VẬT LÝ 10 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ KHÍ LÝ TƯỞNG pps

TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 1 Tiết 03 – 04 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ KHÍ LÝ TƯỞNG I. MỤC ĐÍCH - Xây dựng phương trình cơ bản dựa trên phương pháp lý thuyết. - Ý nghĩa vật lý của các đại lượng có mặt trong phương trình II. KIỂM TRA BÀI CỦ 1/ Thế nào là quy luật thống kê ? 2/ Viết công thức tính mật độ phân tử và cho biết ý nghĩa vật lý của mật độ phân tử ? 3/ Trình bày công thức tính vận tốc toàn phương của các phân tử khí ? III. NỘI DUNG BÀI GIẢNG Phần làm việc của Giáo Viên Phần ghi chép của học sinh I. ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ GV : Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử xác định sự phụ thuộc của áp suất chất khí vào các đặc điểm của phân tử. Tại sao chất khí lại có thể gây áp suất lên thành bình !? I. ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ - Từ mô hình khí lí tưởng, các phân tử chỉ tương tác khi va chạm, và sự va chạm này là va chạm đàn hồi. Va chạm của các phân tử vào thành bình gọi là áp suất Nếu ta gọi : + z : Số lần va chạm phân tử lên đơn vị diện tích TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 2 GV diễn giảng như phần ghi của HS  Gv : Thật vậy vô số phân tử khí chuyển động hỗn độn va chạm liên tục lên thành bình sẽ tác dụng lên thành bình một áp lực đáng kể  Vận tốc của chúng khi va chạm cũng như số va chạm lên thành bình trong mỗi đơn vị thời gian cũng thay đổi  Áp suất chất khí tác dụng lên thành bình cũng thay đổi quanh một giá trị trung bình nào đó. Khi nói tới áp suất chất khí là ta nói tới giá trị trung bình này. II. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN GV diễn giảng như phần ghi của HS  GV : Ta giả sử bình khí có dạng hình hộp lập phương cạnh l. Vì số phương trình khí có trong bình rất lớn và chúng chuyển động hỗn độn nên theo quy luật thống kê , số phân tử khí va chạm vào mỗi mặt của bình chứa trong cùng một thời gian đều bằng nhau  Áp suất của chất khí tác dụng lên mọi mặt cũng đều bằng nhau. Giả sử 1 phân tử khối lượng m chuyển động với vận tốc v có hình chiếu lên các trục là vx, vy, vz đến va chạm vào thành bình ABCD. Vì va chạm là đàn hồi nên sau khi va thành bình trong một đơn vị thời gian. + n : Số đơn vị trong một đơn vị thể tích ( mật độ phân tử ) Xét theo mỗi chiều có 6 n phân tử chuyển động. Số va chạm trong bình của phân tử lên một đơn vị diện tích thành bình trong một đơn vị thời gian. Vnz 6 1  II. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN Ta giả sử bình khí có dạng hình hộp lập phương cạnh l. Vì số phương trình khí có trong bình rất lớn và chúng chuyển động hỗn độn nên theo quy luật thống kê , số phân tử khí va chạm vào mỗi mặt của bình chứa trong cùng một thời gian đều bằng nhau  Áp suất của chất khí tác dụng lên mọi mặt cũng đều bằng nhau. Giả sử 1 phân tử khối lượng m chuyển động với vận tốc v có hình chiếu lên các trục là vx, vy, vz đến va chạm vào thành bình ABCD. Vì va chạm là đàn hồi nên sau khi va chạm chỉ có hình chiếu của vận tốc lên trục Ox là đổi dấu. Độ biến thiên động lượng của phân tử khí sau khi va TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 3 chạm chỉ có hình chiếu của vận tốc lên trục Ox là đổi dấu. GV : Các em cho biết cách tính độ biến thiên động lượng của một vật. HS : p = p 2 – p 1 = mv 2 2 – mv 1 2 GV : Từ đây các em cho biết độ biến thiên động lượng của phân tử khí sau khi va chạm ? HS :  P  = ( - mvx ) – ( + mvx) = - 2mvx GV : Em hãy cho biết định luật II Newton được phát biểu dưới dạng 2 HS : Độ biến thiên động lượng trong khoảng thời gian t của một vật bằng xung lượng của các lực tác dụng lên vật. F  .t =  P   f’t = - 2mvx GV : Theo định luật Newton III, phân tử tác dụng lên thành bình một lực F ft = 2mvx GV : Tính lực trung bình mà phân tử khí tác dụng lên thành bình trong một đơn vị thời gian  Lực trung bình F của N phân tử tác dụng chạm là : ( - mvx ) – ( + mvx) = - 2mvx Theo định lí biến thiên động lượng : f’t = - 2mvx Theo định luật Newton III, phân tử tác dụng lên thành bình một lực F ft = 2mvx Để tính áp suất của chất khí ta phải tính lực trung bình mà phân tử khí tác dụng lên thành bình trong một đơn vị thời gian. Giữa 2 va chạm liên tiếp của một phân tử lên thành bình bên phải ABCD, phân tử phải đi một đoạn đường là 2l trong khoảng thời gian t : t l v x  2   x v l t 2   Lực trung bình trong một đơn vị thời gian : l mv v l mv t tf f x x x 2 2 2     Lực trung bình F của N phân tử tác dụng lên thành bình : l vNm F x 2  Áp suất khí tác dụng lên thành bình ABCD : TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 4 lên thành bình  Áp suất khí tác dụng lên thành bình ABCD  Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng III. HỆ QUẢ 1) Ý nghĩa vật lý của nhiệt độ GV hướng dẫn HS :      d W C N T 3 2  ) 3 1 ( 2 2 v lS Nm lS vNm S F P x  ) 3 1 ( 2 v V Nm  Trong đó V N = n là mật độ khí, ta có : p = 2 3 1 vnm (1) Vì d W vm  2 2  p = d Wn 3 2 (2) Phương trình (1) và (2) gọi là phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng. III. HỆ QUẢ 1) Ý nghĩa vật lý của nhiệt độ Từ phương trình p = d Wn 3 2 ta có thể viết : p.V = d Wn 3 2 .V Vì n = V N  N = n.V Khi đó ta có : p.V = d WN 3 2 (3) Mặt khác với một lượng khí xác định ta có : const T Vp  .  p.V = C.T (4) TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 5 GV : Từ biểu thức trên các em nhận xét mối liên hệ giữa nhiệt độ tuyệt đối T và động năng trung bình của các phân tử ? HS : Nhiệt độ tuyệt đối T tỉ lệ với động năng trung bình của các phân tử GV : Chính vì vậy ta có thể coi nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử. Kết luận này không những đúng đối với chất khí lí tưởng, mà còn đúng cả đối với chất khí thực, chất lỏng và chất rắn. 2) Mật độ phân tử khí : trong đó C là một hằng số Từ (3) và (4) ta suy ra được : d W C N T 3 2  Với N, C là hằng số. Đặt k = N C Khi đó ta có : d W k T 3 2  (5) với k là hằng số Bôndơman Kết luận : Nhiệt độ tuyệt đối T tỉ lệ với động năng trung bình của các phân tử . Do đó ta có thể coi nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử. Kết luận này không những đúng đối với chất khí lí tưởng, mà còn đúng cả đối với chất khí thực, chất lỏng và chất rắn. 2) Mật độ phân tử khí : Từ phương trình p = d Wn 3 2 và d W k T 3 2   KT P n  Các chất khí ở cùng nhiệt độ và áp suất đều có cùng mật độ . TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 6 GV :       KT P n  GV : Các chất khí ở cùng nhiệt độ và áp suất thì mật độ phân tử của chúng sẽ như thế nào ? HS : Các chất khí ở cùng nhiệt độ và áp suất thì mật độ phân tử của chúng sẽ bằng nhau. 3) Thiết lập phương trình Mendeleev – Clapeyron GV :       P.V =  m RT 3) Thiết lập phương trình Mendeleev – Clapeyron Phương trình trạng thái đơn vị 1 mol khí Ở điều kiện chuẩn : ( T = 273K, p = 1 atm = 1,013.10 5 N/m 2 ) 1 mol khí có thể tích 22,4l T PV R  = 273 0224,0.10.013,1 5 = 8310 J/molK  P.V = R.T Phương trình trạng thái đối với một khối lượng m chất khí tức là  m mol. P.V =  m RT Đây chính là phương trình Mendeleev – Clapeyron . 4) Chứng minh :  A N R K  = 1,38.10 -23 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 7 4) Chứng minh :  A N R K  = 1,38.10 -23 GV :       K = A N R = 123 10.02,6 /8310  mol molKJ  K = 1,38.10 -23 J/K 5) Vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt Nếu N là phân tử chứa trong khối lượng m và NA số phân tử chứa trong 1 mol.  m = A N N  P.V = N. A N R T  P = V N . A N R T = N A N R T Mà KT P n   K = A N R = 123 10.02,6 /8310  mol molKJ  K = 1,38.10 -23 J/K 5) Vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt Từ phương trình d W k T 3 2  với k = A N R , ta viết : T N R W A d 2 3  và T N Rvm A 2 3 2 2  Từ đó ta có :  RT mN RT v A 33 2  với  là khối lượng mol = mNA Vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt của các phân tử khí là :  RT v 3 2  TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 8 GV :        RT v 3 2  IV. CỦNG CỐ - Phương trình Cơ bản của thuyết động học phân tử - Liên hệ giữa nhiệt độ và động năng trung bình V. DẶN DÒ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . CHI VẬT LÝ 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 1 Tiết 03 – 04 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ KHÍ LÝ TƯỞNG I. MỤC ĐÍCH - Xây dựng phương trình cơ bản. sinh I. ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ GV : Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử xác định sự phụ thuộc của áp suất chất khí vào các đặc điểm của phân tử. Tại sao chất khí lại có thể gây. thành bình  Áp suất khí tác dụng lên thành bình ABCD  Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng III. HỆ QUẢ 1) Ý nghĩa vật lý của nhiệt độ GV hướng dẫn