Với bộ thí nghiệm về các định luật chất khí, ta có thể thực hiện các thí nghiệm: + Khảo sát quá trình đẳng nhiệt và nghiệm lại định luật Bôilơ Mariốt + Khảo sát quá trình đẳng tích và nghiệm lại định luật Sáclơ + Khảo sát quá trình đẳng áp và nghiệm lại định luật Gay Lussac Với bộ thí nghiệm về chất lỏng sử dụng để đo sức căng bề mặt của chất lỏng. GV tổ chức tình huống Hãy dự đoán xem: Hiện tượng gì xảy ra với bong bóng cao su khi ta ấn từ từ pittông xuống? Hiện tượng gì xảy ra với chiếc bong bóng cao su khi ta kéo từ từ pittông lên? và giải thích hiện tượng đó? GV gợi ý (nếu cần): Khi ta ấn hoặc kéo từ từ pittông thì V, p của bong bóng cao su thay đổi như thế nào? GV định hướng HS phát biểu vấn đề cần giải quyết: + GV: Thao tác ấn, kéo pittông một cách từ từ, nên có thể coi nhiệt độ của khí trong xilanh không thay đổi trong quá trình thí nghiệm. + GV gợi ý để HS phát biểu thành vấn đề (nếu cần): Khối khí đang khảo sát là khối khí nào? Trong khi làm thí nghiệm thì thông số trạng thái nào của khối khí không thay đổi, thông số nào thay đổi và thay đổi thế nào? nhận xét sự thay đổi giữa áp suất và thể tích. GV nêu lại giả thuyết và rút ra kết luận cho HS: “Trong quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí xác định, khi T = hằng số thì p và V tỉ lệ nghịch với nhau hay p.V = hằng số”. Và thông báo đó là nội dung định luật Bôilơ – Mariốt.
Trường ĐHSP Hà Nội Xác nhận giáo viên hướng dẫn Khoa Vật lý Lớp K26 LL PPDH Vật lý Nhóm 03 Họ tên: Hỏa Thị Thanh Bình Nguyễn Thị Ngọc Ngày thực hành : 16/09/2023 BÁO CÁO THỰC NGHIỆM ( BÀI 04: THÍ NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ ) I MỤC ĐÍCH - Tìm hiểu Bộ thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm sử dụng Bộ thí nghiệm: Bộ thí nghiệm định luật chất khí 2.Bộ thí nghiệm chất lỏng ( thí nghiệm lực căng bề mặt chất lỏng) - Soạn thảo thảo luận tiến trình dạy học Định luật Bôi-lơ Ma-ri-ốt II NỘI DUNG Các thí nghiệm thực - Với thí nghiệm định luật chất khí, ta thực thí nghiệm: + Khảo sát trình đẳng nhiệt nghiệm lại định luật Bơi-lơ Ma-ri-ốt + Khảo sát q trình đẳng tích nghiệm lại định luật Sác-lơ + Khảo sát trình đẳng áp nghiệm lại định luật Gay Lussac - Với thí nghiệm chất lỏng sử dụng để đo sức căng bề mặt chất lỏng Soạn thảo thảo luận tiến trình dạy học … 2.1 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm khảo sát trình đẳng nhiệt, nghiệm lại định luật Bơi-lơ Ma-ri-ốt bao gồm: Bộ thí nghiệm dạy học định luật chất khí Hình Cấu tạo thí nghiệm dạy học định luật chất khí (1) Pit-tơng xi-lanh chứa khí (2) Máy gia nhiệt (3) Cảm biến áp suất-nhiệt độ (4) Cặp nhiệt độ (5) Ống cao su nối đầu xi-lanh với cảm biến áp suất-nhiệt độ (6) Bộ hiển thị thu thập liệu (7) Áo thủy tinh Máy tính có cài đặt phần mềm Cora4 2.2 Tiến trình dạy học 2.1.1 Bảng tóm tắt tiến trình dạy học Hoạt động Nội dung (thời gian) (Nội dung hoạt động) Hoạt động [1] Xác định vấn đề/nhiệm vụ học tập Phương pháp, kỹ Phương án thuật dạy học chủ đánh giá đạo Tạo tình thảo luận - Phương pháp thực Đánh giá báo phương án thí nghiệm nghiệm cáo - Kĩ thuật đặt câu hỏi học sinh Hoạt động [2] Hình thành kiến thức mới/giải vấn đề/thực thi nhiệm vụ - Tìm hiểu thiết bị, dụng cụ thí nghiệm - Thiết kế phương án thí nghiệm Hoạt động [ 3] - Tiến hành thí nghiệm đo gia Phương pháp thuyết trình - Phương pháp dạy học nhóm - Phương pháp đặt giải vấn đề Phương pháp hoạt - Đánh giá trình bày nhóm Đánh giá kết Luyện tập tốc rơi tự Hoạt động Vận dụng động nhóm, thực nghiệm [4] - HS làm việc nhóm báo cáo - Phương pháp hoạt kết thu được động nhóm - HS vận dụng kiến thức tính - Kĩ thuật động não tốn xử lí số liệu, nhận xét không công khai báo cáo Đánh giá qua báo cáo thuyết trình 2.2.2 Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Mở đầu (Tạo tình học tập) a Mục tiêu: HS biết được nội dung học cần đạt được, tạo tâm cho học sinh vào tìm hiểu b Nội dung: Học sinh phát vấn đề từ tình GV đưa c Sản phẩm: HS phát vấn đề - Mối liên hệ áp suất thể tích lượng khí xác định nhiệt độ khơng thay đổi? d Tổ chức thực Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - GV tổ chức tình Hãy dự đốn xem: - Hiện tượng xảy với bong bóng cao su ta ấn từ từ pit-tơng xuống? - Hiện tượng xảy với bong bóng cao su ta kéo từ từ pit-tơng lên? giải thích tượng đó? GV gợi ý (nếu cần): Khi ta ấn kéo từ từ pit-tông V, p bong bóng cao su thay đổi nào? - GV định hướng HS phát biểu vấn đề cần giải quyết: + GV: Thao tác ấn, kéo pit-tơng cách từ từ, nên coi nhiệt độ khí xi-lanh khơng thay đổi q trình thí nghiệm + GV gợi ý để HS phát biểu thành vấn đề (nếu cần): Khối khí khảo sát khối khí nào? Trong làm thí nghiệm thơng số trạng thái khối khí không thay đổi, thông số thay đổi thay đổi nào? nhận xét thay đổi áp suất - HS: Nêu dự đoán làm thí nghiệm để kiểm tra dự đốn HS: Nêu dự đốn, nhiệt độ khơng đổi, lượng khí xác định, thể tích tăng áp suất giảm ngược lại, nên có khả p V tỉ lệ nghịch với - HS định hướng vấn đề cần giải cá nhân HS phát biểu vấn đề cần giải quyết: “Trong trình biến đổi đẳng nhiệt, thể tích áp suất lượng khí xác định có mối liên hệ với nào?” thể tích Hoạt động Lập kế hoạch giải vấn đề a Mục tiêu: Giúp HS định hướng được cách tiến hành thí nghiệm, xác định đại lượng cần đo b Nội dung: Học sinh thực nhiệm vụ theo nhóm hồn thành yêu cầu dựa câu hỏi gợi ý giáo viên c Sản phẩm: Câu trả lời nhóm HS d Tổ chức thực Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - GV tổ chức cho HS dự đoán mối quan hệ - HS nêu giả thuyết áp suất thể tích khí, trường hợp + Phương án 1: “Khi giữ nguyên nhiệt độ T, nhiệt độ khối khí được giữ khơng đổi tăng thể tích V áp suất p tăng theo ngược lại V giảm p giảm”? + Phương án 2: “Khi giữ nguyên nhiệt độ, tăng thể tích V áp suất p giảm theo ngược lại, V giảm p tăng”? - GV định hướng cho HS chọn lọc lại giả thuyết đáng tin cậy Cách chọn lọc tốt kiểm tra hệ khác được suy từ giả thuyết bằng thí nghiệm, kết thu được loại trừ được giả thuyết sai lầm - HS cần phải làm thí nghiệm với dụng cụ có sẵn xem giả thuyết đúng HS nêu giả thuyết “Khi nhiệt độ không đổi, áp suất thể tích lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với nhau” Từ giả thuyết, rút hệ cần kiểm tra là: p.V = số - GV dùng kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu HS làm việc theo nhóm (Chia lớp thành nhóm, nhóm người, người làm nhiệm vụ vị trí) để thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra dự đốn mối quan hệ áp suất theo thể tích khối lượng khí khơng đổi giữ ngun nhiệt độ + GV tổ chức cho HS làm việc theo nhóm Khi cần thiết, GV sử dụng câu hỏi định hướng hoạt động HS sau: Làm để có khối khí xác định?; Làm để thay đổi thể tích áp suất khối khí mà nhiệt độ khơng đổi?; Làm để xác định được áp suất, thể tích khối khí?; Tiến hành nào? + Cá nhân suy nghĩ phút, ghi câu trả lời vào vị trí Sau thảo luận nhóm thống ý kiến viết vào phần – phần chung nhóm (3 phút) Đại diện nhóm trình bày phương án thí nghiệm kiểm tra dự đốn mối liên hệ áp suất thể tích khối khí định (khi nhiệt độ khối khí được giữ không đổi) trước lớp Phương án: Giữ nhiệt độ khối khí khơng đổi, thay đổi thể tích khối khí để khảo sát thay đổi áp suất theo thể tích, kiểm tra tính đúng đắn biểu thức p.V = số Dùng bình kín chứa khí Dùng xilanh chứa khối khí xác định, xi lanh có pit-tơng di chuyển để thay đổi thể tích áp suất khối khí Có thể giữ cố định vị trí pit-tơng - Các nhóm tiến hành đánh giá chéo lẫn - GV tiến hành đánh giá nhóm rubric Hoạt động Thực kế hoạch a Mục tiêu: HS biết cách thao tác thực thí nghiệm, ghi kết b Nội dung: Học sinh thực nhiệm vụ theo nhóm hồn thành u cầu thí nghiệm, ghi kết quả, xử lí số liệu, đánh giá kết thu được dựa gợi ý GV c Sản phẩm: Báo cáo thí nghiệm xác định mối quan hệ áp suất thể tích khối khí xác định chuyển trạng thái điều kiện nhiệt độ không đổi (Định luật Bôi-lơ Ma-ri-ốt) Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên *GV giới thiệu cho học sinh thí nghiệm sử dụng cảm biến - Học sinh chú ý lắng nghe, quan nhiệt độ, áp suất Cobra4 phần mềm Cobra4 Wireless-link sát làm quen với thí nghiệm - Bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến nhiệt độ, áp suất Cobra4 (1) Pit-tơng xi-lanh chứa khí (2) Máy gia nhiệt (3) Cảm biến áp suất-nhiệt độ (4) Cặp nhiệt độ (5) Ống cao su nối đầu xi-lanh với cảm biến áp suất-nhiệt độ (6) Bộ hiển thị thu thập liệu (7) Áo thủy tinh - Máy tính điều khiển: Intel Core i3-8100 (4 Cores/ 6MB/4T/3.6GHz/65W); Ram:4GB (1x4GB) 2666MHz DDR4, Hard Drive: 1TB 7200rpm, Optical Drive: 8x DVD+/-RW 9.5, OS: Windows 10 Pro (64bit) English đã cài đặt phần mêm Cobra Wireless * GV hướng dẫn HS thiết lập thí nghiệm có dử dụng cảm biến Cobra - HS làm việc nhóm, thiết lập thí nghiệm theo hướng dẫn GV - HS chú ý tuân thủ quy định an tồn làm thí nghiệm bảo quản thiết bị thí nghiệm Hình Thiết lập thí nghiệm Các định luật chất khí có sử dụng cảm biến Cobra - Thiết lập thí nghiệm hình - Kết nối Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics với Cobra4 MobileLink2 Nối cặp nhiệt điện với ổ cắm T1 Cobra4 SensorUnit Thermodynamics Bật PC kết nối với Cobra4 MobileLink2 Chạy phần mềm “measure” máy tính chọn thí nghiệm từ hình khởi động (“PHYWE experiments”, tìm kiếm “P2320162”, click vào mục chứa thí nghiệm này) Tất cài đặt cần thiết được nạp Sau bật Cobra4 MobileLink2, cảm biến tự động được nhận dạng - Lắp xilanh khí vỏ bọc thuỷ tinh mơ tả hướng dẫn vận hành kèm Đặc biệt chú ý đến độ kín khí - Để khí khơng thể áp suất cao, cần bơi trơn pittong vài giọt dầu động cơ, để pittong được phủ lớp dầu suốt trình làm thí nghiệm; tránh thừa dầu - Đổ đầy nước vào lớp vỏ thuỷ tinh qua phễu lắp khấu từ - Nối ống silicon với núm phía vỏ, ống phía vỏ hở để đun nóng nước chảy qua ống vào cốc - Lắp cặp nhiệt điện để gần xilanh tốt - Sau điều chỉnh thể tích ban đầu xilanh khí xác đến 50ml, hãy nối vịi xilanh khí với Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics qua ống cau su ngắn Sao cho ống nối ngắn tốt - Cố định ống vời phun xilanh khí chuyển đổi kẹp ống *GV cho HS tiến hành thí nghiệm theo phương án đề xuất : - HS làm việc theo nhóm, tiến Xác định mối liên hệ áp suất thể tích lượng khí xác định nhiệt độ khơng thay đổi hành thí nghiệm thu thập + Bắt đầu phép đo liệu + Tăng dần thể tích khí theo bước, bước tăng 1ml đến thể tích khoảng 65ml + Ghi lại thể tích bước click vào … + Trộn nước vỏ thuỷ tinh cách di chuyển khuấy từ với việc trợ giúp nam châm tạo điều kiện cân áp suất xilanh khí cách quay pittong + Kết thúc phép đo việc ấn vào … + Sau kết thúc, phần mềm “measure” biểu diễn đồ thị mối tương quan thể tích áp suất nhiệt độ khơng đổi (hình 2) Hình 2: Đồ thị p theo V T = const n = const (T = 295,15K; n = 2,086mmol) + Để có đồ thị áp xuất theo nghịch đảo thể tích, click vào biểu tượng để mở nhóm liệu (hình 3) Hình 3: nhóm liệu + Bây giờ ta thực số thay đổi kênh click lên nút Đầu tiên, kéo thả liệu đo (thể tích) vào phép đo, sau kéo thả liệu vào cơng thức (hình 4) Hình 4: Cài đặt chuyển đổi kênh + Quay lại nhóm liệu chọn liệu đo cho áp suất kênh pVT đã sửa đổi Khi đó, chọn tuỳ chọn “Diagram” phần mềm hiển thị biểu đồ mong muốn hình cho thấy tương quan p 1/V Hình 5: Đồ thị p theo 1/V T = const n = const (T = 295,15K; n = 2,086mmol) + Ta để chương trình hiển thị hệ số góc * GV hướng dẫn hs xử lý số liệu viết báo cáo, rút kết luận Nội dung báo cáo thí nghiệm được viết theo phần sau: - Các nhóm làm báo cáo dựa kết thu được từ trình thực hành Thơng tin nhóm - Đại diện HS nhóm trình bày sản phẩm Nội dung báo cáo - Cả lớp thảo luận, nhóm đưa phương án điều chỉnh I Mục đích thí nghiệm sản phẩm nhóm Các - Trình bày ngắn gọn mục đích thí nghiệm nhóm đối chiếu sản phẩm nhóm với đáp án GV đưa II Cơ sở lý thuyết - HS ghi lại vào - Trình bày ngắn lí thuyết liên quan phép đo đại lượng cá nhân tính III Tiến hành thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết “Một khối lượng khí xác định chuyển trạng thái điều kiện nhiệt độ khơng đổi áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích khí” Quan sát hình ảnh thí nghiệm ghi tên dụng cụ nêu chức Dụng cụ Chức Nêu bước tiến hành thí nghiệm ………………………………………… Tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu Điền số liệu vào bảng Kết đo nhiệt độ không thay đổi: T = Lần đo Áp suất P (Pa) Thể tích V (cm3) 10 … III Kết thực nghiệm Kết đo - Tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối tỷ đối - Kết xác định được (kết được ghi hai dạng X X X X X X % Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc P V hệ tọa độ POV T không thay đổi So sánh kết thí nghiệm với dự đốn ban đầu Rút nhận xét IV Nhận xét, rút kết luận - Nhận xét kết thí nghiệm, xác định nguyên nhân sai số - Kết luận mối quan hệ áp suất thể tích khối khí xác định chuyển trạng thái điều kiện nhiệt độ không đổi - Ý kiến đề nghị để thí nghiệm được tốt (nếu có) Lưu ý: Bảng kết thực nghiệm phải được xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm, phải được ghi rõ ràng, khơng tẩy xố (có thể ghi nháp trước, thấy kết hợp lý, chắn ghi vào bảng) - GV tổ chức cho HS báo cáo kết hoạt động thảo luận - GV nhận xét phần bày nhóm: điều làm được, chưa làm được, hướng khắc phục Hoạt động 4: Vận dụng a Mục tiêu: - Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tịi mở rộng kiến thức học tương tác với cộng đồng Tùy theo lực mà em thực mức độ khác b Nội dung: Học sinh thực nhiệm vụ nhà c Sản phẩm: Minh chứng đánh giá: phần trình bày lời HS, kết sản phẩm phần mềm Padlet d Tổ chức thực hiện: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh 11 - GV nêu lại giả thuyết rút kết luận cho HS: “Trong trình biến đổi trạng thái khối khí xác định, T = số p V tỉ lệ nghịch với hay p.V = số” Và thông báo nội dung định luật Bơi-lơ – Ma-riốt - Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung định luật Bôi-lơ Ma-riốt - HS: lắng nghe, ghi nhận - Cá nhân HS phát biểu nội dung định luật Bôi-lơ – Ma-riốt - HS nhận xét đường đẳng nhiệt có hình dạng hypebol - GV ứng dụng cơng nghệ thơng tin để giao nhiệm vụ vận - HS thảo luận theo nhóm dụng kiến thức q trình đẳng nhiệt, định luật Bơilơ – nhiều hình thức, nộp sản Mariot phần mềm Padlet: phẩm thảo luận lên phần mềm Padlet để GV chấm Hãy giải thích số tượng tự nhiên hay sống sau Câu hỏi 1: Tại bình đựng khí nén nổ nguy hiểm, cịn ống đựng nước áp suất lớn nổ không nguy hiểm? Câu hỏi 2: Khi bơm xe đạp, ấn tay vào vòi bơm ta thấy cần bơm hạ thấp xuống khó bơm Tại sao? 12