phân tích chương trình Vât Lý phổ thông

PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ THPT Phần 1: NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN VỀ CẤU TRÚC NỘI DUNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ THPT VIỆT NAM I NHIỆM VỤ, NỘI DUNG CỦA HỌC PHẦN Học phần “ phân tích chương trình vật lí THPT” thuộc môn phương pháp giảng dạy vật lí nhà trường ĐHSP nhằm cung cấp cho sinh viên ngành sư phạm vấn đề sau đây: Làm cho sinh viên nắm cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức vật lí phổ thông đường hình thành chúng Từ kiến thức vật lí mà sinh viên trang bị năm học, yêu cầu sinh viên phân tích cách sâu sắc kiến thức vật lí THPT, biết điểm cần lưu ý phương pháp dạy học kiến thức (Đây nhiệm vụ học phần này) Trên sở hiểu kiến thức vật lí THPT cách sâu sắc, sinh viên phải có khả soạn phương án dạy học theo yêu cầu định bước nội dung phương pháp cho đối tượng cụ thể (nhất trường THPT có nhiều đối tượng khác nhau) nhằm phục vụ cho chuyên môn nghề nghiệp sinh viên sau tốt nghiệp Ngoài học phần yêu cầu sinh viên biết ưu, nhược điểm chương trình phương hướng cải tiến chương trình tương lai Học phần dành số thời gian thích ứng để sinh viên hoàn thiện kĩ giải tập vật lí phổ thông II SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CHƯƠNG TRÌNH VLPT VIỆT NAM (Từ 1955 đến nay) Sau chiến thắng Điện Biên Phủ, hòa bình lập lại miền Bắc Từ năm 1955, miền Bắc nước ta xây dựng hệ thống giáo dục phổ thông hệ 10 năm, chia thành cấp học (cấp 1, cấp cấp 3) Trong đó, vật lí học cách có hệ thống từ đầu cấp (lớp 6) đến hết cấp (lớp 12) Năm 1975, sau giả phóng miềm Nam, nước ta tồm hệ thống giáo dục phổ thông: − Ở miền Bắc giừ hệ 10 năm trước − Ở miền Nam giữ hệ 12 năm (trong vật lí học từ lớp đến hết lớp 12) Trong hệ thống trên, chương trình vật lí cấu tạo từ bậc: − Bậc thứ nhất: lớp 6, hệ 10 năm 8, hệ 12 năm − Bậc thứ 2: lớp 8, 9, 10 hệ 10 năm 10, 11, 12 hệ 12 năm Nói chung hai hệ thống, chương trình vật lí xây dựng thành hệ thống tương đối hoàn chỉnh, chặt chẽ Từ 1980-1981, bắt đầu thực cải cách giáo dục nước theo hệ thống trường 12 năm, lớp 1, theo cách chiếu Tới năm học 1990-1991 bắt đầu cải cách đến THPT (lớp 10) Tuy nhiên, để đáp ứng với yêu cầu nghiệp CNH-HĐH đất nước xu chung giáo dục phổ thông toàn giới Từ năm 1994 thí điểm chương trình THPT chuyên ban Trong chương trình chia thành ban: − Ban A: khoa học tự nhiên − Ban B: khoa học tự nhiên xã hội − Ban C: khoa học xã hội Sau thời gian dạy thí điểm số trường THPT nước, chương trình bộc lộ nhiều bất cập, không phù hợp với thực tiễn (một bất cập chênh lệch ban cao, VD: lớp 12 ban C không học vật lí…) Vì chương trình không triển khai đại trà, tiếp tục nghiên cứu phân ban theo hướng phù hợp Sau thời gian thí điểm từ năm 2006-2007 thực chương trình THPT chuyên ban nước Chương trình chia thành ban sau: − Ban − Ban khoa học tự nhiên − Ban khoa học xã hội nhân văn Đây chương trình theo hướng phân ban rộng, kiến thức ban (chuẩn), học sinh tự chọn số môn nâng cao: toán, lí, hóa, sinh Còn Ban khoa học xã hội nhân văn, môn học nâng cao là: văn, sử, địa, ngoại ngữ Ngoài loại hình trường THPT chia làm ban trên, có loại trường THPT kĩ thuật (bắt đầu thí điểm từ năm 2005-2006), THPT chuyên (năng khiếu), THPT nội trú (dành cho học sinh dân tộc thiểu số) III NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VỀ CẤU TRÚC, NỘI DUNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ THPT HIỆN HÀNH (chương trình (chuẩn); nâng cao) III.1 Những để xây dựng chương trình vật lí III.1.1 Mục đích, yêu cầu giáo dục nói chung, dạy học nói riêng Đất nước ta bước vào giai đoạn CNH-HĐH với mục tiêu đến năm 2020, Việt Nam từ nước nông nghiệp trở thành nước công nghiệp, hội nhập với cộng đồng quốc tế Nhân tố định thắng lợi công CNH-HĐH hội nhập quốc tế người Việc cần giáo dục phổ thông, mà trước hết phải việc xác định mục tiêu đào tạo, phải trang bị cho hệ trẻ: − Những kiến thức đại − Năng lực sáng tạo − Phẩm chất người (nhân sinh quan, giới quan…) Trước hết xét tới mục đích: trang bị cho hệ trẻ kiến thức đại, kỉ XXI này, kỉ trí tuệ Hiện phát triển nhanh, mạnh mang tính bùng nổ khoa học công nghệ làm kiến thức tăng theo hàm số mũ… Người ta tính rằng, chuyên giai làm việc chuyên môn hẹp KHKT (ví dụ: với vật lí chất rắn, chuyên môn hẹp là: vật lí bán dẫn, vật lí kim loại, vật lí điện môi, vật lí vật liệu từ, vật lí màng mỏng, vi điện tử…) ngày có khoảng gần 2000 trang tài liệu đc in giới nói vấn đề mà chuyên gia cần tìm hiểu… Vậy vấn đề đặt cho nhà trường phổ thông dạy gì? Thời gian dạy bao nhiêu? Xu hướng chung giáo dục phổ thông giới không tăng thời gian học, để trường người vào tuổi sáng tạo, sung sức phục vụ xã hội (tuổi 25 trở ra) Học vấn mà nhà trường phổ thông trang bị thâu tóm tri thức mong muốn, kiến thức bản, với môn vật lí trường phổ thông dạy vật lí cổ điển chủ yếu Với mục đích trang bị cho hệ trẻ lực sáng tạo, yếu tố chiếm vị trí quan trọng công CNH-HĐH Rõ rang nhà trường phổ thông trang bị phần kiến thức bản, phải coi trọng việc dạy phương pháp, dạy cách tới chiếm lĩnh kiến thức loài người, sở tiếp tục học tập suốt đời Phải cho học sinh trường trước hết thích nghi với sống, sau phát triển lực III.1.2 Những thành tựu kha học kĩ thuật đại Việc xây dựng chương trình vật lí nhà trường phổ thông dựa vào thành tựu khoa học đại khó khăn, đại đa số nội dung chương trình vật lí phổ thông vật lí học cổ điển Nhưng chương trình yêu cầu kiến thức vật lí học cổ điển phải trình bày cho phù hợp với tinh thần vật lí học đại (như gắn nhiệt độ với chuyển động phân tử, gắn từ trường với dòng điện…), số thành tựu lớn thực tế phải thông báo cho học sinh (ví dụ: vô tuyến điện, siêu dẫn, quang dẫn, vi tính…) Tuy nhiên, kĩ thuật đại tạo cho nhà trường phổ thông trang thiết bị mới, thay đổi cách dạy giúp học sinh hiểu nhiều vấn đề phức tạp, ví dụ: thiết bị đo lường, trực quan… dùng giao thoa kế Maikenxơn để đo vận tốc ánh sáng, sử dụng máy vi tính dạy học… III.1.3 Phương pháp nghiên cứu vật lí ảnh hưởng tới việc xây dựng chương trình vật lí Trong vài chục năm gần đây, kiến thức phương pháp nhận thức trở thành loại kiến thức quan trọng dạy học môn khoa học trường phổ thông Việc đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức, thông qua hoạt động tự giác, tích cực, tự lực thân học sinh để chiếm lĩnh kiến thức, hình thành lực trở thành chiến lược dạy học mới, theo chiến lược cần phải tổ chức trình học tập học sinh giống trình tìm tòi nhà khoa học Bởi cần thiết phải xác định rõ phương pháp nghiên cứu vật lí cần đưa vào trường phổ thông, mức độ cách thức đưa vào nào, thể cụ thể chương trình sách giáo khoa việc hướng dẫn giáo viên tổ chức trình nhận thức vật lí để đem lại hiệu dạy học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học Có thể nói nhà khoa học lớn đạt thành công rực rỡ nhờ sáng tạo phương pháp nghiên cứu thích hợp, phương pháp hoàn chỉnh theo phát triển lịch sử vật lí Có phương pháp chung phương pháp quy nạp, phương pháp diễn dịch, có phương pháp đặc thù phương pháp thực nghiêm, phương pháp mô hình, có phương pháo riêng phương pháp nhiệt động lực học, phương pháp tương tự điện-cơ, quang-cơ, phương pháp tiên đề kết hợp suy luận toán học Ở bậc THPT, chưa phải đào tạo chuyên gia lĩnh vực, cần ưu tiên giới thiệu phương pháp có giá trị sử dụng rộng rãi để sau học sinh sử dụng nhiều lĩnh vực hoạt động, có phạm vi vật lí học, có phương pháp quy nạp, diễn dịch, phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình hóa, phương pháp tương tự Mặt khác, rõ ràng bậc THPT, học sinh chưa thể hoàn toàn tự lực sử dụng phương pháp nhà nghiên cứu thực thụ, khoa học phương pháp vạn giúp ta giải vấn đề lĩnh vực, dạy cho học sinh phương pháp nhà bác học đó, phương pháp dẫn đến thành công rực rỡ (TD: phương pháp tiên đề kết hợp với suy luận toán học Anhxtanh) Bởi trường phổ thông, giáo viên cần cung cấp cho học sinh giai đoạn phương pháp nhận thức vật lí phổ biến Trong khảo sát vấn đề chương trình vật lí học sinh cần biết việc chủ yếu cần làm để giải vấn đề Còn tùy theo trình độ hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo, nội dung vấn đề, học sinh hướng dẫn giáo viên trực tiếp, tự lực thực số giai đoạn phương pháp nhận thức sử dụng Thí dụ phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng gồm giai đoạn: a) Quan sát, nêu câu hỏi b) Xây dựng giả thuyết (câu trả lời dự đoán) c) Dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy hệ kiểm nghiệm thực tế d) Tổ chức thí nghiệm kiểm tra hệ lí thuyết tiên đề rút kết luận đắn hay sai lầm giải thuyết Cần làm cho học sinh làm quen với phương pháp thực nghiệm cách cho họ trải qua giai đoạn áp dụng phương pháp Còn để học sinh trực tiếp thực số giai đoạn phải tùy theo trình độ cụ thể Thí dụ việc đề giả thuyết nhiều vượt khả học sinh, giáo viên đề xuất giả thuyết suy hệ giáo viên thí nghiệm kiểm tra hình thức thí nghiệm biểu diễn… Cách trình bày sgk vật lí thể rõ: phương pháp thực nghiệm phương pháp cần lưu ý đặc biệt bậc THPT Nghoài phương pháp thực nghiệm phương pháp mô hình hóa dạy học vật lí nhấn mạnh Xuất phát từ ý kiến Anhxtanh “ Trong cố gắng để tìm hiểu thực, phần giống người muốn tìm hiểu cấu đồng hồ lớn Anh ta thấy mặt số đồng hồ kim chuyển động, nghe thấy tiếng đồng hồ tích tắc, cách để mở rõ đồng hồ Nếu tài giỏi vẽ tranh máy để giải đáp tất quan sát thấy, không hoàn toàn tin tranh giải thích điều quan sát Anh ta khả so sánh tranh với máy thực chí tưởng tượng khả hay ý nghĩa so sánh Một số người cho “ tiến trình nhận thực khoa học tiến trình mô hình hóa” Khái niệm mô hình hóa phương pháp mô hình hóa sử dụng nhiều lần từ sgk lớp THCS, thí dụ mô hình phân tử cấu tạo chất, mô hình cấu tạo nguyên tử (gọi mẫu nguyên tử), mô hình đường sức điện trường, đường cảm ứng… Tuy nhiên chương trình sgk không lần nhắc đến từ mô hình phương pháp mô hình Sự dè dặt dẫn đến hiểu lầm, lẫn lộn thực thể vật lí mô hình Mỗi mô hình phản ánh số tính chất thực thể vật lí Trình độ tư người phát triển, công cụ quan sát, đo lường tinh vi người xây dựng mô hình ngày hoàn chỉnh, tiệm cận với chân lí khách quan Nhờ có mô hình ta hiểu được, giải thích nhiều tượng dự đoán tượng Nếu khái niệm mô hình phương pháp mô hình hóa học sinh hiểu nói ánh sáng sóng, nói ánh sáng hạt gián đoạn, lúc lại nói ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt, thực ánh sáng gì? Khi vào giới vi mô, giới trường không quan sát giác quan, bắt buộc phải dùng mô hình Việc lẩn tránh không cho học sinh làm quen với khái niệm mô hình phương pháp mô hình hóa cản trở nhiều trình nhận thức học sinh họ thiếu dụng cụ có hiệu để nghiên cứu tự nhiên, nói hơn, học sinh sử dụng cách không tự giác công cụ Thật không hợp lí ta yêu cầu học sinh phải biết mẫu nguyên tử Bo, Rudơpho giải thích số tượng mà lại không cho học sinh biết mẫu mô hình chưa đầy đủ Như vậy, rõ ràng việc hình thành trang bị cho học sinh phương pháp mô hình hóa vận dụng phương pháp dạy học vật lí nhà trường THPT cần thiết Trong thực tế dạy học vật lí nay, vấn đề cần quan tâm nhiều nhà xây dựng chương trình vật lí III.1.4 Những thành tự khoa học giáo dục Một để xây dựng chương trình thành tựu KHGD, đặc biệt thành tựu tâm lí học liên quan đến lí luận nhận thức Trong thành tựu này, trước hết phải kể đến thành tựu nhà khoa học Xô Viết (Liên Xô cũ), bật công trình “lí thuyết vùng phát triển gần” Vưgôxky: “Ông cho chỗ tốt phát triển trẻ em vùng phát triển gần Vùng khoảng cách trình độ học sinh trình độ phát triển cao cần vươn tới” Nói cách hình ảnh chỗ trống nơi mà người phải giải vấn đề đứng với nới mà người phải đạt đến với nỗ lực thân giúp đỡ người lớn hay người ngang hàng có khả chút… Sau công trình lí thuyết hoạt động Lê-ventrép: “Học tập hoạt động, muốn học sinh phát triển phải tổ chức trình học tập cho hoạt động học sinh chuyển dần đến vùng phát triển gần” Ở phương Tây có lí thuyết thích nghi (tóm tắt: muốn dạy bơi, quẳng xuống nước), quan điểm cho dạy học phải tạo môi trường cho học sinh tự xoay sở, phải tạo hứng thú, yêu cầu mạnh mẽ, kể kích thích mặt vật chất để học sinh đem mình, khả tham gia vào trình dạy học Chính thành tựu dẫn tới luận điểm giáo dục Chẳng hạn: Vừa sức có nghĩa cố gắng lên làm (điều khác với quan niệm cũ), đòi hỏi học sinh thuộc lớp được, học kết thúc chưa hết vấn đề học sinh, học sinh cần có giao tiếp, nỗ lực thân, cộng thêm với giúp đỡ đối tượng chút… Cũng từ thành tựu xuất quan điểm dạy học lấy học sinh làm trung tâm, chủ thể trình dạy học − Quan điểm cũ: Vai trò thầy lấn áp, học sinh ghi nhớ thụ động, đãn tới phương pháp gợi mở, phương pháp nêu vấn đề… − Quan điểm mới: Thầy đóng vai trò người tổ chức, đạo hoạt động học sinh, tăng trò nói, trò làm (hoạt động hơn), để học sinh tập khái quát hóa, tập nhận xét, suy luận… để chiếm lĩnh kiến thức Sự thay đổi phương pháp dạy học hấp dẫn, điều thay đổi chất lượng, tư học sinh Nhưng đòi hỏi phải có đầy đủ sgk, thí nghiệm, thời gian dạy chất lượng người thầy… Đây trọng tâm việc đổi chương trình sgk THPT III.2 Những đặc điểm cấu trúc nội dung chương trình vật lí THPT hành III.2.1 Một số đặc điểm trường THPT Cấp THPT gồm năm học từ lớp 10 đến lớp 12, cấp học cuối giáo dục phổ thông, nối tiếp THCS có trách nhiệm đào tạo hệ trẻ học sinh qua cấp học trước nhà trường phổ thông Cấp học mặt cần chuẩn bị cho học sinh tri thức kĩ khoa học xã hội nhân văn, khoa học tự nhiên, kĩ thuật để học sinh tiếp tục đào tạo đại học, mặt khác cần hình thành hoàn chỉnh học vấn phổ thông cho đa số học sinh để họ tham gia lao động sản xuất, xây dựng xã hội họ có điều kiện học lên Để chuẩn bị nguồn nhân lực phục vụ nghiệp phát triển kinh tế xã hội đất nước, đáp ứng nhu cầu cá nhân người học, giáo dục phổ thông cần thực nguyên tắc dạy học phân hóa Đây đổi quan trọng so với cách học trước Mô hình dạy học phân hóa hình thức phân ban trải qua vài giai đoạn thí điểm Năm 1994, tiến hành thí điểm chương trình phân ban theo ban: Ban A: khoa học tự nhiên Ban B: khoa học tự nhiên-xã hội Ban C: khoa học xã hội Chương trình phân ban tập trung vào việc đổi nội dung kiến thức, chênh lệch nội dung kiến thức môn ban lớn, chương trình chưa có thay đổi yêu cầu phương pháp giáo dục giáo viên học sinh… Và nhiều lí khác nữa, nên sau năm thí điểm số trường nước, chương trình không triển khai đại trà nước Chương trình phân ban chia thành ban: − Ban khoa học tự nhiên − Ban khoa học xã hội nhân văn − Ban Việc phân ban tiến hành theo hướng, học sinh THPT nước phải học chương trình chuẩn thống nhất; đồng thời bước phát triển việc dạy học môn nâng cao theo ban: − Với ban khoa học tự nhiên môn nâng cao toán, lí, hóa, sinh − Với ban khoa học xã hội nhân văn môn nâng cao văn, sử, địa, tiếng nước Ban học sinh tự chọn số môn học nâng cao Với mục đích : nhằm phân hóa, hướng nghiệp nâng dần trình độ chung giáo dục phổ thông So với chương trình cũ, chương trình THPT có số điểm cụ thể sau: + Trước hết thể phân hóa qua bố trí thời lượng dạy học chênh lệch cho môn phân hóa + mức độ phân hóa không lớn, đảm bảo theo yêu cầu từ chương trình chuẩn( mặt học vấn phổ thông) nâng lên 20% thời lượng nội dung môn học phân hóa + điều chỉnh giãn số tiết số môn chương trình chuẩn : ngữ văn từ 11 tiết/ tuần năm xuống 9,5 tiết/tuần , toán từ 14 tiết/ tuần năm xuống 10 tiết/ tuần , lý từ tiết/ tuần năm xuống tiết/ tuần ( cụ thể lớp 10 môn vật lý từ tiết/tuần giảm xuống tiết/tuần) để có thời lượng cho môn học mới, cho dạy học tự chọn hoạt động gd khác( hướng nghiệp, hđ gd ngoauf lên lớp…) đảm bảo cân đối lĩnh vực tri thức mặt học vấn phổ thông Một đặc điểm bật chương trình THPT chương trình đặc biệt trọng tới việc đổi phương pháp dạy học thể qua yêu cầu đặt GV HS, cách trình bày sgk III.2.2 Cấu trúc nội dung chương trình vật lý THPT CB - Chương trình vật lý THPT chia thành phần lớn: LS, nhiệt, điện, quang, vật lý NT HN, giữ cấu trúc cổ điển có điều chỉnh + kiến thức dđ song tách riêng dạy lớp 12 thành tuyến: * dđ học, dòng xoay chiều, dđ điện từ cao tần * song học, song âm, song điện từ + có xếp lại giãu phần lớp cho hợp lý Điều thuận lợi cho HS công cụ toán, cần lượng giác - Nội dung chương trình vật lý THPT CB phân phối cụ thể sau: - lớp 10: + học + nhiệt học - lớp 11: + quang hình + điện từ học - lớp 12: +dđ song + quang lý học + nguyên tử hạt nhân + từ vi mô đến vĩ mô Chương trình cũ: - lớp 10: + + nhiệt - lớp 11: +nhiệt + điện từ học - lớp 12: + dđ song + quang học + vật lý hạt nhân Riêng với lý 10: so với chương trình CCGD vừa qua, chương trình THPT chuyên ban có só điểm khác nội dung sau: ( chương trình ban bản) + vấn đề nhiệt học học trọn vẹn lớp 10 + chương ‘’ sở nhiệt động lực học’’ có đề cập đến nguyên lý thứ NĐLH 10 - Và đưa mô hình chất khí lí tưởng cho học sinh: chất khí phân tử coi chất điểm tương tác va chạm gọi khí lí tưởng III/ Các định luật thực nghiệm – Phương trình trạng thái III.1 Nội dung - Một khối khí đặc trưng thông số P, V, T mối liên hệ chúng thể qua định luật chất khí - Trong lịch sử vật lí người ta giữ thông số không đổi tìm mối liên hệ hai thông số kia, sau xuất phương trình trạng thái khí lí tưởng (cho thấy mối liên hệ thông số) sách giáo khoa tôn trọng lịch sử - Các định luật chất khí với mô hình khí lí tưởng + Lực tương tác có va chạm (không xét đến tương tác) + Bỏ qua thể tích phân tử khí chiếm chỗ - Trong thực tế khối khí loãng coi gần theo mô hình khí lí tưởng Hỏi trạng thái gần bão hòa hoàn toàn không tuân theo định luật Vì định luật với khí thực, khí thực tuân theo phương trình Vandevanxo III.2 Những lưu ý phương pháp giảng dạy định luật Bôi-lơ -Ma-ri-ốt - Trước hết ta ôn lại cho học sinh khái niệm áp suất: + Định nghĩa: p = F/S (áp lực/ diện tích bị ép) + Đơn vị đo: từ công thức định nghĩa -> đơn vị đo áp suất: N/m2 = Pa Các đơn vị đo khác thường hay dùng: atm, at (kĩ thuật), cm Hg, cm H2O atm = 76 cm Hg = 1,035.105 Pa at (atmotphe kĩ thuật) = = 9,81 N/cm2 = 9,81.104 Pa cm Hg = 13,6 cm H2O + Cách đo: áp kế kim loại áp kế chữ U (Hg H 2O) với nguyên tắc sau: PA = P B PB = P + P h  PA = P + P h Trong đó: P0 áp suất khí 82 - - - - đo áp kế Ph áp suất cột Hg (hoặc H2O) có chiều cao h gây Áp suất khí = áp suất bão hòa + chiều cao cột Hg Sau đưa cho học sinh khái niệm: trạng thái trình biến đổi trạng thái + Trạng thái lượng khí xác định cá thông số trạng thái P, V, T thông số trạng thái lượng khí có mối liên hệ với + Lượng khí chuyển từ trạng thái -> trạng thái khác trình biến đổi trạng thái (gọi tắt trình) Nói chung trình biến đổi trạng thái thông số trạng thái thay đổi Tuy nhiên ta thực trình có thông số biến đổi, thông số thứ không đổi, trình gọi đẳng trình Người ta dùng thí nghiệm để nghiên cứu đẳng trình, tìm mối liên hệ cặp thông số, từ xây dựng phương trình mô tả mối liên hệ thông số Tiếp theo, đặt vấn đề nghiên cứu trình đẳng nhiệt: + Quá trình biến đổi trạng thái nhiệt độ giữ không đổi gọi trình đẳng nhiệt + Bằng thí nghiệm mở đầu sơ cho học sinh thấy: với lượng khí định, nhiệt độ không đổi P V có mối liên quan với nhau: tay nén bóng, ấn pittong… + Tìm mối liên hệ định hướng P V (bằng thí nghiệm) Dùng tay ấn pittong từ từ xuống kéo pittong lên để làm thay đổi thể tích khối khí xilanh… - Rồi lập bảng ghi kết thí nghiệm: Thể tích V (cm3) Áp suất (10 Pa) P PV 83 - - - - Trạng thái Trạng thái Trạng thái + Từ kết thí nghiệm cho hs nhận xét để rút kết luận: “ Trong trình đẳng nhiệt lượng khí định, áp suất tỉ lệ với thể tích” p ~ 1/V hay pV = const Định luật nhà vật lí người Anh Bôi-lơ tìm năm 1662 nhà vật lí người Pháp Ma-ri-ốt tìm (một cách độc lập) năm 1676 nên gọi định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt + Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt viết dạng: p1V1 = p2V2 đó: p1, V1 áp suất thể tích trạng thái p2, V2 áp suất thể tích trạng thái • Chú ý nhấn mạnh: nhiệt độ không đổi lượng khí định Sau vẽ đồ thị pV: đường đẳng nhiệt (đương biểu diễn biến thiên mà áp suất theo thể tích nhiệt độ không đổi gọi đường đẳng nhiệt Trong hệ tọa độ (p,V) đường đường hypebol Nêu phạm vi ứng dụng định luật: hoàn toàn với khí lí tưởng gần với khí thực Cuối bước vận dụng định luật ta cho học sinh giải vài tập đơn giản, vận dụng công thức định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt III.3 Những lưu ý phương pháp giảng dạy định luật Sác-lơ Tiến trình giảng dạy sau: trước hết đưa cho học sinh khái niệm trình đẳng tích: trình biến đổi trạng thái thể tích không đổi gọi trình đẳng tích Mở đầu sơ cho học sinh thấy có mối liên hệ P, T thể tích khối khí không đổi VD: Nồi áp suất đun, bánh xe đạp bơm căng để nắng… Sau đặt vấn đề: tìm mối liên hệ định lượng P T trình đẳng tích Ta dùng thí nghiệm sau: Mô tả nghiệm SGK hình bên: Bình A nhúng vào chậu nước B, chậu có R có dòng điện chạy qua làm nóng nước… nhiệt độ khí đo nhiệt kế áp suất khối khí đo áp kế 84 kim loại Khối khí chứa bình A có V = const Lập bảng ghi kết thí nghiệm: Lần thí nghiệm p (105 Pa) T (K) p/T - Lưu ý sách giáo khoa nâng cao, thí nghiệm có sử dụng áp kể chữ U để đo áp suất khối khí nghiên cứu - Khi tiến hành thí nghiệm, cần phải giữ cho mực chất lỏng áp kế chữ U (Hg H2O) nhánh bên trái số 0, để thể tích lượng khí bình A không đổi (Bằng cách điều chỉnh độ cao nhánh bên phải áp kể chữ U) - Từ kết thí nghiệm: cho học sinh nhận xét để dẫn tới định luật sác-lơ: P/T = const nên P~T “Trong trình đẳng tích lượng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối” P/T = const + Nếu gọi p1, T1 áp suất nhiệt độ tuyệt đối lượng khí trạng thái p2, T2 áp suất nhiệt độ tuyệt đối lượng khí trạng thái P1/T1 = p2/T2 P1/P2 = T1/T2 Chú ý nhấn mạnh: thể tích không đổi lượng khí định - Tiếp theo vẽ đồ thị P(T) đường đẳng tích (đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích không đổi) ứng với thể tích khác lượng khí ta có đường đẳng tích khác Đường ứng với thể tích nhỏ - Cuối cho học sinh biết: định luật sác-lơ định luật gần cho học sinh vận dụng công thức định luật giải vài tập đơn giản - Có thể lưu ý học sinh vận dụng định luật: thực tế lò hơi, hay nồi áp suất có V xác định, T tăng P tăng III.4 phương trình trạng thái khí lí tưởng III.4 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 85 Có thể gd theo tiến trình sau - Đvđ : thực tế trạng thái khí thay đổi thông số p, V, T biến đổi, muốn tìm mối liên hệ thông số ta làm thí nghiệm để rút ta tìm mối liên hệ cách sử dụng định luật học Các định luật xét mối liên hệ thông số, thông số thứ giữ không đổi Vì muốn tìm mối liên hệ thông số, ta phải giả định trạng thái trung gian - Ta chọn cách sau: vừa trình bày vừa vẽ sơ đồ - Xét lượng khí định, lượng khí trạng thái sau + Trạng thái 1: p1, T1, V1 + Trạng thái : p2, T2, V2 Ta tìm mối liên hệ trạng thái + Từ trạng thái ta chuyển qua trạng thái trung gian 1’ (p’, V 2, T1) sang trạng thái (p2, T2, V2) + => 1’: đẳng nhiệt, ta có p1V1 = p’V2 => p’ = p' T + 1’ => 2: đẳng tích, ta có p = T 2 pV T pV (a) (b) pV 1 1 2 Thay (a) vào (b): p V = T ⇒ T = T 2 2 + Hoặc cách khác: (1) (2) p1, T1, V1 p2, T2, V2 (1’) p1V1 p’, T2, V1 p 2V2 pV Dễ dàng chứng minh được: T = T ⇒ T = const Phương trình nhà vật lí người Pháp Cla-pey-rôn đưa năm 1834 gọi phương trình trạng thái khí lí tưởng (hay phương trình Cla-pey-rôn) - Tiếp theo: từ phương trình trạng thái -> định luật thực nghiệm 86 + Xét trường hợp p1 = p2 (p không đổi) từ phương trình trạng thái ta có: V1 V2 V = ⇒ = const T1 T2 T Đó nội dung định luật nhà bác học Pháp Gay-luysac tìm thực nghiệm, định luật phát biểu lại sau: “ Trong trình đẳng áp lượng khí định, thể tích tỉ lệ thuân với nhiệt độ tuyệt đối” vẽ đường đẳng áp cho học sinh + Nếu T1 = T2 (T = const) => định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (từ phương trình trạng thái) + Nếu V1 = V1 (V = const) => định luật Sac-lơ - Cuối ta đưa cho học sinh khái niệm độ không tuyệt đối va nhiệt giai ken vin + Từ dồ thị biểu diến đường đẳng áp, vẽ đường đẳng tích ta dẫn học sinh tới nhận xét: giảm T -> 00K p = V = Hơn nhiệt độ 0K, áp suất thể tích có giá trị âm.Đó điều thực => 0K gọi độ không tuyệt đối + Rồi giới thiệu nhiệt giai kenvin cho học sinh: Bắt đầu từ 0K, nhiệt độ nhiệt giai Kenvin có giá trị dương, độ chia bảng với độ chia nhiệt giai Cenxiuyt T0 K = 273 + t0 C Nhiệt độ thấp mà người thực 10-9K IV Cơ sở nhiệt động lực học IV.1 Nội khí lí tưởng IV.1.1 Nội dung Khái niệm nội năng: dạng lượng (là tập hợp tất cá dạng lượng chứa hệ mà ta nghiên cứu) Ta biết dạng lượng hàm số trạng thái + Cơ hàm số tọa độ, vận tốc (những thông số xác định trạng thái bên vật) 87 - - - - + Nội hàm số nhiệt độ, áp suất (những thông số xác định trạng thái bên vật) Nội bao gồm: + Động phân tử + Thế tương tác phân tử + Năng lượng lớp vỏ phân tử + Năng lượng hạt nhân nguyên tử + Năng lượng điện tử trường chứa đầy không gian chiếm vật Tuy nhiên nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến toàn nội mà ý đến biến thiên nội vật chuyển trạng thái, Hơn khoảng nhiệt động lực học mà ta xét (nhiệt độ biến thiên vài ngàn độ, áp suất biến thiên vài chục atm) có động phân tử thay đổi (3 thành phần sau không đổi) để đơn giản người ta định nghĩa nội (theo nghĩa hẹp): Nội = tổng động phân tử + tương tác phân tử Chú ý: nhiệt khác nội nhiệt bao gồm động phân tử Vì lượng hàm đơn giá trạng thái -> nội hàm đơn giá trạng thái Thực vậy, vật trạng thái cho có nội U trạng thái giả sử vật có nội U từ vật lấy lượng ∆U = U – U1 mà trạng thái vật không thay đổi vật dùng làm nguồn cung cấp lượng mà biến đổi nào, điều mâu thuẫn với định luật bảo toàn lượng điều có nghĩa nội hàm số đơn giá trạng thái Khái niệm nhiệt lượng + Tên gọi xuất phát thuyết “chất nhiệt” + Bản chất nhiệt lượng: số đo nội biến đổi trình truyền nhiệt ta biết thực công làm biến đổi nội vật, truyền nhiệt làm biến đổi nội Người ta gọi thực công dạng vĩ mô biến đổi lượng Còn truyền nhiệt dạng vi mô biến đổi lượng Bản chất truyền nhiệt thực công tổng số “công vi mô” thực nguyên tử, phân tử riêng biệt nhiệt khái niệm gần gũi với khái niệm công (ví dụ vật nóng tiếp xúc với vật lạnh…) 88 - Phân biệt nhiệt lượng nội năng: + Khi chuyển từ trạng thái U1 sang trạng thái U2 Biến thiên nội năng: ∆U = U2 – U1 Mặt khác ta viết: ∆U = Q + A Q nhiệt lượng hệ nhận A công hệ nhận Khi chuyển từ (1) sang (2) ∆U xác định Q A không xác định, phụ thuộc trình chuyển trạng thái ∆U hàm số trạng thái Q A hàm số trình + Như chuyển từ (1) sang (2) vật thu nhiệt lượng khác nhau, vô nghĩa nói vật có nhiệt lượng trạng thái Điều khẳng định “vật chứa số nhiệt lượng” vô nghĩa nói “vật chứa lượng công đó” Nhiệt lượng phụ thuộc trình chuyển vật từ trạng thái sang trạng thái khác Theo phân tích trên, ta phải hiểu nhiệt lượng đại lượng tương tự Đại lượng công Nhiệt lượng số đo độ biến thiên nội vật trình truyền nhiệt (được lượng đơn vị J) + nhiệt lượng dạng lượng, lượng tồn với vật chất,còn nhiệt lượng xuất có truyền nhiệt từ vật sang vật khác IV.1.2 lưu ý phương pháp giảng dạy “nội biến thiên nội năng’’ Tiến trình giảng dạy sau: - Đặt vấn đề: có dạng lượng phát sử dụng đời sống kỹ thuật cách 200 năm ngày chiếm tới 80% lượng người sử dụng hàng ngày, nội Vậy nội gì? - Từ đưa định nghĩa nội năng:Nội củamộtvật dạng nượng bao gồm động chuyển động hỗn độn phân tử cấu tạo lên vật tương tác chúng 89 +Phân tích cho học sinh thấy U=f(T,V) Khi T thay đổi động phần tử thay đổi dẫn đến nội phụ thuộc vào T vật Khi V thay đổi khoảng cách phần tử thay đổi dẫn đến tương tác vật thay đổi dẫn đến nội phụ thuộc vào V vật định độ biến thiên nội vật -Tiếp theo đưa cách làm biến đổi nội năng: có cách + thực công công: VD: ấm pít tông xilanh chứakhí xuống thể tích giảm, đồng thời khí nóng lên dẫn tới nội cuả khí biến đổi Quá trình biến đổi nội lien quan đến chuyển dời vật khác,tác dụng lên vật ta xét gọi thực công Trông trình thực công,phần lượng truyền từ vật sang vật khác gọi công, công tính theo công thức: A = F.S Trong đó: F lực làm dịch chuyển vật S quãng đường theo phương lực + truyền nhiệt nhiệt lương Trong VD ta làm nóng khí xilanh cách nhúng vào nước nóng Khi nội khí thay đổi ( thực công, lực tác dụng lên xét, chuyển dời) Quá trình làm thay đổi nội thực công gọi trình truyền nhiệt, gọi tắt truyền nhiệt Nhiệt lượng: phần lượng mà vật nhận hay trình truyền nhiệt gọi nhiệt lượng Công thức tính nhiện lượng (h/s biết lớp 8) Q = C.m 90 Trong đó: Q nhiệt lượng thu vào hay tỏa (J) m khối lượng vật (kg) C nhiệt dung riêng vật (J/kg.K) đọ biiến thiên nhiệt độ ( K) -Cuối ta yêu cầu h/s nêu VD biến đổi nội năng: + cách truyền nhiệt : bàn nguội vật tiếp xúc với nóng lên Một vật nung nóng nhúng vào nước lạnh nguội đi, nội giảm, nước nóng lên, nội nước tăng… + cách thực công : cọ sát miếng kim loại lên mặt bàn, xoa hai tayvào hay nóng lên vật kim loại gia công học ( dũa, mài…) IV.2 Nguyên lý 1,2 nhiệt động lực học Ta biết nhiệt động lực học với hai nguyên lý ví dụ điển hình việc nghiên cứu tượng nhiệt theo quan điểm lượng (theo quan điểm này,hiện tượng nhiệt mô tả chủ yếu thông số đặc trưng cho lượng, sở định luật bảo toàn chuyển hóa lượng) IV.2.1 Nguyên lý I nhiệt động lực học Thực chất định luật bảo toàn chuyển hóa lượng áp dụng cho tượng nhiệt - Xét hệ, hệ đồng thời nhận công A nhiệt lượng Q theo định luật bảo toàn chuyển hóa lượng, nội hệ biến thiên lượng với = A+Q Phát biểu:’ độ biến thiên nội vật tổng công nhệt lượng mà vật nhận ‘ 91 Biểu thức nguyên lý I = A+Q (1) Biểu thức (1) ta thu dược xét trường hợp riêng: vật nhận công nhiệt trường hợp khác biểu thức (1) nào? Đề (1) áp dụng cách tổng quát, người ta quy ước dấu (1) sau: +Q>0 vật nhận nhiệt lượng +Q0 vật nhân công +A