bình sau q trình nung nóng đẳng tích là: P2 = 2.360 =2,4atm 300 Bài tập luyện tập: Bài Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ 27oC áp suất 0,6 at Khi đèn cháy sáng, áp suất khí đèn at khơng làm vỡ bóng đèn Tính nhiệt độ khí đèn cháy sáng Coi dung tích bóng đèn khơng đổi ĐS: 227oC Bài Biết thể tích lượng khí khơng đổi, trả lời câu hỏi sau : SangKienKinhNghiem.net 17 a Chất khí 0oC có áp suất at, hỏi áp suất 273oC ? b Chất khí 0oC có áp suất po , cần đun nóng chất khí tới nhiệt độ để áp suất tăng lên lần? ĐS: 10 atm, 819oK Bài Áp suất khí trơ bóng đèn tăng lần đèn sáng nhiệt độ nhiệt độ đèn tắt 25oC, sáng 323oC ? ĐS: lần o Bài Khi đun nóng đẳng tích khối khí thêm C áp suất khí tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu khí ĐS: 87oC 1.3 Các tốn q trình đẳng áp - Định luật Gay - Lussac: Phương pháp: - Nếu đề cho Vo, áp dụng công thức : Vt = Vo (1 + t ) (1) - Nếu đề không cho Vo, áp dụng công thức : V1 V2  T1 T2 (2) Chú ý: + Khi áp dụng công thức (2) cần liệt kê trạng thái khí đổi toC ToK + Trong dạng tập áp suất khí khơng đổi thường cân với áp suất khí Bài tập mẫu: Một bình dung tích V = 15 cm chức khơng khí nhiệt độ t1 = 177oC, nối với ống nằm ngang chứa đầy thủy ngân, đầu ống thơng với khí Khối lượng thủy ngân chảy vào bình khơng khí bình làm lạnh đến nhiệt độ t2 m = 68g Tìm t2 , xem dung tích bình khơng đổi khối lượng riêng thủy ngân  = 13,6 g/cm3 Hướng dẫn Phân tích tượng: - Khi khối khí bình nhiệt độ t1, ống nằm ngang, cột thủy ngân cân nghĩa áp suất khối khí bình với áp suất khí - Khi làm lạnh khối khí đến nhiệt độ t2 (nhiệt độ giảm) áp suất giảm nhỏ áp suất khí quyển; đó, phần thủy ngân bị đẩy vào bình chiếm phần thể tích bình Lúc này, thể tích khí bình giảm ; vậy, áp suất khí bình lại tăng cân với áp suất khí quyển, cột thủy ngân đứng cân khơng chảy vào bình - Ta thấy, áp suất khối khí bình trước sau thủy ngân chảy vào với áp suất khí quyển, đó, áp dụng định luật G - L cho hai trạng thái khối khí - Liệt kê trạng thái khối khí: + Trạng thái 1: t1 = 177oC  T1 = 177 + 273 = 4500K V1 = 15 cm3 + Trạng thái 2: SangKienKinhNghiem.net 18 T2 = ? Tìm V2 : -Thể tích thủy ngân chảy vào bình: V = m. -Thể tích khối khí bình cịn lại là: V2 = V1 - V = V - m  + Áp dụng định luật Gay - Lussac: V1 V2  T1 T2 V T T2  = 3000K Suy ra: V1 1.4 Các toán thơng số trạng thái khối khí -Phương trình trạng thái khí lý tưởng: Phương pháp: - Nếu tốn có liên quan đến biến đổi khối lượng khí xác P1 V1 P2 V2  (1) định sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng : T1 T2 + Liệt kê trạng thái khối khí + Áp dụng phương trình (1) Cần ý đổi nhiệt độ toC nhiệt độ ToK Ngồi cịn dạng tập khác phương trình trạng thái khí lý tưởng : phương trình trạng thái áp dụng cho hỗn hợp khí hay phương trình trạng thái kết hợp với định luật Acsimet, Tùy vào điều kiện đề mà vận dụng kết hợp công thức, biến đổi hợp lý Bài tập mẫu: Bài Nếu thể tích lượng khí giảm 1/10, nhiệt độ tăng thêm 16oC áp suất tăng 2/10 so với áp suất ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu Hướng dẫn Bài tốn có liên quan đến biến đổi trạng thái chất khí nên áp dụng phương trình trạng thái - Liệt kê hai trạng thái khối khí: + Trạng thái 1: Khối khí nhiệt độ T1, thể tích V1, áp suất P1 + Trạng thái 2: T2 = T1 + 16 V2 = - 1/10 = 0,9V1 P2 = + 2/10 = 1,2 P1 P1 V1 P2 V2  T1 T2 16 1,08  = 2000K T   T 0,08 T1  16 - Áp dụng phương trình trạng thái : SangKienKinhNghiem.net 19 Vậy, nhiệt độ ban đầu khối khí T1 = 2000K Bài tập luyện tập: Một bơm chứa khơng khí nhiệt độ 270C áp suất 105 Pa Khi khơng khí bị nén xuống 20cm3 nhiệt độ tăng lên tới 3270 C Tính áp suất khơng khí bơm Trong phịng thí nghiệm, người ta điều chế 40 cm3 khí ơxi áp suất 750 mmHg nhiệt độ 3000K Khi áp suất 1500 mmHg, nhiệt độ 1500K Tính thể tích lượng khí Một lượng khí đựng xilanh có pittơng chuyển động Các thơng số trạng thái lượng khí là: at, 15lít, 300K Khi pittơng nén khí, áp suất khí tăng lên tới 3,5 at, thể tích giảm cịn 12lít Tính nhiệt độ khí nén Nén 10 lít khí nhiệt độ 270C để thể tích giảm cịn lít, q trình nén nhanh nên nhiệt độ tăng đến 600C Áp suất khí tăng lần: 100cm3 C BÀI TẬP ĐỒ THỊ Phương pháp: - Đối với dạng tập mà kiện cho toán đồ thị yêu cầu phải hiểu ý nghĩa đồ thị : + Xem đồ thị biểu đạt mối liên hệ đại lượng vật lý nào, tương đương với công thức + Từ đồ thị cho rút số liệu xác.Từ đó, vận dụng kiến thức học có liên quan đến yêu cầu toán để giải - Đối với dạng tập đòi hỏi phải biểu diễn trình diễn biến tượng đồ thị P yêu cầu phải : + Hình dung diễn biến tượng, mối liên hệ đại lượng cho đề T1 + Vẽ xác đồ thị biểu diễn số liệu cho Từ T2 đồ thị tìm kết mà T3 toán yêu cầu hay định luật vật lý V Bài tập mẫu Đồ thị biểu diễn trạng thái khối lượng lý tưởng Hãy so sánh nhiệt độ khối khí trạng thái cho Hướng dẫn Đây dạng tập đồ thị trạng thái khí lý tưởng Trên đồ thị: - Trục OP biểu diễn áp suất khối khí - Trục OV biểu diễn thề tích khối khí SangKienKinhNghiem.net 20 ... nhiệt lượng tỏa Phương trình cân nhiệt : Q1 + Q = 2.3.2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ A PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ Có nhiều cách phân loại tập vật lý, ta phân loại tập vật. .. nghiệm 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề: 2.3.1 Tóm tắt lý thuyết chương V chất khí 2.3.2 Phân loại phương pháp chung giải tập vật lý 2.3.3 Phương pháp giải tập vật lý 10 chương V chất khí 2.4... gia vào trình giải tập giúp số học sinh khơng u thích khơng giỏi mơn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải tốn vật lý, tơi chọn đề tài: ? ?Phân loại phương pháp giải tập vật lý 10 chất khí phần nhiệt