sáng kiến kinh nghiệm áp DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI của KHÍ lí TƯỞNG GIẢI bài tập về CHẤT KHÍ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT NGUYỄN HỮU CẢNH Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM “ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” Người thực hiện: Hoàng Thị Long Anh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn: VẬT LÝ  - Lĩnh vực khác:  Có đính kèm: Các sản phẩm in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2011 – 2012 -2- SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Hoàng Thị Long Anh Ngày tháng năm sinh: 03 – 02 – 1977 Nam, nữ: NỮ Địa chỉ: 33B KPIII P.Tân Hiệp – TP.Biên Hoà – Tỉnh Đồng Nai Điện thoại: 0613834289 (CQ)/ 0613894391 (NR); ĐTDĐ: 0932785590 Fax: E-mail: longanh@nhc.edu.vn Chức vụ: Giáo Viên Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử Nhân - Năm nhận bằng: 1998 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: giảng dạy Vật Lý PT Số năm có kinh nghiệm: 13 - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: + Một số phương pháp giải toán mạch cầu (cùng GV Nguyễn Thị Thùy Dương) + Phương pháp giải toán mạch đèn (cùng tổ Vật lý) + Giải số toán va chạm định luật bảo toàn động lượng lượng GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý -3- “ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý học môn khoa học làm tảng cung cấp sở lý thuyết cho số môn khoa học ứng dụng Sự phát triển Vật lý học dẫn tới xuất nhiều ngành kỹ thuật mới: Kỹ thuật điện tử, Kỹ thuật tự động hoá, Công nghệ tin học… Mục tiêu giảng dạy Vật lý trường Trung học phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức Vật lý nguyên tắc ứng dụng Vật lý sản xuất đời sống; giúp em lĩnh hội kiến thức có hiệu tạo cho em hứng thú học tập môn Vật lý, lòng yêu thích khoa học, tính trung thực khoa học sẵn sàng áp dụng kiến thức Vật lý vào thực tế sống Biết vận dụng kiến thức học vào việc giải tập Vật lý phương pháp để khắc sâu kiến thức cho học sinh Với vấn đề, dạng tập, người giáo viên cần gợi ý, hướng dẫn để em chủ động tìm cách giải nhanh nhất, hiệu làm tập 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 Trong trình giảng dạy, nhận thấy giải tập chất khí phần Nhiệt học chương trình Vật lý lớp 10 em gặp nhiều khó khăn việc giải tập vật lý như: không tìm hướng giải vấn đề, không vận dụng lý thuyết vào việc giải tập, không tổng hợp kiến thức thuộc nhiều phần chương trình học để giải vấn đề chung, hay giải tập thường áp dụng cách máy móc công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa vật lý chúng Xuất phát từ thực tế trên, với số kinh nghiệm trình giảng dạy qua tham khảo số tài liệu, chọn đề tài “ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” 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 em học tập môn Vật lý tốt GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý -4- II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cơ sở lý thuyết: a Thuyết động học phân tử chất khí: - Chất khí cấu tạo từ phân tử nhỏ so với khoảng cách chúng - Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động nhanh nhiệt độ chất khí cao - Khi chuyển động hỗn loạn phân tử khí va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình b Khí lí tưởng: - Chất khí phân tử coi chất điểm tương tác với va chạm gọi khí lí tưởng - Chất khí tuân theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (Boyle – Mariotte), định luật Sác-lơ (Charles), định luật Gay – Luy-xac (Gay Lussac) tuân theo phương trình trạng thái (phương trình Clapeyron) gọi khí lí tưởng c Nhiệt độ tuyệt đối (hay nhiệt độ Ken-vin): - Khoảng cách nhiệt độ K khoảng cách 10C - Không độ tuyệt đối (0 K) ứng với nhiệt độ - 2730C - Nếu gọi T số đo nhiệt độ nhiệt giai Ken-vin, t số đo nhiệt độ nhiệt giai Xen-xi-ut thì: T = t (0C) + 273 (K) d Các trình biến đổi trạng thái khí lí tưởng: Ba thông số xác định trạng thái lượng khí áp suất p, thể tích V nhiệt độ tuyệt đối T Trong trình biến đổi trạng thái, ba thông số phụ thuộc lẫn theo định luật (1), (2), (3) theo phương trình (4) d.1 Định luật Boyle – Mariotte (quá trình đẳng nhiệt): - Định luật: Trong trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích - Hệ thức: p~ V hay pV  số hay p1V1 = p2V2 (1) - Đường đẳng nhiệt: + Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo thể tích p nhiệt độ không đổi gọi đường đẳng nhiệt T2>T1 + Trong hệ toạ độ (p,V) đường đẳng nhiệt đường hypebol T + Ứng với nhiệt độ khác lượng khí T có đường đẳng nhiệt khác Đường đẳng nhiệt O V ứng với nhiệt độ cao đường đẳng nhiệt d.2 Định luật Charles (quá trình đẳng tích): - Định luật: Trong trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý -5- - Hệ thức: p ~ T hay p = số T p1 p2  T1 T2 hay (2) - Đường đẳng tích: + Đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ p thể tích không đổi gọi đường đẳng tích + Trong hệ toạ độ (p,T) đường đẳng tích đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ + Ứng với thể tích khác lượng khí có đường đẳng tích khác Đường đẳng tích O ứng với thể tích nhỏ đường đẳng tích V1 V1 V1  Số lần bơm: n = p V2 p1 3,5.2,  8, (lít) V1 -V 8,  2,   12 (lần) V0 0,16 Bài 4: (29.8/66 SBTCB) Tính khối lượng khí ôxi đựng bình thể tích 10 lít áp suất 150 atm nhiệt độ 00C Biết điều kiện chuẩn khối lượng riêng ôxi 1,43 kg/m3 Giải: Nhớ: Khối lượng riêng  = Trạng thái 1: m V Trạng thái 2: GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý -9- Khí Ôxi điều kiện chuẩn m  V0     p  atm  T  273 K    Khí Ôxi bình m  -3 V    10(lít)=10.10 m  m  ?    p2  150atm  T  0( C )  273  273K   T = const Quá trình đẳng nhiệt, áp dụng định luật Boyle – Mariotte: p  m m  p   (*) p0V0 = pV  p0 0  p   0 p p0 Vậy khối lượng khí Ôxi bình: 0 p 1, 43.150 V  10.103  2,145(kg ) m = .V = p0 Nhận xét: (*)Trong trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với khối lượng riêng Bài 5: Một bọt khí tích tăng gấp rưỡi từ đáy hồ lên đến mặt nước Giả sử nhiệt độ đáy hồ mặt hồ nhau, tính độ sâu hồ Cho biết áp suất khí 75 cmHg, nước có khối lượng riêng  =1000kg/m3 Giải: Xét khối khí bọt nước Trạng thái 1: Bọt khí đáy hồ: h=? Trạng thái 2: Bọt khí mặt hồ: V1  V   p1  p0   gh; h  ?  T = const  V  1, 5V    p2  p0  75cmHg    75.1, 013.10  99967( Pa)  76  Quá trình đẳng nhiệt, áp dụng định luật Boyle – Mariotte: p2V2  1,5 p2  1,5 p0 p1V1 = p2V2  p1  V1 Vậy độ sâu hồ là: h p1  p0 0,5 p0 0,5.99967    5(m) g g 1000.10 b.2 Các toán trình đẳng tích: Định luật Charles áp dụng cho khối khí: - Có khối lượng không đổi, biến đổi hóa học - Không thay đổi thể tích (chứa bình kín), thay đổi áp suất, nhiệt độ GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 10 - Bài 1: Một lốp ô tô chứa không khí có áp suất 5bar nhiệt độ 28 0C Khi xe chạy nhanh, làm nhiệt độ không khí lốp tăng thêm 20 0C Tính áp suất không khí lốp xe lúc này? Giải: Chú ý: Nhiệt độ tăng thêm nên T2 > T1 Trạng thái 1: Trạng thái 2:  T1  28 C  273  301K V = const    p1  5bar T2  T1  20  321K   p2  ? Ta coi thể tích lốp xe không đổi, V = const, áp dụng định luật Charles: p1 p2 p T   p2  T1 T2 T1 => p2  5.321  5,33(bar ) 301 Vậy: áp suất khí lốp xe tăng đến 5,33 bar Bài 2: (30.7/69 SBTCB) Một săm xe máy bơm căng không khí nhiệt độ 20 C áp suất atm Hỏi săm có bị nổ không để nắng nhiệt độ 420C? Coi tăng thể tích săm không đáng kể biết săm chịu áp suất tối đa 2,5 atm Giải : Trạng thái 1: Trạng thái 2:  T1  20 C  273  293K V = const    p1  2atm  T2  42 C  273  315K Đk: p2  pmax  p  ? p  2,5 atm  max  Ta coi thể tích lốp xe không đổi, V = const, áp dụng định luật Charles: p1 p2 p T 2.315   p2    2,15atm  2,5atm T1 T2 T1 293 Vậy: Áp suất khí săm nhỏ áp suất tối đa nên săm không bị nổ Bài 3: (30.9/69 SBTCB) Biết thể tích lượng khí không đổi Hãy giải toán sau hai cách: dùng công thức dùng đồ thị a) Chất khí 00C có áp suất atm Tìm áp suất khí nhiệt độ 273 0C b) Chất khí 00C có áp suất p0 Phải đun nóng chất khí lên tới nhiệt độ để áp suất khí tăng lên lần? Giải : a) Chất khí 0C có áp suất atm Tìm áp suất khí nhiệt độ 273 0C Cách 1: Trạng thái 1: Trạng thái 2: T1  00 C  273  273K     p1  5atm V = const T2  2730 C  273  546 K  2T1     p2  ? Ta có V = const, áp dụng định luật Charles: p1 p2 p T   p2   p1  10atm T1 T2 T1 Nhận xét: Khi thể tích không đổi, nhiệt độ tuyệt đối tăng hai lần áp suất tăng gấp đôi GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 12 P2 T1  293  1758 (K)  t2 = 1485 C P1 1,5  T2  Vậy nhiệt độ khí 1758K hay 14850C van an toàn mở Nhận xét: Trong thực tế dùng nồi áp suất để hầm thức ăn cho mau mềm nồi áp suất có tác dụng làm tăng nhiệt sôi chất lỏng Bài 5: (30.10/69 SBTCB) Một chai chứa không khí nút kín nút có trọng lượng không đáng kể, tiết diện 2,5 cm2 Hỏi phải đun nóng không khí chai lên tới nhiệt độ tối thiểu để nút bật ra? Biết lực ma sát nút chai có độ lớn 12 N, áp suất ban đầu không khí chai áp suất khí 9,8.104 Pa, nhiệt độ ban đầu không khí chai -30C Giải: Trạng thái 1: Khí chưa đun nóng V = const  p1  p0  9,8.10 Pa  0 t1  3 C  T1  3 C  273  270K Trạng thái 2: Khí bị đun nóng để nút chai bật  p2  p0  pms F với pms  ms  S T2  t2  273  ? Tại thời điểm nút bật ra, áp lực không khí chai tác dụng lên nút phải lớn áp lực khí lực ma sát hay để nút bật áp suất khí bình cần có giá trị lớn áp suất khí cộng với áp suất lực ma sát tác dụng lên nút bình: p2S  Fms + p1S  p2  Fms  p1 S Trước nút bật ra, thể tích khí chai không đổi trình đun nóng trình đẳng tích, áp dụng định luật Chasler: p1 p2  T1 T2  T2  T1  T2  p2 T1  Fms     p1  p1 p1  S  270  12   9,8.10   402 K  4 9,8.10  2,5.10  => t2 = T2 – 273 = 1290C Vậy: Phải đun nóng tới nhiệt độ T2 = 402 K t2 = 1290C Chú ý: Phải làm rõ chất vấn đề muốn cho nút bật áp suất khí bình phải lớn áp suất khí cộng với áp suất lực ma sát tác dụng lên nút b.3 Các toán trình đẳng áp: Định luật Gay Lussac áp dụng cho khối khí: - Có khối lượng không đổi, biến đổi hóa học - Không thay đổi áp suất (thường cân với áp suất khí quyển), thay đổi nhiệt độ, thể tích GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 13 - Dãn khối khí đẳng áp từ thể tích 10 lít đến thể tích 40 lít nhiệt độ khối khí thay đổi nào? Bài 1: Giải: Trạng thái 1: V1  10lit  T1 Trạng thái 2: p = const V2  40lit  T2  ? T1 Quá trình đẳng áp p = const, áp dụng định luật Gay Lussac: V1 V2 T V 40     4 T1 T2 T1 V1 10 Vậy nhiệt độ khối khí tăng lên lần Nhận xét: Quá trình đẳng áp, nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ thuận với thể tích nên thể tích tăng lần nhiệt độ tăng lần Bài 2: Đun nóng đẳng áp lượng khí lên đến 47 0C thể tích khí tăng thêm 1/10 thể tích khí lúc ban đầu Tìm nhiệt độ ban đầu khí? Giải: Trạng thái 1: V1  T1  ? Trạng thái 2: p = const 11  V1  V1 V2  V1  10 10  T  47 C  273  320 K  Quá trình đẳng áp p = const, áp dụng định luật Gay Lussac: V1 V2 T V 10     T1 T2 T2 V2 11  T1  10 T2 11  T1  10 320  291( K ) 11 hay t1  180 C Vậy nhiệt độ ban đầu khối khí 291 K hay 180C Bài 3: Khối lượng riêng không khí phòng (270C) lớn khối lượng riêng không khí sân nắng (420C) lần? Biết áp suất không khí phòng Giải: Xét khối lượng không khí m Trạng thái 1: Không khí phòng Trạng thái 2: Không khí phòng m  p = const V1  D  t  270 C  T  270 C  273  300 K 1 D1 m  ? V2  D ; D2  t  420 C  T  420 C  273  315K 2 GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 14 - Do áp suất không khí phòng nhau, p = const, áp dụng định luật Gay Lussac: V1 V2 m m     D1.T1  D2 T2 T1 T2 D1.T1 D2 T2  D1 T2 315    1, 05 (lần) D2 T1 300 Vậy khối lượng riêng không khí phòng lớn khối lượng riêng không khí sân nắng 1,05 lần Nhận xét: Quá trình đẳng áp, nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ thuận với thể tích, nên khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối Bài 4: Một bình dung tích V = 15cm3 chứa không khí nhiệt độ t1 = 1770C, nối với ống nằm ngang chứa đầy thủy ngân, đầu ống thông với khí Tính khối lượng thủy ngân chảy vào bình không khí bình làm lạnh đến nhiệt độ t2 = 270C Dung tích coi không đổi, khối lượng riêng thủy ngân D = 13,6g/cm3 Giải: Xét khối không khí chứa bình Hiện tượng: Ban đầu cột thủy ngân ống nằm ngang, cân Áp suất bình áp suất khí quyển, p1 = p0 Khi nhiệt độ khí bình giảm, áp suất khí bình giảm, nhỏ áp suất khí quyển, phần thủy ngân bị khí đẩy vào chiếm phần thể tích bình chứa, thể tích khí bình giảm áp suất khí lại tăng lên Khi áp suất bình tăng áp suất khí quyển, cột thủy ngân nằm yên cân không chảy vào bình nữa, p2 = p0 Trạng thái 1: Trạng thái 2: V2 V1 Trước thủy ngân chảy vào bình V1  15cm3  0 t1  177 C  T1  177 C  273  450K Sau thủy ngân chảy vào bình  D  13,6 g / cm3 V2  ?  0  t2  27 C  T2  27 C  273  300K Do áp suất khí bình trước sau thủy ngân chảy vào áp suất khí quyển, nên áp dụng định luật Gay Lussac cho khối khí: V1 V2 V T 15.300   V2    10(cm3 ) T1 T2 T1 450 Thể tích thủy ngân chảy vào bình: V = V1 – V2 = 15 – 10 = 5(cm3) Vậy khối lượng thủy ngân chảy vào bình: m = D.V = 13,6.5 = 68(g) GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 15 - b.4 Các toán thông số trạng thái khí (quan hệ đại lượng p,V,T): Phương trình trạng thái áp dụng cho biến đổi khối lượng khí xác định Bài 1: (7/166 SGKCB) Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế 40cm3 khí Hiđrô áp suất 750mmHg nhiệt độ 270C Tính thể tích lượng khí điều kiện chuẩn (áp suất 760mmHg nhiệt độ 00C)? Giải: Trạng thái 1: Khối khí đkc Trạng thái 2: Khối khí đk PTN  p  750mmHg  T  27 C  273  300 K V  40cm3   p0  760mmHg  T0  C  273  273K V  ?  Áp dụng PTTT KLT: p0 V0 p.V p.V T0   V0  T0 T T p0 => V0  750.40.273  36(cm3 ) 300.760 Vậy: thể tích lượng khí điều kiện chuẩn V0 = 36cm3 Bài 2: (8/166 SGKCB) Tính khối lượng riêng không khí đỉnh núi Phăngxi-păng cao 3140m, biết lên cao 10m áp suất khí giảm 1mmHg nhiệt độ đỉnh núi 20C Khối lượng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 760mmHg nhiệt độ 00C) 1,29kg/m3 Giải: Mỗi lên cao 10m áp suất khí giảm 1mmHg Tại đỉnh núi cao 3140m áp suất giảm: ∆p = 3140 = 314 mmHg 10 Trạng thái 1: Khối khí chân núi Trạng thái 2: Khối khí đỉnh núi   p  760mmHg   T0  C  273  273K  m    1, 29kg / m3 ;V0  0     p  p0  p  446mmHg   T  C  273  275 K  m V  ;  ?    Áp dụng PTTT KLT: p pV p0V0 p    T T0 T  T0 0  pT0 0 446.273.1, 29   0, 75(kg / m3 ) p0T 760.275 GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 16 - Vậy khối lượng riêng không khí đỉnh núi 0,75 kg/m3 Chú ý: ba thông số (p, V, T) không đổi ta áp dụng đẳng trình để tìm thông số lại Bài 3: Một xilanh đặt thẳng đứng, diện tích tiết diện S = 100cm2, chứa không khí nhiệt độ t1 = 270C Ban đầu xilanh đậy pittông cách đáy h = 50cm Pittông trượt không ma sát dọc theo mặt xilanh Đặt lên pittông cân có trọng lượng P = 500N Pittông dịch chuyển xuống đoạn l = 10cm dừng lại Tính nhiệt độ khí xilanh sau pittông dừng lại Biết áp suất khí p = 105 N/m2 Bỏ qua khối lượng pittông Giải: Trạng thái 1: Trạng thái 2: Khí xilanh lúc ban đầu Khí xilanh sau đặt cân  p1  p0  T1  27 C  273  300 K V  S h  P   p  p0  S   T  t C  273  ? V  S ( h  l )    TT1 TT2 Ban đầu pittông cân bằng, áp suất khí xilanh áp suất khí quyển, suy p1 = p0 Khi đặt cân lên pittông pittông lại cân bằng, áp suất khí xilanh tổng áp suất khí áp lực cân gây ra, suy ra: p2 = p0 + P S Áp dụng phương trình trạng thái, ta có: p S h p1.V1 p2 V2    T1 T2 T1  T2  ( p0  ( p0  P ) S (h  l ) S T2 P 500 )(h  l )T1 (105  )(0,5  0,1)300 S 100.104  = 360(K) p0 h 105.0,5  t2 = T2 – 273 = 360 – 273 = 87(0C) Vậy nhiệt độ khối khí T2 = 360 K hay 87 0C Chú ý: ba thông số (p, V, T) không đổi ta áp dụng đẳng trình để tìm thông số lại GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 17 - Bài 4: (31.7/71 SBTCB) Một bóng thám không chế tạo để tăng bán kính lên tới 10m bay tầng khí có áp suất 0,03atm nhiệt độ 200K Hỏi bán kímh bóng bơm, biết bóng bơm khí áp suất atm nhiệt độ 300K ? Giải: Trạng thái 1: Trạng thái 2: Khí bóng bơm Khí bóng bay tầng khí   p1  1atm  T1  300 K  V1   R13 ;    p2  0, 03atm  T2  200 K  V2   R23 ;  R1  ? R2  10m Áp dụng phương trình trạng thái, ta có: p1V1 p2V2  T1 T2 p2  R23 T1 pVT  V1  2   R13  p1T2 p1T2  R13  R23 p2T1 0, 03.300  103  45 p1T2 1.200  R1  3,56m Bài 5: Một xilanh kín chia làm hai phần pittông cách nhiệt Mỗi phần có chiều dài l0 = 30cm, chứa lượng khí giống 270C Nung nóng phần thêm 100C làm lạnh phần 100C Hỏi pittông di chuyển đoạn bao nhiêu? Giải: Trạng thái khối khí A, B: A1  p1 A  p1B  p0  T1 A  T2 B  T0  27 C  273  300 K V  V  V  S l 2B 0  1A B1 l0 l0 Trạng thái khối khí A: phần khí bị nung nóng A2 B2 l0+x l0 - x  p2 A  p  0 T2 A  27 C  10 C  273  310 K V  S (l  x)  2A Trạng thái khối khí B: phần khí bị làm lạnh  p2 B  p  0 T2 B  27 C  10 C  273  290 K V  S (l  x)  2B GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 18 - Áp dụng phương trình trạng thái cho khí phần xilanh, ta có: - Phần khí A bị nung nóng: - Phần khí B bị làm lạnh: p0 V0 p2 A V2 A  T0 T2 A p0 V0 p2 B V2 B  T0 T2 B (1) (2) Khi pittông đứng yên, áp suất khí hai bên pittông nhau: p2A = p2B = p (3) Từ (1), (2) (3) suy ra: l  x l0  x V2 A V2 B    T2 A T2 B T2 A T2 B x l0 (T A T2 B ) T2 A  T2 B x 30(310  290)  1(cm) 310  290 Vậy pittông di chuyển đoạn 1cm Bài 6: Một bình thép dung tích 62 lít chứa khí hiđrô áp suất 4,5MPa nhiệt độ 270C Dùng bình bơm bóng bay, dung tích bóng 8,52 lít, áp suất 1,05.105 Pa? Nhiệt độ khí bóng bay 130C Giải: Gọi n số bóng bay, thể tích khí chứa n bóng V = n.V0 Trạng thái 1: Trạng thái 2:  p1  4,5MPa  4,5.105 Pa  T1  27 C  273  300 K V  62lit   p2  1, 05.105 Pa  T2  13 C  273  286 K V  V  V  V  nV ; V0  8, 52lit 1  Áp dụng phương trình trạng thái: p1.V1 p2 V2  T1 T2  V2  p1.V1.T2 45.105.62.286   2533(lit ) p2 T1 1, 05.105.300 Vậy số bóng bơm là: n = V2  V1 2533  62   290 (quả) V0 8,52 c Bài tập luyện tập: Bài 1: (29.6/66 SBTCB) Một lượng khí nhiệt độ 180C tích m3 áp suất atm Người ta nén đẳng nhiệt khí tới áp suất 3,5 atm Tính thể tích khí nén ĐS: 0,286m3 GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 19 - Bài 2: (29.7/66SBTCB) Người ta điều chế khí hiđrô chứa vào bình lớn áp suất atm, nhiệt độ 200C Tính thể tích khí phải lấy từ bình lớn để nạp vào bình nhỏ thể tích 20 lít áp suất 25 atm Coi nhiệt độ không đổi ĐS: 500lít Bài 3: Khí nén đẳng nhiệt từ thể tích l đến thể tích 4l, áp suất khí tăng thêm 0,75atm Tìm áp suất ban đầu khí ĐS:1,5atm Bài 4: Dùng ống bơm để bơm không khí áp suất p = 10 N/m vào bóng cao su tích 31 (xem không đổi) Bơm có chiều cao h = 50cm, đường kính d = 4cm Cần phải bơm lần để không khí bóng có áp suất p = 3.105N/m2 khi: a Trước bơm, bóng không khí b Trước bơm, bóng có không khí áp suất p1 = 1,3.105N/m2 Cho nhiệt độ không thay đổi bơm ĐS: a 14 lần b lần Bài 5: Nếu áp suất lượng khí biến đổi 2.10 N/m thể tích biến đổi 3l Nếu áp suất biến đổi 5.105N/m2 thể tích biến đổi 5l Tìm áp suất thể tích ban đầu khí, cho nhiệt độ không đổi ĐS: 4.105N/m2; 9lít Bài 6: Một ống nhỏ dài, tiết diện đều, đầu kín Lúc đầu ống có cột không khí dài l1 = 20cm ngân với bên cột thuỷ ngân d = 15cm ống đứng thẳng, miệng Cho áp xuất khí p0 = 75cmHg Tìm chiều cao cột không khí khi: a ống thẳng đứng, miệng b ống nghiêng góc  = 300 với phương ngang, miệng c ống đặt nằm ngang ĐS: a 30cm; b 21,8cm; c 24,5cm Bài 7: Một bình kín chứa lượng khí nhiệt độ 300C, áp suất 2bar Hỏi phải tăng nhiệt độ lên tới độ để áp suất tăng gấp đôi? ĐS: T2 = 2T1 = 606K hay t2 = 3330C Bài 8: (30.6/69 SBTCB) Một bình kín chứa khí ôxi nhiệt độ 200C áp suất 105 Pa Nếu đem bình phơi nắng nhiệt độ 40 0C áp suất bình bao nhiêu? ĐS: 1,068.105Pa Bài 9: (30.8/69 SBTCB) Một bình thuỷ tính kín chịu nhiệt chứa không khí điều kiện chuẩn Nung nóng bình lên tới 2000C Áp suất không khí bình bao nhiêu? Coi nở nhiệt bình không đáng kể ĐS: 1,755.105Pa Bài 10: Áp suất khí trơ bóng đèn tăng lần đèn sáng nhiệt o o độ nhiệt độ đèn tắt 25 C, sáng 323 C ? ĐS: 2lần o Bài 11: 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 o ĐS: 87 C GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 20 - Bài 12: Một bóng đèn điện chứa khí trơ nhiệt độ t1 = 27oC áp suất p1, bóng đèn sáng, nhiệt độ khí bóng t2 = 150oC có áp suất p2 = 1atm Tính áp suất ban đầu p1 khí bóng đèn chưa sáng ĐS:1,41atm Bài 13: Một khối khí đem dãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t1 = 32 C đến nhiệt độ t2 = 1170C, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít Tìm tích khối khí trước sau giãn nở ĐS: 6,1 lít; 7,8 lít Bài 14: Đun nóng lượng không khí điều kiện đẳng áp nhiệt độ tăng thêm K, thể tích tăng thêm so với thể tích ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu khí? ĐS: 270C Bài 15: Một bình cầu chứa không khí ngăn với bên giọt thủy ngân ống nằm ngang Ống có tiết diện S = 0,1cm2 Ở 270C giọt thủy ngân cách mặt bình cầu l1 = 5cm Ở 320C giọt thủy ngân cách mặt bình cầu l2 = 10cm Tính thể tích bình cầu, bỏ qua dãn nở bình ĐS: 29,5 cm3 Bài 16: Một lượng khí đựng xi lanh đậy kín pittông Pittông chuyển động tự Lúc đầu lượng khí có nhiệt độ 20 0C đo thể tích khí 12 lít Đưa xi lanh đến nơi có nhiệt độ 700C, khí nở đẩy pittông lên Thể tích lượng khí xi lanh lúc bao nhiêu? ĐS: 14 lít Bài 17: (31.6/ 71 SBTCB) Một lượng khí đựng xilanh có pittông chuyển động Các thông số trạng thái lượng khí : atm , 15 lít , 300 K Khi pittông nén khí, áp suất khí tăng lên tới 3,5 atm; thể tích giảm 12 lít Xác định nhiệt độ khí nén ĐS: 420K Bài 18: (31.8/ 71 SBTCB) Tính khối lượng riêng không khí 1000C áp suất 2.105 Pa Biết khối lượng riêng không khí 00C 1,01.105 Pa 1,29.kg/m3 ĐS: 1,85 kg/m3 Bài 19: (31.12/71 SBTCB) Một xilanh có pittông cách nhiệt nằm ngang Pittông vị trí chia xilanh thành hai phần nhau, chiều dài phần 30 cm Mỗi phần chứa lượng khí nhiệt độ 17oC áp suất atm Muốn pittông dịch chuyển cm phải đun nóng khí phần lên thêm bao nhiêu? Áp suất cuả khí pittông dịch chuyển bao nhiêu? ĐS: 41,4 K; 2,14atm Bài 20: Nén 10 lít khí nhiệt độ 27 C thể tích lít nhiệt độ 600C áp suất khí tăng lên lần? ĐS: 2,8 lần Bài 21: Trong xi lanh đặt thẳng đứng tiết diện S = 100cm đậy pittông cách đáy xi lanh h = 0,4m có chứa lượng không khí nhiệt độ t1=270C Đặt lên mặt pittông vật nặng khối lượng 50kg thấy pittông xuống GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 21 - đoạn 8cm dừng lại Tính nhiệt độ không khí xilanh Cho biết áp suất khí p0=105 N/m2 Bỏ qua ma sát khối lượng pittông, lấy g=10m/s2 ĐS: T2=360K hay t2=870C Bài 22: Một ống thuỷ tinh tiết diện đều, đầu kín Ấn ống vào chậu thuỷ ngân cho mặt thuỷ ngân ngập ống Lúc mực thuỷ ngân ống chậu, nhiệt độ lúc 270C Cần nung khí ống đến nhiệt độ để không thuỷ ngân ống Cho áp suất khí p0 = 75cmHg, ống dài l = 20cm ĐS: 426,67K hay 153,670C GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 22 - III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Với nội dung đề tài “ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” mong giúp cho em học sinh khối lớp 10 giảm bớt khó khăn việc giải toán Vật Lí chất khí như: không hiểu rõ tượng, không tìm hướng giải vần đề, không áp dụng lý thuyết vào việc giải tập, không kết hợp kiến thức phần riêng rẽ vào giải toán tổng hợp Vì vậy, việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải tập cách khoa học, đảm bảo đến kết cách xác việc cần thiết, giúp cho học sinh nắm vững kiến thức mà rèn luyện kỹ suy luận logic, học làm việc cách có kế hoạch có hiệu cao Và điều quan trọng là: - Cần khéo léo vận dụng yêu cầu đưa làm tập - Cần xây dựng cho thân thói quen tư khoa học, độc lập, lĩnh hội kiến thức cách logic, từ dễ đến khó, từ khái quát đến chi tiết - Đặc biệt nên giải tập công thức trước, sau thay số để tìm kết toán sau Khi vận dụng chuyên đề để giảng dạy cho học sinh lớp 10, thấy em tự tin việc giải toán chương chất khí Sau đưa cách phân loại cách giải trên, kết khảo sát thống kê cho thấy: Trước áp dụng chuyên đề: Lớp HS giải 10A8 15% 20% 65% 10A7 5% 15% 80% % HS lúng túng HS giải Sau áp dụng chuyên đề: Lớp HS giải 10A8 85% 10% 5% 10A7 70% 10% 20% % HS lúng túng HS giải GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 23 - IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Trong trình dạy học, học sinh phải đương đầu với thách thức, phải tự nâng cao lực phát huy trí tưởng tượng họ phải xem xét vấn đề theo quan điểm khác Chính qua học sinh rèn luyện kỹ tư Qua hai năm thực nghiệm, phương pháp có tác dụng tích cực Tuy nhiên, gặp số khó khăn sau: - Sĩ số lớp đông gây khó khăn cho việc tổ chức hoạt động Theo chúng tôi, cần có hợp tác nghiên cứu môn học ''gần nhau'' cần thay đổi quan niệm đánh giá nay, cần trân trọng chấp nhận suy nghĩ, phân tích, giải thích phát học sinh Điều quan trọng người học học mà học - Chương trình dạy học cứng với quy định chặt chẽ thời lượng học Do thời gian hạn hẹp kinh nghiệm thân hạn chế nên chắn viết có thiếu sót định, dạng tập đưa chưa tổng quát kiến thức, đề cập đến số vấn đề chủ yếu sách giáo khoa chương trình vật lí 10 Vì vậy, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp quý thầy cô để đề tài áp dụng cách hiệu quả, giúp trình dạy học thầy trò ngày hoàn thiện GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 24 - V TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật Lí 10 Cơ – Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh – Nhà xuất GD – Năm xuất 2006 Sách giáo khoa Vật Lí 10 Nâng cao – Nguyễn Thế Khôi, Phạm Quý Tư, Lê Trọng Tường, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân – Nhà xuất GD – Năm xuất 2006 Bài tập vật lí 10 Cơ – Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh – Nhà xuất GD – Năm xuất 2006 Bài tập vật lí 10 Nâng cao – Lê Trọng Tường, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân – Nhà xuất GD – Năm xuất 2006 Sách giáo khoa Vật Lí 10 – Dương Trọng Bái, Tô Giang, Nguyễn Đức Thâm, Bùi Gia Thịnh – Nhà xuất GD – Năm xuất 1998 Giải toán Vật lí 10 (tập 2) – Bùi Quang Hân, Trần Văn Bồi, Phạm Ngọc Tiến, Nguyễn Thành Tương – Nhà xuất GD – Năm xuất 1999 450 tập vật lý lớp 10 – Vũ Thanh Khiết, Trương Thọ Lương, Phan Văn Hoàng – Nhà xuất Đà Nẵng – Năm xuất 2000 NGƯỜI THỰC HIỆN (Ký tên ghi rõ họ tên) Hoàng Thị Long Anh GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 25 - SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh Độc lập - Tự - Hạnh phúc Biên Hòa, ngày tháng năm 2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011 – 2012 ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: “ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” Họ tên tác giả: Hoàng Thị Long Anh Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên môn lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp giáo dục  - Phương pháp dạy học môn: Vật lí X - Lĩnh vực khác:  Sáng kiến kinh nghiệm triển khai áp dụng: Tại đơn vị X Trong Ngành  Tính (Đánh dấu X vào ô đây) - Có giải pháp hoàn toàn  - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có  Hiệu (Đánh dấu X vào ô đây) - 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 (Đánh dấu X vào ô dòng đây) - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Tốt  Khá  Đạt  - Đưa giải pháp khuyến 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  GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 26 - Phiếu đánh dấu X đầy đủ ô tương ứng, có ký tên xác nhận người có thẩm quyền, đóng dấu đơn vị đóng kèm vào cuối sáng kiến kinh nghiệm XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN (Ký tên ghi rõ họ tên) THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên, ghi rõ họ tên đóng dấu) GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý [...]... ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011 – 2012 ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” Họ và tên tác giả: Hoàng Thị Long Anh Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên bộ môn hoặc lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp giáo dục  - Phương pháp dạy... Các bài toán về thông số trạng thái của khí (quan hệ giữa các đại lượng p,V,T): Phương trình trạng thái được áp dụng cho biến đổi bất kì của một khối lượng khí xác định Bài 1: (7/166 SGKCB) Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế được 40cm3 khí Hiđrô ở áp suất 750mmHg và nhiệt độ 270C Tính thể tích của lượng khí trên ở điều kiện chuẩn (áp suất 760mmHg và nhiệt độ 00C)? Giải: Trạng thái 1: Khối khí. .. lúc đó là 270C Cần nung khí trong ống đến nhiệt độ bao nhiêu để không còn thuỷ ngân trong ống Cho áp suất khí quyển p0 = 75cmHg, ống dài l = 20cm ĐS: 426,67K hay 153,670C GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 22 - III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Với nội dung của đề tài là ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG GIẢI BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ” tôi mong rằng sẽ giúp... Lý - 13 - Dãn khối khí đẳng áp từ thể tích 10 lít đến thể tích 40 lít thì nhiệt độ của khối khí thay đổi như thế nào? Bài 1: Giải: Trạng thái 1: V1  10lit  T1 Trạng thái 2: p = const V2  40lit  T2  ? T1 Quá trình đẳng áp p = const, áp dụng định luật Gay Lussac: V1 V2 T V 40   2  2  4 T1 T2 T1 V1 10 Vậy nhiệt độ của khối khí tăng lên 4 lần Nhận xét: Quá trình đẳng áp, nhiệt độ tuyệt đối... động được Các thông số trạng thái của lượng khí này là : 2 atm , 15 lít , 300 K Khi pittông nén khí, áp suất của khí tăng lên tới 3,5 atm; thể tích giảm còn 12 lít Xác định nhiệt độ của khí nén ĐS: 420K Bài 18: (31.8/ 71 SBTCB) Tính khối lượng riêng của không khí ở 1000C và áp suất 2.105 Pa Biết khối lượng riêng của không khí ở 00C và 1,01.105 Pa là 1,29.kg/m3 ĐS: 1,85 kg/m3 Bài 19: (31.12/71 SBTCB)... học sinh khối lớp 10 giảm bớt khó khăn trong việc giải các bài toán Vật Lí về chất khí như: không hiểu rõ các hiện tượng, không tìm được hướng giải quyết vần đề, không áp dụng được lý thuyết vào việc giải bài tập, không kết hợp được kiến thức ở từng phần riêng rẽ vào giải một bài toán tổng hợp Vì vậy, việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một... ) 11 hay t1  180 C Vậy nhiệt độ ban đầu của khối khí là 291 K hay 180C Bài 3: Khối lượng riêng của không khí trong phòng (270C) lớn hơn khối lượng riêng của không khí ngoài sân nắng (420C) bao nhiêu lần? Biết áp suất không khí trong và ngoài phòng là như nhau Giải: Xét cùng một khối lượng không khí m Trạng thái 1: Không khí trong phòng Trạng thái 2: Không khí ngoài phòng m  p = const V1  D 1 ... thể tích nên thể tích tăng 4 lần thì nhiệt độ tăng 4 lần Bài 2: Đun nóng đẳng áp một lượng khí lên đến 47 0C thì thể tích khí tăng thêm 1/10 thể tích khí lúc ban đầu Tìm nhiệt độ ban đầu của khí? Giải: Trạng thái 1: V1  T1  ? Trạng thái 2: p = const 1 11  V1  V1 V2  V1  10 10  T  47 0 C  273  320 K  2 Quá trình đẳng áp p = const, áp dụng định luật Gay Lussac: V1 V2 T V 10   1  1  T1... nhiệt độ ban đầu của khí o ĐS: 87 C GV thực hiện: Hoàng Thị Long Anh – Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Tổ Vật Lý - 20 - Bài 12: Một bóng đèn điện chứa khí trơ ở nhiệt độ t1 = 27oC và áp suất p1, khi bóng đèn sáng, nhiệt độ của khí trong bóng là t2 = 150oC và có áp suất p2 = 1atm Tính áp suất ban đầu p1 của khí trong bóng đèn khi chưa sáng ĐS:1,41atm Bài 13: Một khối khí đem dãn nở đẳng áp từ nhiệt độ...  T1  3 C  273  270K 4 Trạng thái 2: Khí bị đun nóng để nút chai bật ra  p2  p0  pms F với pms  ms  S T2  t2  273  ? Tại thời điểm nút bật ra, áp lực không khí trong chai tác dụng lên nút phải lớn hơn áp lực của khí quyển và lực ma sát hay để nút bật ra thì áp suất của khí trong bình cần có giá trị lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực ma sát tác dụng lên nút bình: p2S  Fms