SKKN phân loại phương pháp giải bài tập nhiệt vật lý 10 về chất khí

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh phải vận dụng những thao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá .v.v để tự lực tìm hiểu vấ

SangKienKinhNghiem.org Tổng Hợp Hơn 1000 Sáng Kiến Kinh Nghiệm Chuẩn

SƠ LƯỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC

– & —

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN

1 Họ và tên: Nguyễn Đức Hào

2 Sinh ngày 06 tháng 05 năm 1962

8 Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

- Học vị cao nhất: Đại Học

- Năm nhận bằng: 1987

- Chuyên ngành đào tạo: Cử nhân Vật lý

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC:

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm:

- Số năm công tác: 27 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

• Phương pháp bồi dưỡng học sinh yếu môn Vật lý lớp 10

• Phương pháp giải Bài tập Vật lý 10 về chuyển động cơ

Mục lục

Trang

A MỞ ĐẦU 3

B NỘI DUNG 5

PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN NHIỆT HỌC VỀ CHẤT I Những cơ sở của thuyết động học phân tử 5

II Những định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái khí lí tưởng 6

III Nguyên lí thứ nhất nhiệt động lực học 6

PHẦN II: PHÂN LOẠI CHƯƠNG I: PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ 9

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 9

PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ CHƯƠNG I: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH 11

A Phương pháp 11

B Các bài tập cụ thể 12

CHƯƠNG II: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG 16

A Phương pháp 16

B Các bài tập cụ thể 16

CHƯƠNG III: BÀI TẬP ĐỒ THỊ 27

PHẦN II: KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 32

PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ……… 33

A – MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến đâu

Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực tiễn Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề của thực tiễn Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản thân

Bài tập vật lý giúp cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lý, những hịên tượng vật lý, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những 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 chính xác, làm thí nghiệm đúng phương pháp và có kết quả thì đó mới là điều kiện cần chưa phải là đủ để học sinh hiểu sâu sắc và nắm vững kiến thức Chỉ có thông qua các bài tập ở hình thức này hay hình thức khác, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn riêng của học sinh

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh phải vận dụng những thao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá v.v để

tự lực tìm hiểu vấn đề… Vì thế, bài tập vật lý còn là phương trình rất tốt để tư duy óc tưởng tượng tính độc lập trong việc suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

Bài tập vật lý là một hình thức củng cố ôn tập, hệ thống hoá kiến thức Khi làm bài tập học sinh phải nhớ lại những kiến thức vừa học, phải đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc phải tổng hợp nhiều kiến thức trong một đề tài, một chương, một phần của chương trình và do vậy đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức mà nói,

nó còn là phương tiện kiểm tra kiến thức và kỹ năng của học sinh

Trong phạm vi đề tài Tôi chỉ khảo sát các bài tập về vật lý Nhiệt học về chất khí, Nguyên lý của nhiệt động lực học ( chương VI và chương VIII SGK vật lý 10 nâng cao)

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu được ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy, giúp học sinh học tập môn Vật lý tốt hơn

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Các bài tập vật lý phân tử và Nhiệt học về chất khí lớp 10, Cơ sở của nhiệt động lực học (chương VI và chương VIII SGK Vật Lý 10 nâng cao)

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:

Phân loại được các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học (Chương VI & VIII) trong chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao

Đề ra phương pháp giải bài tập vật lý nói chung, phương pháp giải các loại bài tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý phân tử

và nhiệt học (các bài tập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp 10 thường gặp )

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp

“ Phân loại và phương pháp giải các bài tập Nhiệt Vật lý 10 về chất khí ”

trong chương VI và chương VIII có nội dung gồm ba phần:

∗ Tóm tắt lý thuyết về vật lý phân tử và nhiệt học

∗ Phân loại các dạng bài tập trong chương VI và VIII Vật lý lớp 10 nâng cao

∗ Trình bày phương pháp chung để giải bài tập Vật Lý và phương pháp cụ thể cho từng dạng bài tập

Nội dung được trình bày chi tiết bao gồm: lý thuyết cơ bản; phương pháp giải; bài tập mẫu, bài tập cơ bản, áp dụng; bài tập tổng hợp, viết cho các loại: bài tập định tính, bài tập định lượng và bài tập đồ thị

Đề tài được viết với mục đích phục vụ cho việc giảng dạy và học tập môn vật lý của giáo viên và học sinh trung học Hy vọng sẽ góp phần giúp học sinh ôn tập, nắm vững kiến thức cơ bản; rèn luyện kỹ năng giải bài tập; rèn luyện kỹ năng , kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn; phát triển khả năng tư duy…

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện vẫn còn nhiều thiếu sót và rất mong các bạn đồng nghiệp đóng góp giúp hoàn chỉnh đề tài này

c Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10-10cm) so với khoảng cách giữa chúng

Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn Trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm

d Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm đàn hồi của cơ học Newton Các giả thuyết a, b đúng với mọi chất khí còn các giả thuyết c, d chỉ đúng với chất khí lý tưởng

2 Đơn vị của áp suất :

Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m2 hay Pascal, ký hiệu

II Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng:

1 Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau:

- Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng

- Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm

- Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm hoàn toàn đàn hồi

2 Thông số trạng thái và phương trình trạng thái:

- Mỗi tính chất vật lý của hệ được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý được gọi là thông

số trạng thái của hệ như: áp suất P, nhiệt độ T, thể tích V

- Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa các thông số P,V,T của một khối lượng khí xác định được gọi là phương trình trạng thái; dạng tổng quát: P = f(V,T)

3 Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) :

Trong hệ tọa độ OPV, các đường đẳng nhiệt là các

đường hyperbol biểu diễn mối liên hệ giữa P và V Tập

hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các đường đẳng

nhiệt

4 Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) :

a Định luật:

Trong quá trình đẳng tích một lượng khí nhất định, áp

suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

1

T

P T

P

=

Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius:

Pt = P0(1+ αt) Trong đó:

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định,

thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

= T

1 T

V T

V

=Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius:

Vt = V0(1+ αt) trong đó:

P

V 0

T1

T2

P

V 0

P2

P1

P1 < P2

Vt : Thể tích khí ở t0C ; V0 : Thể tích khí ở 00C

α =

273

1

: hằng số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí

c Đường đẳng áp: Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp

6 Định luật Dalton:

a Định luật: Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành phần tạo nên hỗn hợp

b Hệ thức: P = P1 + P2 +… + Pn

7 Phương trình trạng thái khí lý tưởng:

Từ hai định luật Boyle – Mariotte và Charles ta xác định được phương trình

trạng thái khí lý tưởng:

2

2 2 1

1 1

T

V

P T

V P

= ⇔ =

T

PV Hằng số

µ

Trong đó R= 8,31.103(J/kgmol.k): Hằng số khí lí tưởng

m : khối lượng chất khí; µ : khối lượng 1 mol khí; µ

m

: số mol khí

9 Nhiệt lượng: Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền

nhiệt được gọi là nhiệt lượng

Q = mc(t2 − t1)=mc∆t+ m: khối lượng của vật (kg); c: nhiệt dung riêng của 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 ra

10 Nội năng:

Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó

Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổii thì động năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi nên sẽ làm cho nội năng của hệ thay đổi

Có hai cách làm biến đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt

III.Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:

Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt

1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:

Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn

2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc học:

Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công mà

hệ thực hiện lên các hệ khác

+ Biểu thức: Q = ∆U + A

+ Trong đó:

Q > 0 : Vật nhận nhiệt từ vật khác; Q < 0 : Vật truyền nhiệt cho các vật khác

A > 0 : Vật nhận công ; A < 0 : Vật sinh công ( thực hiện công)

∆U = U2 – U1 : Độ biến thiên nội năng của vật (J)

∆U > 0 : Nội năng của vật tăng; ∆U < 0 : Nội năng của vật giảm

3 Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý tưởng:

a Nội năng và công của khí lý tưởng:

Do bỏ qua tương tác giữa các phân tử khí lý tưởng (trừ lúc va chạm) nên nội năng của khí lý tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí

+ Biểu thức tính công của khí lý tưởng khi giãn nở:

A = p (V2 – V1) = P ∆V (với P = Const)+ Nếu: ∆V > 0, khí sinh công; ∆V < 0, khí nhận công

b Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho các quá trình của khí lý tưởng:

- Quá trình đẳng tích: Trong quá trình này, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng của khí: Q = ∆U

- Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào được dùng làm tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí thực hiện:

+ Biểu thức: Q = A

+ Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Công trong toàn bộ chu trình

+ Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận được trong chu trình (Q1 là nhiệt lượng nhân vào, Q2 là nhiệt lượng tỏa ra)

V Quá trình đoạn nhiệt:

Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ (A > 0) thì phải

có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ (A < 0) thì phải có sự tăng nội năng của hệ

Biểu thức: A = - ∆U

VI Động Cơ Nhiệt:

Động cơ nhiệt là thiết bị biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng.

1.Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt:

Động cơ nhiệt hoạt động được là nhờ lập đi lập lại các chu trình giãn và nén khí

2 Cấu tạo của động cơ nhiệt:

Gồm 3 phần chính

a) Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao

b) Bộ phận phát động trong đó tác nhân giãn nở sinh công

c) Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng của tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ

3 Hiệu suất của động cơ nhiệt:

a) Hiệu suất thực tế:

1 Q

A 1

Q 1

T 2

T 1

PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ

Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh

I Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:

1 Bài tập định tính:

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ cần làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định

Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những quy luật của chúng, áp dụng được tri thức lý thuyết vào thực tiễn

2 Bài tập định lượng:

Bài tập định lượng là những bài tập mà khi giải phải thực hiện một loạt các phép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được giá trị của một số

đại lượng vật lý

3 Bài tập thí nghiệm: ( không nghiên cứu)

Bài tâp thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hay tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập

4 Bài tập đồ thị:

Bài tập đồ thị là những bài tập mà trong đó các số liệu được sử dụng làm dữ kiện

để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, yêu cầu phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

II Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:

1 Bài tập cơ bản, áp dụng:

Là những bài tập cơ bản, đơn giản đề cập đến một hiện tượng, một định luật vật lý hay sử dụng vài phép tính đơn giản giúp học sinh cũng cố kiến thức vừa học, hiểu ý nghĩa các định luật và nắm vững các công thức, các đơn vị vật lý để giải các bài tập phức tạp hơn

2 Bài tập tổng hợp và nâng cao:

Là những bài tập khi giải cần phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử dụng kết hợp nhiều công thức Loại bài tập này có tác dụng giúp cho học sinh đào sâu, mở rộng

Nguồn Nóng

Nguồn Lạnh

Tác nhân phát động A = Q 1 – Q 2

Q 2

Q 1

kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các phần của chương trình vật lý và biết phân tích những hiện tượng phức tạp trong thực tế thành những phần đơn giản theo một định luật vật lý xác định Loại bài tập này cũng nhằm mục đích giúp học sinh hiểu rỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới dạng công thức.

Dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý gồm các bước chính sau:

I Tìm hiểu đề bài:

Đọc kỉ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt những dữ kiện

đã cho và những ẩn số cần tìm

Tóm tắt đề bài hay vẽ hình diễn đạt các điều kiện của đề bài

II Phân tích hiện tượng:

Tìm xem các dữ kiện đã cho có liên quan đến những khái niệm,hiện tượng, quy tắc, định luật vật lý nào

Hình dung các hiện tượng diễn ra như thế nào và bị chi phối bởi những định luật nào nhằm hiểu rỏ dược bản chất của hiện tượng để có cơ sở áp dụng các công thức chính xác, tránh mò mẫm và áp dụng máy móc các công thức

III Xây dựng lập luận:

Xây dựng lập luận là tìm mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện đã cho Đây là bước quan trọng của quá trình giải bài tập

Cần phải vận dụng những định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối quan hệ nêu trên Có thể đi theo hai hướng để đưa đến kết quả cuối cùng:

- Xuất phát từ ẩn số, đi tìm mối quan hệ giữa một ẩn số với một đại lượng nào đó bằng một định luật, một công thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi công thức đó theo các dữ kiện đã cho để dẫn đến công thức cuối cùng chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho

- Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lượng khác để đi đến công thức cuối cùng chỉ chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho

IV Biện luận:

Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện của đề bài và không phù hợp với thực tế

Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết quả tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết quả không

PHẦN III

PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ

đi đến kết luận cuối cùng

Bài tập định tính thường có hai dạng: giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng

sẽ xảy ra

1 Tìm hiểu đề bài:

Thực hiện giống ở dàn bài chung, cần lưu ý chuyển các ngôn ngữ thông thường dùng miêu tả hiện tượng sang ngôn ngữ vật lý

2 Phân tích hiện tượng:

Sau khi đã chuyển các ngôn ngữ thông thường sang ngôn ngữ vật lý, ta tìm hiểu xem các dữ kiện của đề bài đề cập đến hiện tượng vật lý nào, hình dung toàn bộ diễn biến của hiện tượng Tiếp theo cần tìm xem các giai đoạn diễn biến của hiện tượng có liên quan đến những khái niệm, những định luật vật lý nào để dựa vào đó xây dựng lập luận

3 Xây dựng lập luận:

Vận dụng các định luật, quy tắc vật lý (đã xác định ở khâu phân tích hiện tượng)

để thiết lập mối quan hệ giữa hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện

cụ thể đã cho

- Đối với bài tập giải thích hiện tượng:

Dạng bài tập này đã cho biết hiện tượng và yêu cầu giải thích nguyên nhân diễn

ra hiện tượng ấy Nguyên nhân chính là những đặc tính, những định luật vật lý Do đó ta cần:

+ Tìm xem đề bài đã đề cập đến những dấu hiệu có liên quan đến tính chất, định luật vật lý nào Phát biểu đầy đủ tính chất, định luật đó

+ Thiết lập mối quan hệ giữa định luật với hiện tượng đã cho (nghĩa là giải thích được nguyên nhân của hiện tượng)

- Đối với bài tập dự đoán hiện tượng:

Dạng bài tập này yêu cầu phải dựa vào những điều kiện cụ thể đã cho ở đề, tìm những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng sẽ diễn ra cũng như quá trình diễn ra hiện tượng đó

+ Nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ càng cao (hay thấp) thì các phân tử chuyển động càng nhanh (hay chậm) dẫn đến số va chạm càng tăng (hay giảm).

- Cường độ va chạm phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ càng cao, các phân tử chuyển động càng nhanh nên va chạm càng mạnh và ngược lại

Khi nhiệt độ chất khí không đổi (trong trường hợp định luật B-M) thì cường độ

va chạm của các phân tử trên mỗi đơn vị diện tích trên thành bình không đổi Khi áp suất tăng tức là số va chạm của các phân tử lên mỗi đơn vị diện tích trên thành bình tăng Muốn vậy thì mật độ phân tử khí phải tăng

Tacó: n = VN ; đối với một khối khí xác định, khối lượng m không đổi nên tổng số phân

tử N không đổi Do đó, để mật độ phân tử khí n tăng thì thể tích V phải giảm

Chứng tỏ, khi T = const thì PV = const; nghĩa là khi nhiệt độ chất khí không đổi, nếu áp suất tăng thì thể tích giảm và ngược lại

Bài 2 Vì sao khi pha nước chanh người ta thường làm cho đường tan trước rồi mới cho

đá lạnh vào?

Hướng dẫn

Đây là dạng bài tập giải thích hiện tượng, đề bài đề cập đến đá lạnh và sự hòa tan tức là có liên quan đến nhiệt độ và chuyển động nhiệt của phân tử Do đó cần dựa vào thuyết động học phân tử để giải thích

Theo thuyết động học phân tử thì cường độ chuyển động của các phân tử biểu hiện nhiệt độ của hệ Khi nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh và ngược lại

Nhiệt độ trong ly nước khi chưa cho đá lạnh vào cao hơn nhiệt độ lúc có đá nên các phân tử chuyển động nhiệt nhanh hơn, số va chạm giữa các phân tử tăng lên làm đường hòa tan nhanh hơn Khi cho đá vào, nhiệt độ của ly nước thấp hơn nên các phân

tử chuyển động nhiệt chậm hơn, số va chạm giữa các phân tử giảm làm quá trình hòa tan đường diễn ra chậm hơn

Bài 3 Vì sao khi chế tạo những chiếc phễu người ta thường làm những cái gân nổi dọc

theo mặt ngoài của cuống phễu

Hướng dẫn

Nếu không có gân nổi thì khi đặt vào cổ chai, cuống phễu sẽ áp sát vào cổ

chai Khi chất lỏng đổ vào phễu liên tục sẽ trở thành một cái nút ngăn cách không khí trong chai và không khí bên ngoài

Ban đầu, áp suất khí trong chai và bên ngoài bằng nhau, khi chất lỏng đổ

vào chai sẽ chiếm chổ của khí trong chai làm thể tích khí trong chai giảm Theo định luật B-M thì thể tích và áp suất chất khí tỉ lệ nghịch với nhau do đó khi thể tích khí trong chai giảm thì áp suất khí trong chai sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất không khí bên ngoài gây khó khăn cho việc đổ chất lỏng vào chai

Khi sử dụng phễu có gân thì cuống phễu sẽ không áp sát vào cổ chai nên áp suất không khí trong chai luôn cân bằng với áp suất không khí bên ngoài giúp việc đổ chất lỏng vào chai dễ dàng hơn

Bài tâp cơ bản

1 Hãy dùng thuyết động học phân tử giải thích các định luật Gay - Lussac và

Charles

2 Vì sao khi than đang cháy lại phát ra tiếng nổ lách tách và có những tia lửa bắn ra?

3 Hai bình có thể tích giống nhau chứa không khí ở áp suất bình thường và được đậy kín bằng những cái nút Khi nung khí trong hai bình đến cùng một nhiệt độ nào đó thì

áp suất ở hai bình có còn bằng nhau không?

4 Khái niệm nhiệt độ có thể áp dụng cho chân không hay không? (xét khoảng không gian giữa các hành tinh chẳng hạn)

Bài tâp tổnghợp, nâng cao

1 Khối lượng riêng của một lượng khí xác định sẽ thay đổi như thế nào nếu nó được tăng áp suất trong quá trình đẳng nhiệt?

2 Hai phòng có kích thước bằng nhau, thông với nhau bằng một cửa mở Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình trong hai phòng có duy trì các giá trị khác nhau Trong phòng nào

có nhiều không khí hơn, vì sao?

3 Bạn có thể dự đoán bằng cách nào đó rằng thành phần khí quyển thay đổi theo độ cao?

II Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí:

Bài tập mẫu

Vì sao phích nước nóng có thể giữ nhiệt được ?

Đây là bài tập có liên quan đến hiện tượng truyền nhiệt Như ta biết, sự trao đổi nhiệt giữa các vật nói chung có nhiệt độ khác nhau có thể được thực hiện theo ba cách:

- Bức xạ: Vật nóng phát ra các sóng điện từ, vật lạnh hấp thụ nó Vì vậy, vật nóng nguội đi và vật lạnh nóng lên

- Đối lưu: Do chuyển động của những dòng khí (hay lỏng) có nhiệt độ khác nhau.

- Truyền nhiệt: Do các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn và va chạm với

nhau mà động năng truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp Ruột của phích nước nóng có cấu tạo đặc biệt : do hai lớp thủy tinh mỏng tạo nên, giữa hai lớp thủy tinh đã được rút hết không khí, mặt phía trong được tráng một lớp thủy ngân mỏng, miệng ruột phích nhỏ hơn nhiều so với thân và được đóng chặt bằng một nút mềm Chính cấu tạo của phích làm cho phích có thể giữ nhiệt được

- Sau khi đổ nước sôi vào phích, đóng kín miệng phích bằng nút mềm, không khí trong phích bị nóng lên Không khí nóng bên trong không thể thoát ra ngoài và không khí lạnh bên ngoài cũng không thể vào trong phích, sự đối lưu nhiệt hoàn toàn bị cắt đứt

- Khoảng giữa hai lớp thủy tinh là chân không, không có phân tử khí nào, do không có sự chuyển động cũng như sự va chạm giữa các phân tử nên không có sự truyền động năng từ phân tử có nhiệt độ cao đến phân tử có nhiệt độ thấp hơn, tức là hiện tượng truyền nhiệt của chất khí trong khoảng này không diễn ra Con đường truyền nhiệt cũng bị cắt đứt

- Mặt của ruột phích được tráng một lớp thủy ngân mỏng nên sự bức xạ nhiệt bị phản xạ của lớp thủy ngân và bị chặn lại bên trong ruột phích Như vậy, con đường bức

1 Vì sao đèn kéo quân lại tự động quay được ?

2 Tại sao một giọt mực sau khi khuếch tán trong không khí sẽ không bao giờ tự động thu lại được nữa ?

3 Hãy liệt kê các cách làm tăng hiệu quả số va chạm phân tử trong một đơn vị thời gian của chất khí

4 Giải thích định tính mối liên hệ giữa quãng đường tự do trung bình của các phân tử amôniac Và thời gian cần thiết để ngửi thấy mùi amôniac khi bình được mở trong phòng

5 Tại sao khói bốc lên mà không chìm xuống từ một ngọn nến? Giải thích bằng ngôn ngữ sự va chạm phân tử

III Nội năng của khí lý tưởng:

- Đây là dạng bài tập giải thích hiện tượng Đề bài đề cập đến việc "đóng đinh",

"nóng" tức là có liên quan đến công và năng lượng Yêu cầu phải nắm vững kiến thức

về sự chuyển hóa năng lượng

- Khi đang đóng đinh tức là thực hiện một công Công đó một phần chuyển thành động năng cho đinh đi sâu vào gỗ, phần còn lại chuyển thành nội năng của đinh và búa Đến lúc đinh đã được đóng chặt vào gỗ (không tiến sâu thêm được) thì toàn bộ công thực hiện chuyển thành nội năng của đinh và búa làm đinh nóng lên rất nhanh

2 Đập búa vào một tấm kẽm và một tấm chì (trong cùng điều kiện đập) thì khi đập vào

tấm chì búa nảy lên ít hơn Tấm kẽm hay tấm chì sẽ nóng lên nhiều hơn?

Hướng dẫn

- Đây là dạng bài tập dự đoán hiện tượng, đề bài đã nêu lên những điều kiện cụ thể có liên quan đến sự biến đổi năng lượng, do đó nên vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng để giải quyết bài toán

- Khi đập búa, động năng của búa chuyển hoá một phần thành nội năng làm cho vật nóng lên, phần còn lại làm cho búa nảy lên

- Do điều kiện đập búa như nhau nên động năng của búa ở hai trường hợp là như nhau Đối với tấm chì, búa nảy lên ít hơn nghĩa là phần năng lượng dùng vào việc làm búa nảy lên ít hơn so với tấm kẽm; do đó mà phần năng lượng chuyển thành nội năng làm nóng tấm chì sẽ lớn hơn Vì vậy tấm chì sẽ nóng lên nhiều hơn tấm kẽm

Bài tập cơ bản:

1 Lấy một đồng xu cọ xát lên mặt bàn ta thấy đồng xu bị nóng lên Bỏ đồng xu vào một cốc nước ấm ta cũng thấy đồng xu nóng lên Hãy giải thích vì sao?

Trong trường hợp nào đồng xu nhận một nhiệt lượng?

2 Thả một quả bóng cao su xuống đất, bóng bị nảy lên Nhưng nếu bóng thủng một lỗ thì nó không nảy lên được Hãy giải thích vì sao?

3 Một quả bóng rơi từ độ cao h1 xuống đất và nảy lên độ cao h2

a Vì sao thực tế h2 < h1 ?

b Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học áp dụng cho trường hợp này như thế nào?

c Độ biến thiên nội năng trong trường hợp này có tác dụng gì?

4 Hiệu suất của một động cơ nhiệt lí tưởng là bao nhiêu nếu nó đồng thời thực hiện công A và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng Q ?

5 Trong trường hợp nào thì một khối khí khi lạnh đi tỏa ra một nhiệt lượng nhỏ hơn nhiệt lượng đã dùng để nung nóng nó Trường hợp này có mâu thuẫn với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng không?

Trong quá trình giải quyết một bài tập định lượng, bước tìm hiểu đề bài và bước phân tích hiện tượng được thực hiện giống như ở bài tập định tính.

Trong bước xây dựng lập luận thì áp dụng các công thức và các cách biến đổi toán học chặt chẽ, rõ ràng Ở bước này có thể sử dụng phương pháp phân tích hay phương pháp tổng hợp (ở dàn bài chung đã đề cập đến), hay cũng có thể phối hợp sử dụng cả hai phương pháp trên

Trong bước biện luận, kiểm tra lại lời giải, các biểu thức và kết quả tính toán, đơn

vị để được kết quả cuối cùng

Khi giải bài tập định lượng cần lưu ý một số điểm:

- Những bài tập có thể biểu diễn tình huống vật lý bằng hình vẽ thì nên vẽ hình để biếu diễn

- Chuyển tất cả các đơn vị đo về cùng một hệ thống đo lường

- Khi tính toán bằng số thì cần chú ý đến độ chính xác của các đại lượng và

ý nghĩa của nó

B CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ CHẤT KHÍ:

I Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng:

1 Các bài toán về quá trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte:

Phương pháp:

- Liệt kê các trạng thái của khối khí

- Áp dụng định luật B-M: Khi T = const thì P1V1 = P2V2

Ph = ρgh : là áp suất gây bởi trọng lượng cột chất lỏng có chiều cao h

ρ : là khối lượng riêng chất lỏng

- Trong một không gian nhỏ, áp suất khí quyển có thể coi là không đổi, không phụ thuộc vào độ cao

Bài tập mẫu :

Bài 1 Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 6 lít đến thể tích 4 lít, áp suất khí tăng thêm

0,75 atm Tìm áp suất ban đầu của khí

Hướng dẫn

Đề bài cho biết quá trình nén khí là quá trình nén đẳng nhiệt nên có thể áp dụng định luật B-M