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

Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí SangKienKinhNghiem.org Tổng Hợp Hơn 1000 Sáng Kiến Kinh Nghiệm Chuẩn SƠ LƯỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC –&— I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Nguyễn Đức Hào Sinh ngày 06 tháng 05 năm 1962 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: Ấp Sơn Hà – Xã Vĩnh Thanh – Nhơn Trạch - Đồng Nai Điện thoại: 061 3519314 Fax: E-mail: Chức vụ: Tổ trưởng Lý 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 có năm gần đây: • Phương pháp bồi dưỡng học sinh yếu môn Vật lý lớp 10 • Phương pháp giải Bài tập Vật lý 10 chuyển động Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Mục lục Trang A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN NHIỆT HỌC VỀ CHẤT I Những sở thuyết động học phân tử II Những định luật thực nghiệm phương trình trạng thái khí lí tưởng .6 III Nguyên lí thứ nhiệt động lực học PHẦN II: PHÂN LOẠI CHƯƠNG I: PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ CHƯƠNG I: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH 11 A Phương pháp .11 B Các tập cụ thể 12 CHƯƠNG II: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG 16 A Phương pháp .16 B Các 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 Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí A – MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết tốt trình nhận thức cần phải biết đối chiếu khái niệm, định luật, mô 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, 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 thông 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 công tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc, hoàn 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 quát hoá v.v để tự lực tìm hiểu vấn đề… Vì thế, tập vật lý 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 ôn 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 Trong phạm vi đề tài Tôi khảo sát tập vật lý Nhiệt học chất khí, Nguyên lý nhiệt động lực học ( chương VI chương VIII SGK vật lý 10 nâng cao) MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Việc 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 Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Các tập vật lý phân tử Nhiệt học chất khí lớp 10, Cơ sở nhiệt động lực học (chương VI chương VIII SGK Vật Lý 10 nâng cao) NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Phân loại tập vật lý phân tử nhiệt học (Chương VI & VIII) chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao Đề phương pháp giải tập vật lý nói chung, phương pháp giải loại tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải dạng tập cụ thể Vật lý phân tử nhiệt học (các tập bản, phổ biến mà học sinh lớp 10 thường gặp ) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI: Đề tài hỗ trợ cho việc học tập giảng dạy môn vật lý lớp 10 nâng cao, làm tài liệu tham khảo cho học sinh đồng nghiệp Qua trình nghiên cứu đề tài giúp cho thân nâng cao nhận thức phân loại giải tập vật lý phân tử nhiệt học Đề tài: “ Phân loại phương pháp giải tập Nhiệt Vật lý 10 chất khí ” chương VI chương VIII có nội dung gồm ba phần: ∗ Tóm tắt lý thuyết vật lý phân tử nhiệt học ∗ Phân loại dạng tập chương VI VIII Vật lý lớp 10 nâng cao ∗ Trình bày phương pháp chung để giải tập Vật Lý phương pháp cụ thể cho dạng tập Nội dung trình bày chi tiết bao gồm: lý thuyết bản; phương pháp giải; tập mẫu, tập bản, áp dụng; tập tổng hợp, viết cho loại: tập định tính, tập định lượng tập đồ thị Đề tài viết với mục đích phục vụ cho việc giảng dạy học tập môn vật lý giáo viên học sinh trung học Hy vọng góp phần giúp học sinh ôn tập, nắm vững kiến thức bản; rèn luyện kỹ giải tập; rèn luyện kỹ , kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn; phát triển khả tư duy… Tuy nhiên, trình thực nhiều thiếu sót mong bạn đồng nghiệp đóng góp giúp hoàn chỉnh đề tài Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí B- NỘI DUNG PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC Chương I NHỮNG CƠ SỞ CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ: 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 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/m hay Pascal, ký hiệu Pa: 1N/m2 = 1Pa Ngoài ra, áp suất 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: - 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 hoàn toàn đàn hồi Thông 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) Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) : a Định luật: Với khối lượng khí xác định, nhiệt độ không đổi (T=const), tích số thể tích áp suất số 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 P T1 Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) : a Định luật: Trong trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối T2 V P = số ⇔ P ∼ V T b Hệ thức: P P1 P2 = T1 T2 V1 V1 < V2 Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: Pt = P0(1+ αt) Trong đó: Pt : Áp suất t0C ; P0 : Áp suất 00C α= V2 : số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích khí 273 V c Đường đẳng tích: Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích không đổi gọi đường đẳng tích 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 P1 V = số ⇔ V ∼ T T b Hệ thức: V1 V = T1 T2 Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius: Vt = V0(1+ αt) đó: Gv Nguyễn Đức Hào P1 < P2 P2 T Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Vt : Thể tích khí t0C ; V0 : Thể tích khí 00C α= : 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 Định luật Dalton: a Định luật: Áp suất hỗn hợp khí tổng áp suất riêng phần khí thành phần tạo nên hỗn hợp b Hệ thức: P = P1 + P2 +… + Pn 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 Phương trình Claypeyron – Mendeleev: P.V = m RT µ Trong R= 8,31.103(J/kgmol.k): Hằng số khí lí tưởng m m : khối lượng chất khí; µ : khối lượng mol khí; µ : số mol khí 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 + Q2 = 10 Nội năng: Nội dạng lượng bên hệ, phụ thuộc vào trạng thái hệ Nội bao gồm tổng động chuyển động nhiệt phân tử cấu tạo nên hệ tương tác phân tử Nội phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích: Khi nhiệt độ thay đổii động phân tử thay đổi dẫn đến nội hệ thay đổi; thể tích thay đổi khoảng cách phân tử thay đổi làm cho tương tác chúng thay đổi nên làm cho nội hệ thay đổi Có hai cách làm biến đổi nội thực công truyền nhiệt III.Nguyên lý thứ nhiệt động lực học: Nguyên lý thứ nhiệt động lực học vận dụng định luật bảo toàn chuyển hóa lượng vào tượng nhiệt Định luật bảo toàn chuyển hóa lượng: Trong hệ kín có chuyển hoá lượng từ dạng sang dạng khác lượng tổng cộng bảo toàn Nguyên lý thứ nhiệt động lưc học: Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội hệ biến thành công mà hệ thực lên hệ khác Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí + Biểu thức: Q = ∆U + A + Trong đó: Q > : Vật nhận nhiệt từ vật khác; Q < : Vật truyền nhiệt cho vật khác A > : Vật nhận công ; A < : Vật sinh công ( thực công) ∆U = U2 – U1 : Độ biến thiên nội vật (J) ∆U > : Nội vật tăng; ∆U < : Nội vật giảm Áp dụng nguyên lý thứ nhiệt động lực học cho khí lý tưởng: a Nội công khí lý tưởng: Do bỏ qua tương tác phân tử khí lý tưởng (trừ lúc va chạm) nên nội khí lý tưởng bao gồm tổng động chuyển động nhiệt phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ khí + Biểu thức tính công khí lý tưởng 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 cho trình khí lý tưởng: - Quá trình đẳng tích: Trong trình này, nhiệt lượng mà khí nhận dùng làm tăng nội khí: Q = ∆U - Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào dùng làm tăng nội khí, phần lại biến thành công mà khí thực hiện: Q =∆U + A - Quá trình đẳng nhiệt: Toàn nhiệt lượng mà khí nhận chuyển hết thành công mà khí sinh ra: Q = A IV Chu Trình: Chu trình trình mà trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu Nhiệt lượng mà hệ nhận trừ nhiệt lượng tỏa chu trình chuyển hết thành công chu trình + Biểu thức: Q = A + Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Công toàn chu trình + Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận chu trình (Q nhiệt lượng nhân vào, Q2 nhiệt lượng tỏa ra) V Quá trình đoạn nhiệt: Trong trình đoạn nhiệt hệ cách nhiệt tốt nên trao đổi nhiệt hệ môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hệ (A > 0) phải có giảm nội hệ; ngược lại, công thực hệ (A < 0) phải có tăng nội hệ Biểu thức: A = - ∆U VI Động Cơ Nhiệt: Động nhiệt thiết bị biến nội nhiên liệu thành 1.Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Động nhiệt hoạt động nhờ lập lập lại chu trình giãn nén khí Cấu tạo động nhiệt: Gồm phần a) Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao b) Bộ phận phát động tác nhân giãn nở sinh công c) Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Hiệu suất động nhiệt: a) Hiệu suất thực tế: Nguồn Nóng Q −Q = A H= Q Q T A , T ′ − T > hay T ′ > T (3) B B B B V A′ V A Từ ( ), ( ) ( ) ta suy : V ′ > V (4) B B Vì V A + VB = V A′ + VB′ nên từ ( ) suy V A′ > V A : Giọt thuỷ ngân di chuyển bình cầu B Bài tập luyện tập: Tính thể tích 10g khí ôxy áp suất 738 mmHg nhiệt độ 150C ĐS: 7,6 lít Có 10g khí ôxy 47 C, áp suất 2,1 atm Sau nung nóng đẳng áp thể tích khí 10 lít Tìm : a Thể tích trước đun b Nhiệt độ sau đun c Khối lượng riêng khí trước sau đun ĐS: a lít; b 5270C; c 2,5 g/l 1g/l Các toán liên quan đến nhiệt lượng, công độ biến thiên nội - Nguyên lý I nhiệt động lực học : Phương pháp - Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học: Q = A + ∆U + Q : nhiệt lượng trao đổi hệ môi trường ngoài: Gv Nguyễn Đức Hào Trang 23 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Q > : hệ thu nhiệt Q < : hệ tỏa nhiệt + A : Công hệ thực : A > : hệ sinh công dương (công phát động) A < : hệ sinh công âm (công cản) Trong trình biến đổi, hệ chịu tác dụng lực sinh công A' : A = −A' + ∆U : Độ biến thiên nội hệ (theo nhiệt độ, kích thước hay hình dạng hệ) ∆U > : nội tăng ∆U < : nội giảm - Cần ý đổi đơn vị đại lượng cho phù hợp Công khí lý tưởng : - Quá trình đẳng áp : A = p∆V = p(V2 - V1 ) + Khí dãn nở : ∆V > ⇒ A > + Khí bị nén : ∆V < ⇒ A < Lưu ý: + Khi cho p (áp suất) : A = p (V2 – V1) PV + Khi không cho V2: A = T (T2 − T1 ) Áp dụng biến đổi hệ thức A , ∆U, Q theo trình biến đổi - Đẳng tích : Q = ∆U + A - Đẳng áp : Q = A - Đẳng nhiệt : Q = A - Đoạn nhiệt : A = - ∆U - Chu trình kín : Q = A Bài tập mẫu Bài Một bóng có khối lượng 0,1kg rơi từ độ cao 1,5m xuống đất nảy lên đến độ cao 1,2m bóng không nảy lên đến độ cao ban đầu ? Tính độ tăng nội bóng, đất không khí Cho g = 10m/s2 Hướng dẫn Xét hệ gồm bóng, đất không khí - Gọi W1 W2 bóng bắt đầu rơi (ở độ cao h 1) nảy lên độ cao (h2) : W1 = mgh1 W2 = mgh2 (do v1 ; v2 0) - Khi bóng rơi chạm đất nảy lên phần bóng chuyển thành nội hệ , nên : W2 < W1 ⇒ mgh2 < mgh1 ⇒ h2 < h1 Vì vậy, bóng không nảy lên đến độ cao ban đầu - Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho hệ kín ; ta có: Gv Nguyễn Đức Hào Trang 24 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Q = ∆U - A' = Suy độ tăng nội hệ : ∆U = A' = W1 - W2 = mg(h1 - h2) - Thay số: ∆U = 0,3 (J) Nội tăng làm tăng nhiệt độ hệ làm biến dạng bóng, đất A' = W1 - W2 = Wt1 - Wt2 = ∆Wt : Công sinh trình biến đổi độ giảm Bài tập luyện tập Một viên đạn chì có nhiệt dung riêng 0,13kJ/kg.độ rơi không ma sát từ độ cao h xuống va chạm mềm với đất Nếu 50% độ tăng nội đạn biến thành nhiệt làm nóng viên đạn chạm đất đạn nóng thêm 5oC Lấy g =10m/s2 Tính h ? ĐS: 130m Bài tập mẫu Bài Một lượng khí áp suất 2.10 N/m2 tích 6.10-3m3 nhiệt độ 27oC nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ 87oC a Tính công khí thực b Tìm độ biến thiên nội khí Biết nung nóng khí nhận nhiệt Hướng dẫn a Công khí thực hiện: T V V1 V2 - Do trình nung nóng đẳng áp : T = T ⇒ V2 = T - Áp dụng công thức tính công :A = P(V2 - V1) Với: P = 2.104N/m2 ;V1 = 6.10-3m3 t1 = 27oC ⇒ T1 = 27 + 273 = 3000 K t2 = 87oC ⇒ T2 = 87 + 273 = 3600 K - Thay số : A = 24 (J) b Độ biến thiên nội năng: Áp dụng công thức nguyên lý I nhiệt động lực học: Q = A + ∆U ⇒ ∆U = Q - A Vì hệ thu nhiệt nên Q > 0, : ∆U = 100 - 24 = 76 (J) ∆U > 0, suy nội hệ tăng Bài tập luyện tập Bài Một khối khí có áp suất 1at, thể tích 10 lít giãn nở đẳng áp, thể tích tăng gấp hai lần Tìm công khí thực Gv Nguyễn Đức Hào Trang 25 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Bài Một khối khí tích 3.10-3m3, áp suất 2.105N/m2 nén đẳng áp nhận công 50J Tìm nhiệt độ ban đầu khí biết nhiệt độ khí sau nén 17oC Bài Một khối khí tích lít, áp suất 2.10 5Pa 27oC nung nóng đẳng tích giãn đẳng áp Khí thực công 60J Hỏi dãn nở nhiệt độ khí tăng lên ? Các toán động nhiệt: Phương pháp - Áp dụng biến đổi công thức tính hiệu suất: + Hiệu suất thực tế: H= + Hiệu suất lý tưởng: H= Q −Q = A Q Q 1 T −T T =1 − T T 1 - Sau tìm H suy A Q1 : A = Q1 – Q2 Chú ý : + Thông thường hay sử dụng hiệu suất lý tưởng + Có thể tính công dựa vào diện tích giới hạn giản đồ (p,V) Bài tập mẫu Một động nhiệt lý tưởng có hiệu suất 25% thực công , đồng thời truyền cho nguồn lạnh nhiệt lượng 15kJ Tính công động thực Hướng dẫn Ta có: H = 25% = 0,25 Q2 = 15kJ A A Áp dụng công thức tính hiệu suất động lý tưởng: H = Q = A + Q ⇔ H (Q2 + A) = A HQ ⇔ A= 1− H Thay số : A = 5kJ ⇔ HQ2 + HA = A Bài tập luyện tập Mỗi nồi Supde máy nước công suất 10kW tiêu thụ 10kg than đá Hơi nước vào xylanh có nhiệt độ 200oC 100oC a.Tính hiệu suất lý tưởng máy nước b.Tính hiệu suất thực tế, biết suất tỏa nhiệt than đá 36.106J/kg Động nhiệt lý tưởng chu trình truyền 80% nhiệt lượng nhận cho nguồn lạnh Nếu nhiệt độ nguồn nóng 105,75oC nhiệt độ nguồn lạnh làbao nhiêu ? Gv Nguyễn Đức Hào Trang 26 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Một động nhiệt lý tưởng hoạt động hai nguồn nhiệt 100 oC 25,4oC, thực công 2kJ a.Tính hiệu suất động cơ, nhiệt lượng mà động nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh b Nếu tăng nhiệt độ nguồn nóng lên 130 oC hiệu suất động ? CHƯƠNG III 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 yêu cầu phải : + Hình dung diễn biến tượng, mối liên hệ đại lượng cho đề + Vẽ xác đồ thị biểu diễn số liệu cho Từ đồ thị tìm kết mà toán yêu cầu hay định P luật vật lý Bài tập mẫu Đồ thị biểu diễn trạng thái khối lượng lý tưởng Hãy so sánh nhiệt độ khối khí trạng thái cho T1 T2 T3 V 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 - Các đường T1, T2, T3 đường đẳng nhiệt nên nhiệt độ điểm đường Để so sánh nhiệt độ trạng thái khí ta chọn Vo = const áp dụng định luật Charles cho trạng thái khối khí Áp dụng định luật Charles cho ba trạng thái khối khí V0 = const: Trên đồ thị, ta thấy: P1 < P < P Gv Nguyễn Đức Hào Trang 27 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Mà áp suất biến thiên bậc theo nhiệt độ tuyệt đối nên: T1 < T < T3 Bài tập Bài Hình (1) đồ thị chu trình mol khí lý tưởng mặt phẳng tọa độ (V,T) Vẽ đồ thị chu trình mặt phẳng tọa độ (P,V) (P,T); trục tung trục OP Bài Hình (2) đồ thị hai chu trình biến đổi hệ tọa độ (P,T) (V,T) Hãy vẽ đồ thị biểu diễn chu trình hệ tọa độ lại V P 2 3 0 T T Hình (1) Hình (2) Bài Một lượng khí biến đổi theo chu trình biểu diễn đồ thị hình bên Biết : p1 = p3; V1 =1m3 , V2 = 4m3; T1 = 100K T4 = 300K Tính V3 = ? Hướng dẫn Vì p1 = p3 nên ta có: V3 T3 = ⇒ T3 = 100V3 V1 T1 V V2 (2) (3) V1 (1) (4) T1 T2 T ( 1) Đoạn 2- có dạng đoạn thẳng nên có dạng:V = a.T + b với a,b số + Khi V = V2, T =100 V2 = a.100 + b (2) + Khi V = V4, T = 300 V4 = a.300 + b (3) + Từ (2) (3) ta có: a = - 3/200 b = 5,5 + Khi T = T3 ; V = V3 V3 = − 100.V3 + 5,5 200 Vậy V3 = 2,2m3 Bài 4: Có g khí Heli (coi khí lý tưởng đơn nguyên tử) thực chu trình – – – – biểu diễn giản đồ P-T hình Cho P0 = 105Pa; T0 = 300K 1) Tìm thể tích khí trạng thái Gv Nguyễn Đức Hào P 2P0 P0 T T0 2T0 28 Trang Hình Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí 2) Hãy nói rõ chu trình gồm đẳng trình Vẽ lại chu trình giản đồ P-V giản đồ V-T (cần ghi rõ giá trị số chiều biến đổi chu trình) 3) Tính công mà khí thực giai đoạn chu trình Hướng dẫn a) Quá trình – có P tỷ lệ thuận với T nên trình đẳng tích, thể tích trạng thái nhau: V1 = V4 Sử dụng phương trình C-M trạng thái Ta có: P1V1 = m RT1 m RT1 , suy ra: V1 = µ P1 µ Thay số: m = 1g; µ = 4g/mol; R = 8,31 J/(mol.K); T1 = 300K P1 = 2.105 Pa ta V1 = được: 8,31.300 = 3,12.10 −3 m3 2.10 b) Từ hình vẽ ta xác định chu trình gồm đẳng trình sau: – đẳng áp; – đẳng nhiệt; – đẳng áp; – đẳng tích V(l) P(105Pa) 2 6,24 3,12 3,12 6,24 12,48 12,48 V(l) 150 300 Hình a 600 T(K) Hình b Vì vẽ lại chu trình giản đồ P-V (hình a) giản đồ V-T (hình b) hình a) hình b): c) Để tính công, trước hết sử dụng phương trình trạng thái ta tính thể tích: V2 = 2V1 = 6,24.10 – m3; V3 = 2V2 = 12,48.10 – m3 Công mà khí thực giai đoạn: A12 = p1 ( V2 − V1 ) = 2.105 (6,24.10 −3 − 3,12.10 −3 ) = 6,24.10 J A23 = p2 V2 ln V3 = 2.105.6,24.10 −3 ln = 8,65.10 J V2 Gv Nguyễn Đức Hào Trang 29 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí A34 = p3 ( V4 − V3 ) = 105 (3,12.10 −3 − 12, 48.10 −3 ) = −9,36.10 J A41 = trình đẳng áp Bài Một lượng khíÔxy 1300C, áp suất 105Pa nén đẳng nhiệt đến áp suất 1,3.105Pa Cần làm lạnh đẳng tích khí đến nhiệt độ để áp suất giảm lúc đầu ? Biểu diễn trình hệ tọa (p,V), (p,T) (V,T) Bài Có 20g khí Hêli chứa xylanh đậy kín pittông biến đổi chậm từ (1) đến (2) theo đồ thị hình 11 Với : V1= 30 lít, p1 = atm, V2 = 10 lít, p2 =15 atm Tìm nhiệt độ cao mà khí đạt trình biến đổi P P2 P1 V V2 V1 Bài Cho một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử biến đổi theo một chu trình thuận nghịch được biểu diễn đồ thị (Hình 2) Trong đó đoạn thẳng – có đường kéo dài qua gốc tọa độ và quá trình – là đoạn nhiệt Biết T1 = 300K; p2 = 3p1; V4 = 4V1 1/ Tính các nhiệt độ T2, T3, T4 2/ Tính hiệu suất của chu trình p p2 p3 p1 O V1 V2 V4 V Hình Gv Nguyễn Đức Hào Trang 30 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí C KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, đề tài đạt số kết quả: - Phân loại tập vật lý nhiệm vụ đề - Đưa dàn chung cho việc giải tập vật lý - Đề cách giải cho loại tập: định tính, định lượng, đồ thị - Nêu phương pháp giải cho dạng tập cụ thể, có kèm theo tập mẫu, tập áp dụng tập tổng hợp - Rút số điều cần lưu ý giải tập vật lý Tuy nhiên, tập Vật Lý phương pháp giải đa dạng Các tập phương pháp nêu số dạng thông thường, phổ biến mà học sinh phổ thông trung học thường gặp, giúp học sinh rèn luyện thêm kỹ giải tập Ngoài ra, học sinh cần phải tham khảo thêm nhiều sách, nhiều phương pháp dạng tập mở rộng, nâng cao nhằm phát triển kỹ năng, kỹ xảo, khả tư duy… Khi giải tập Vật Lý cần lưu ý số điểm sau: - Chú ý phần định tính toán - Đổi đơn vị đại lượng cho phù hợp - Trong trình giải toán, nên biến đổi công thức chữ, đến công thức cuối thay số vào để tính kết (Ngoại trừ trường thay số từ đầu việc giải toán đơn giản hơn) - Cần tìm nhiều cách để giải tập, sau rút cách giải ngắn gọn, đầy đủ dể hiểu nhất./ Ngày 10 tháng 05 năm 2012 Người thực Nguyễn Đức Hào Gv Nguyễn Đức Hào Trang 31 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lí 10 nâng cao – Nhà xuất Giáo dục, năm 2008 Sách tập Vật lí 10 nâng cao - Nhà xuất Giáo dục, năm 2008 Kiến thức nâng cao Vật lí THPT – Tác giả Vũ Thanh Khiết; Nhà xuất Hà Nội năm 2002 Các toán vật lí chọn lọc phổ thông trung học Cơ – Nhiệt Tác giả Vũ Thanh Khiết; Nhà xuất Hà Nội năm 2001 Bài tập vật lý phân tử nhiệt học – Tác giả Dương Trọng Bái, Đàm Trung Đồn – Nhà xuất Giáo dục năm 2001 Tuyển tập Bài tập vật lí nâng cao THPT Tập Vật lí phân tử & nhiệt học Tác giả Phạm Quí Tư (chủ biên), năm 2002 *************** Gv Nguyễn Đức Hào Trang 32 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí SỞ GD & ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT NGUYỄN BỈNH KHIÊM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - Đồng Nai, ngày 10 tháng 05 năm 2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011-2012 Tên sáng kiến kinh nghiệm: “ Phân loại phương pháp giải tập nhiệt vật lý 10 chất khí ” Họ tên tác giả: Nguyễn Đức Hào Đơn vị: Tổ Tự nhiên Lĩnh vực: Quản lí giáo dục: Phương pháp dạy học môn: Vật lý Phương pháp giáo dục: Lĩnh vực khác: Tính mới: - Có giải pháp hoàn toàn mới: - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có: Hiệu quả: - Hoàn toàn triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao - Hoàn toàn triển khai áp dụng đơn vị có hiệu cao - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng đơn vị có hiệu Khả áp dụng: - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Tốt Khá Đạt - Đưa giải pháp khuyền nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Tốt Khá Đạt - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Tốt Khá Đạt XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN Gv Nguyễn Đức Hào THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Trang 33 [...]... Trang 30 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí C KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã đạt được một số kết quả: - Phân loại được các bài tập vật lý như ở nhiệm vụ đã đề ra - Đưa ra một dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý - Đề ra cách giải cho từng loại bài tập: định tính, định lượng, đồ thị - Nêu phương pháp giải cho từng dạng bài tập cụ thể, có kèm theo bài tập. . .Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ Chương I BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH A PHƯƠNG PHÁP Để giải bài tập vật lý định tính trước hết cần hiểu rõ bản chất của các khái niệm, các định luật vật lý; nhận biết được biểu hiện của chúng trong các trường hợp cụ thể Dựa trên cơ sở các định luật vật lý để xây dựng những suy luận... luận: Phân tích xem hiên tượng được giải thích (hay dự đoán) như thế đã phù hợp với các yêu cầu và các dữ kiện của đề bài cũng như đã phù hợp với thực tế hay chưa Kiểm tra lại toàn bộ quá trình giải bài tập và nêu kết quả cuối cùng B CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ VỀ CHẤT KHÍ I Thuyết động học phân tử về chất khí: Gv Nguyễn Đức Hào Trang 11 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Bài tập. .. Trang 15 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Chương II BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG A PHƯƠNG PHÁP : Muốn giải được một bài tập định lượng trước hết cần phải biết đề bài đề cập đến hiện tượng gì và toàn bộ quá trình diễn ra hiện tượng ấy Vì vậy, phần đầu của một bài toán định lượng gần như là một bài tập định tính Trong quá trình giải quyết một bài tập định lượng, bước tìm hiểu đề bài. .. 32 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí SỞ GD & ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT NGUYỄN BỈNH KHIÊM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc - Đồng Nai, ngày 10 tháng 05 năm 2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011-2012 Tên sáng kiến kinh nghiệm: “ Phân loại và phương pháp giải bài tập nhiệt vật lý 10 về chất khí. .. nguyên lý I nhiệt động lực học: Q = A + ∆U ⇒ ∆U = Q - A Vì hệ thu nhiệt nên Q > 0, do đó : ∆U = 100 - 24 = 76 (J) ∆U > 0, suy ra nội năng của hệ tăng Bài tập luyện tập Bài 1 Một khối khí có áp suất 1at, thể tích 10 lít được giãn nở đẳng áp, thể tích tăng gấp hai lần Tìm công do khí thực hiện Gv Nguyễn Đức Hào Trang 25 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Bài 2 Một khối khí. .. việc giải bài toán sẽ đơn giản hơn) - Cần tìm nhiều cách để giải một bài tập, sau đó rút ra cách giải ngắn gọn, đầy đủ và dể hiểu nhất./ Ngày 10 tháng 05 năm 2012 Người thực hiện Nguyễn Đức Hào Gv Nguyễn Đức Hào Trang 31 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Sách giáo khoa Vật lí 10 nâng cao – Nhà xuất bản Giáo dục, năm 2008 2 Sách bài tập Vật lí 10 nâng... dụng phương trình trạng thái ta tính được các thể tích: V2 = 2V1 = 6,24 .10 – 3 m3; V3 = 2V2 = 12,48 .10 – 3 m3 Công mà khí thực hiện trong từng giai đoạn: A12 = p1 ( V2 − V1 ) = 2 .105 (6,24 .10 −3 − 3,12 .10 −3 ) = 6,24 .10 2 J A23 = p2 V2 ln V3 = 2 .105 .6,24 .10 −3 ln 2 = 8,65 .10 2 J V2 Gv Nguyễn Đức Hào Trang 29 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí A34 = p3 ( V4 − V3 ) = 105 ... 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 Gv Nguyễn Đức Hào Trang 16 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí. .. 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 Gv Nguyễn Đức Hào Trang 13 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí - Đối