1. Trang chủ
  2. » Giáo án - Bài giảng

Nâng cao hiệu quả bồi dưỡng học sinh giỏi phần nhiệt học chất khí vật lý 10

23 778 2

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 23
Dung lượng 0,95 MB

Nội dung

Khi giảng dạy học sinh trong nhiều năm ở phần ‘‘ Nhiệt học chấtkhí ’’ tôi nhận thấy khả năng tiếp thu của các em còn chậm, học sinh thường cảmthấy không tự tin và lúng túng trong việc ti

Trang 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

Trang 2

MỤC LỤC

Trang

I Mở đầu………

…2 1.1 Lí do chọn đề tài……….… 2

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5 Những điểm mới của SKKN 3

II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 3

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm……….……3

2.1.1 Thuyết động học phân tử chất khí – cấu tạo chất khí 3

2.1.2 Phương trình Clapeyron – Mendeleep 4

2.1.3 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 4

2.1.4 Các định luật chất khí 4

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 5

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết 6

2.3.1 Bài toán áp dụng phương trình Clapeyron – Mendeleev, phương trình trạng thái và các đẳng quá trình 7

2.3.2 Bài toán liên quan đến đồ thị và các đẳng quá trình 10

2.3.3 Bài toán cơ nhiệt chất khí 13

2.3.4 Bài toán về công, nội năng và các nguyên lý nhiệt động lực học 16

III Kết luận, kiến nghị, 19

Tài liệu tham khảo 20

Trang 3

I Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài

Để đáp ứng với yêu cầu người học phải nắm thật vững kiến thức và thật nhạybén trong vấn đề vận dụng kiến thức môn học đồng thời người dạy cũng phải cóchuyên sâu về kiến thức Xét về chất lượng, hiệu quả giảng dạy thì hai hoạt độngđều có vị trí, vai trò vô cùng quan trọng Xét về phương diện hoạt động của giáoviên, chất lượng dạy học nói chung và môn vật lý nói riêng phụ thuộc nhiều vàokhả năng, trình độ hiểu biết, sức sáng tạo và khả năng sư phạm của người dạy Thực tế, trong chương trình vật lý lớp 10 có những nội dung tương đối khó,đối với rất nhiều học sinh nói chung, do nó có nhiều dạng và nhiều phương phápgiải khác nhau Khi giảng dạy học sinh trong nhiều năm ở phần ‘‘ Nhiệt học chấtkhí ’’ tôi nhận thấy khả năng tiếp thu của các em còn chậm, học sinh thường cảmthấy không tự tin và lúng túng trong việc tiếp thu kiến thức cũng như giải bài tập

về “ phần nhiệt học chất khí ’’ Đặc biệt học sinh còn gặp phải những khó khăn:

- Về kiến thức: Học sinh chưa phân loại được các nội dung kiến thức, cácdạng toán trọng tâm

- Về kỹ năng: Học sinh còn hạn chế khi phân tích bài toán và giải bài toán

- Trong một đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với các khả năng nhận thức,

tư duy khác nhau nên không thể cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tíchcực, chủ động trong học tập của mỗi em nhằm phát triển tư duy cho các em

Với lí do trên mà tôi đã nghiên cứu và viết đề tài “ Nâng cao hiệu quả bồi

dưỡng học sinh giỏi phần nhiệt học chất khí vật lý 10” Với những biện pháp

này, đề tài sẽ giúp học sinh có thái độ học tập tích cực hơn, tự vận dụng vấn đề một cách sáng tạo hơn, từ đó học sinh cảm thấy say mê học môn vật lí hơn Có kết quả cao trong các kỳ thi, nhất là khi thi học sinh giỏi

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Thông qua đề tài này giúp giáo viên, học sinh nắm được nội dung kiến thức của chương, phân dạng các bài toán về các định luật chất khí, giúp cho người học vận dụng và củng cố kiến thức một cách có hệ thống, từng bước phát triển tư duy từ dạng dễ đến khó.  Bên cạnh đó cũng cố sự tự tin, bồi đắp sự hứng thú trong học tập

2

Trang 4

phần nhiệt học, chất khí, nâng cao khả năng tự học, tự nghiên cứu của học sinh Đềtài nghiên cứu các nội dung sau đây:

 Cơ sở lí luận của đề tài

 Thực trạng của đề tài

 Giải pháp thực hiện

 Kết quả đạt được

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

 Học sinh THPT học chương trình Nâng cao

 Mục đích và nội dung chương trình Nhiệt học – chất khí được giới thiệutrong sách giáo khoa Vật Lý lớp 10 (Nâng Cao)

 Các bài tập, công thức được giới thiệu trong chương trình THPT.  

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

 Phương pháp quan sát sư phạm

 Phương pháp nêu vấn đề trong giảng dạy

1.5 Những điểm mới của SKKN

 Nội dung kiến thức, công thức, các bài tập, được giới thiệu trong chươngNhiệt học – chất khí chương trình THPT.  

 Phân dạng bài tập theo quá trình phát triển tư duy, kỹ năng từ thấp đến cao

 Đề tài có thể áp dụng cho học sinh, giáo viên khi nghiên cứu phần nhiệt họcchất khí Đặc biệt trong việc học và bồi dưỡng học sinh thi học sinh giỏicấp tỉnh môn Vật Lý

II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 1

2.1.1 Thuyết động học phân tử chất khí – cấu tạo chất khí

Trang 5

2.1.1.3 Các khái niệm cơ bản

a) Mol: 1 mol là lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng

số nguyên tử chứa trong 12 gam Cacbon 12

b) Số Avogadro: Số nguyên tử hay phân tử chứa trong 1 mol của mọi chất đều

bằng nhau và gọi là số Avogadro NA NA = 6,02.1023 mol-1

c)Khối lượng mol: Khối lượng mol của một chất (ký hiệu µ) được đo bằng khối

lượng của một mol chất ấy

d) Thể tích mol:

Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của một mol chất ấy

Ở điều kiện chuẩn (0oC, 1atm), thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4 lít/molhay 0,0224 m3/mol

2.1.1.4 Thuyết động học phân tử chất khí:

- Chất khí gồm các phân tử có kích thước rất nhỏ (có thể coi như chất điểm)

- Các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng Nhiệt độ càng cao thì vậntốc chuyển động nhiệt càng lờn

- Khi chuyển động, các phân tử va chạm với nhau làm chúng bị thay đổi phương

và vận tốc chuyển động, hoặc va chạm với thành bình tạo nên áp suất của chất khílên thành bình

2.1.1.5 Khí lý tưởng

Khí lý tưởng (theo quan điểm vĩ mô) là khí tuân theo đúng hai định luật Mariotte và Charles Ở áp suất thấp, có thể coi khí thực như là khí lý tưởng

Boyle-2.1 2 Phương trình Clapeyron – Mendelee:

2.1.3 Phương trình trạng thái khí lý tưởng:

Trang 6

b) Định luật Charles:

c) Định luật Gay Lussac: Trong quá trình đẳng áp (p = const) thì phương trình

trạng thái cho ta:

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Khi giảng dạy học sinh trong nhiều năm ở phần ‘‘ Nhiệt học chất khí ’’ tôi nhậnthấy khả năng tiếp thu của các em còn chậm, học sinh thường cảm thấy không tựtin và lúng túng trong việc tiếp thu kiến thức cũng như giải bài tập về “ phần nhiệthọc chất khí ’’ Đặc biệt học sinh còn gặp phải những khó khăn:

- Về kiến thức: Học sinh chưa phân loại được các nội dung kiến thức, cácdạng toán trọng tâm

- Về kỹ năng: Học sinh còn hạn chế khi phân tích bài toán và giải bài toán

- Trong một đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với các khả năng nhận thức,

tư duy khác nhau nên không thể cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tíchcực, chủ động trong học tập của mỗi em nhằm phát triển tư duy cho các em

Để năng cao quá trình bồi dưỡng học sinh “ phần nhiệt học chất khí ’’ trong đề tài này đã khác sâu những kiến thức trọng tâm và phân loại các dạng bài tập

từ dế đến khó theo khả năng phát triển tư duy và rèn luyện kỹ năng.

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

V

p

T

Trang 7

Các bài tập theo thứ tự cụ thể, từ cơ bản đến nâng cao Phân dạng nhằm phát triển tư duy và kỹ năng người học

2.3.1 Bài toán áp dụng phương trình Clapeyron – Mendeleev, phương trình trạng thái và các đẳng quá trình.

Bài 1: Biết khối lượng của 1 mol nước kg và 1mol có phân

tử Xác định số phân tử có trong 200 cm3 nước Khối lượng riêng của nước là

kg/m3

Hướng dẫn:

Khối lượng của nước

Khối lượng của một phân tử nước:

3 0

10 2.10 6,02.10 6,7.1018.10

A VN m

n m

kg/mol (2)

Từ (2) và (1) ta thấy phù hợp Vậy khí đã cho là

Khối lượng của nguyên tử hidro là:

Bài 3: Một vận động viên leo núi cần hít vào m = 2 g không khí ở điều kiện chuẩn (273 K; 1,013.105 Pa) trong mỗi nhịp thở Hỏi khi ở trên núi cao có áp suất p = 79,8 kPa và nhiệt độ T = -130C thì trong mỗi nhịp thở vận động viên này cần hít vào thể tích không khí là bao nhiêu lít ? Biết rằng khối lượng riêng của không khí

ở điều kiện tiêu chuẩn là D = 1,29 kg/m3 và coi rằng khối lượng không khí cần hít vào trong mỗi nhịp thở luôn như nhau

Hướng dẫn

6

Trang 8

+ Không khí ở điều kiện tiêu chuẩn có khối lượng m ứng với thể tích là V0 = + Do khối lượng khí như nhau trong mỗi nhịp thở nên ta sử dụng được phương trình trạng thái

+ Suy ra V =

Bài 4: Người ta bơm khí oxi ở điều kiện chuẩn vào một bình có thể tích 5000l sau nữa

giờ bình chứa đầy khí ở nhiệt độ 240C và áp suất 765mmHg Xác định khối lượng khí bơm vào sau mỗi giây Coi quá trình bơm diễn ra một cách điều đặn

Hướng dẫn

Lượng khí bơm vào trong mỗi giây: 3,3g

Sau t giây khối lượng khí trong bình là:

Với là khối lượng riêng của khí

là thể tích khí bơm vào sau mỗi giây

V là thể tích khí bơm vào sau t giây

thay V và V0 vào (1) ta được:

Lượng khí bơm vào sau mỗi giây là:

Bài 5: Một phòng có kích thước 8m x 5m x 4m Ban đầu không khí trong phòng ở điều

kiện chuẩn, sau đó nhiệt độ của không khí tăng lên tới 10oC, trong khi áp suất là 78 cmHg Tính thể tích của lượng khí đã ra khỏi phòng và khối lượng không khí còn lại trong

Lượng không khí trong phòng ở trạng thái 2: p2 = 78 cmHg ; V2 ; T2 = 283 K

Thể tích không khí thoát ra khỏi phòng:

Thể tích không khí thoát ra khỏi phòng tính ở điều kiện chuẩn là:

Khối lượng không khí còn lại trong phòng:

Trang 9

Bài 6: Một bình thép kín có thể tích V được nối với một bơm hút khí Áp suất ban

đầu của khí trong bình là 760 mmHg Dung tích tối đa mỗi lần bơm hút là Vb = Hỏi phải bơm hút tối thiểu bao nhiêu lần để áp suất của khí trong bình thấp hơn 5 mmHg ? Coi nhiệt độ không đổi trong quá trình bơm

Sau mỗi lần bơm hút, thể tích khí trong bình dãn từ V đến V+Vb

Bài 7: Một căn phòng hình hộp chữ nhật có kích thước (7,8m x 5,0m x 5,4m)

Ban đầu không khí trong phòng có nhiệt độ T0 = 00C và áp suất p0 = 760 mmHg, sau đó nhiệt độ trong phòng nâng lên đến T1 = 13,50C và áp suất tăng lên đến P = 780mmHg Biết khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (00C và 760mmHg) là D0 = 1,293kg/m3 Hãy xác định khối lượng không khí đã ra khỏi phòng

Hướng dẫn

phòng ở nhiệt độ T1 có thể tích là V=V1-V0= + Lượng khí này nếu đưa về điều kiện tiêu chuẩn (cũng chính là P0, T0) thì có thể

Thay số và kết quả:

Bài 8 : Một bình chứa 360 gam khí Helium Do bình hở sau một thời gian khí

Helium thoát ra một phần, nhiệt độ tuyệt đối của khí giảm 20% , áp suất giảm 30% Tính khối lượng khí Helium thoát ra khỏi bình và số nguyên tử đã thoát ra khỏi bình

Hướng dẫn

Áp dụng phương trình Clapayron Mendeleev cho bình chứa m (g) khí lúc đầu và

8

Trang 10

(2)

Từ (1) và (2) suy ra :

Độ giảm áp suất theo độ giảm nhiệt độ:

Bài 9: Một bình chứa khí 02 nén ơ áp suất và nhiệt độ có

* Biến đổi toán học từ các biểu thức trên Kết quả là :

* Khối lượng không khí trước khi dùng :

Bài 10 Bơm pittông ở mỗi lần bơm chiếm một thể tích khí xác định Khi hút khí

ra khỏi bình nó thực hiện 4 lần bơm Ap suất ban đầu trong bình bằng áp suất khí

thực hiện 4 lần bơm Khi đó, áp suất trong bình lớn gấp đôi áp suất khí quyển Tìm

hệ thức giữa thể tích làm việc của bơm và thể tích bình

Trang 11

Vậy sau 4 lần bơm áp suất trong bình là:

Khi bơm khí vào trong bình sau 4 lần bơm trong bình thiết lập một áp suất bằng P

Theo điều kiện của bài toán: P = 2P0, đặt

Ta có phương trình:

Từ giao điểm của hai đồ thị ta tìm được x  0,44

2.3.2 Bài toán liên quan đến đồ thị và các đẳng quá trình.

Kiến thức cần lưu ý

Cho đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí lý tưởng xác định Đọc tên các đẳng quá trình và vẽ lại đồ thị trong các hệ trục (p,T) và (V,T)

Từ (1) sang (2): dãn đẳng nhiệt (V tăng, p giảm)

Từ (2) sang (3): đẳng tích (p tăng  T tăng)

Từ (3) sang (1): đẳng áp (V giảm  T giảm)

những đường nằm dưới

Từ đồ thị ta thấy: V1 = V2 và p2 > p1 Theo định luật Sac lơ:

T 0

0

 (2)

(3) (1)

Trang 12

 Trong họ đường đẳng tích, những đường nằm trên có thể tích nhỏ hơn

Bài 11: Xét một lượng khí lí tưởng không đổi

có đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi trạng thái

như hình vẽ Biết nhiệt độ ở trạng thái (1) là

Bài 12 Một lượng khí biến đổi theo chu trình

được biểu diễn trên đồ thị hình bên Biết :

T2 = T1

Trang 13

2 P

13 : Một mol khí lí tưởng thực hiện quá trình

giãn nở từ trạng thái 1 (P0, V0) đến trạng thái 2

(P0/2, 2V0) có đồ thị trên hệ toạ độ P-V như hình

vẽ Biểu diễn quá trình ấy trên hệ toạ độ P-T và

xác định nhiệt độ cực đại của khối khí trong quá

- Mặt khác, phương trình trạng thái của 1 mol khí : (***)

cho nên khi thì nhiệt độ chất khí là T = Tmax =

- Đồ thị biểu diễn quá trình đó trên hệ toạ độ T-P là một trong hai đồ thị dướiđây :

1 2

9V P /8R

V P /R

0 0

0 0

Trang 14

2.3.3 Bài toán cơ nhiệt chất khí.

Bài 14: Một ống hình trụ đường kính nhỏ, hai đầu kín, dài l = 105cm, đặt nằm

ngang Trong ống có một cột thủy ngân dài h = 21cm, hai phần còn lại của ống chứa khí có thể tích bằng nhau ở áp suất P0 = 72cmHg Tìm độ dịch chuyển của thủy ngân khi ống đặt thẳng đứng

+ không khí phần trên: áp suất P1 ; thể tích V1= S(l0 + x )

+ không khí phần dưới: áp suất P2 = P1 + h ; thể tích V2= S(l0 - x ).p

- Áp dụng ĐL Bôilơ – Mariôt  P0V0 = P1V1= P2V2 

Thay số: x2 + 288x – 1764 = 0 x = 6,0000cm

Bài 15: Ở chính giữa một ống thủy tinh nằm ngang, tiết diện nhỏ, chiều dài L =

100cm, hai đầu bịt kín có một cột thủy ngân dài h = 20cm Trong ống có khôngkhí Khi đặt ống thẳng đứng cột thủy ngân dịch chuyển xuống dưới một đoạn l =10cm Tìm áp suất của không khí trong ống khi ống nằm ngang ra cmHg và Pa Coi nhiệt độ không khí trong ống không đổi và khối lượng riêng thủy ngân là ρ =1,36.104kg/m3

Hướng dẫn

Trạng thái 1 của mỗi lượng khí ở hai bên cột thuỷ ngân (ống nằm ngang)

Trạng thái 2 (ống đứng thẳng)

+ Đối với lượng khí ở trên cột thuỷ ngân:

+ Đối với lượng khí ở dưới cột thuỷ ngân:

Áp suất khí ở phần dưới bằng áp suất khí ở phần trên cộng với áp suất do cột thuỷngân gây ra Do đó đối với khí ở phần dưới, ta có:

Áp dụng ĐL Bôilơ–Maríôt cho từng lượng khí Ta có:

+ Đối với khí ở trên:

(1)+ Đối với khí ở dưới:

(2)

Từ (1) & (2):

Thay giá trị P2 vào (1) ta được:

Trang 15

Bài 16: Một chai chứa không khí được nút kín bằng một nút có trọng lượng không đáng

kể, tiết diện 2,5cm2 Hỏi phải đun nóng không khí trong chai lên tới nhiệt độ tối thiêu bằngbao nhiêu để nút bật ra ? Biết lực ma sát giữa nút và chai có độ lớn là 12 N, áp suất ban đầu của không khí trong chai bằng áp suất khí quyển và bằng 9,8.104Pa, nhiệt độ ban đầu của không khí trong chai là -30C

Hướng dẫn

Trước khi nút bật ra, thể tích khí trong chai không đổi và quá trình đun nóng là quátrình đẳng tích 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:

a) Ấn ống nghiệm xuống chậu thủy ngân theo phương

thẳng đứng cho đến khi đáy ống nghiệm chạm mặt

thoáng của chậu thủy ngân Tính độ cao của thủy ngân

trong ống

b) Giải bài toán trên khi nhúng ống vào chậu nước

;

Áp dụng định luật Bôilơ - Mariốt

Giải phương trình ta được:

b) Khi thí nghiệm trong chậu nước

Trang 16

H H

F

Giải phương trình ta được:

Bài 18 Cho một ống tiết diện S nằm ngang

được ngăn với bên ngoài bằng 2 pittông

Pittông thứ nhất được nối với lò xo như hình

vẽ Ban đầu lò xo không biến dạng, áp suất

khí giữa 2 pittông bằng áp suất bên ngoài p0 Khoảng cách giữa hai pittông là H và bằng chiều dài hình trụ Tác dụng lên pittông thứ 2 một lực F để nó chuyển động từ từ sang bên phải Tính F khi pittôn thứ 2 dừng lại ở biên phải của ống trụ

Hướng dẫn

Điều kiện cân bằng : Piston trái : p0S – pS – kx = 0 (1)

x độ dịch chuyển của piston trái, p áp suất khí giữa hai piston

Bài 19 Xylanh kín, hình trụ, thẳng đứng, chiều dài L chia thành hai

phần nhờ piston mỏng, cách nhiệt Phần trên chứa 0,01 mol khí, phần

dưới chứa n mol khí ở cùng nhiệt độ là T1 = 300K Lò xo có độ cứng là

k = 963N/m, một đầu gắn vào xylanh, một đầu gắn vào piston (hình 2)

Khi cân bằng, piston cách đáy dưới là 0,6L, áp suất phần khí ở trên là

104Pa và lò xo không biến dạng Piston nặng m = 10 kg; tiết diện S =

100cm2

Cho: g = 10m/s2 và hằng số chất khí R = 8,31 J/mol.K

1 Tính số mol khí trong phần xylanh ở dưới piston

2 Tăng nhiệt độ của một phần khí đến giá trị T2 và giữ phần còn

lại ở nhiệt độ ban đầu để piston cân bằng ở chính giữa xylanh Tính nhiệt độ T2

Hướng dẫn

Trạng thái ban đầu của khí ở hai phần là: p0 = 1 atm; V0 = 50 S(cm3);

T0 = 27+ 273 = 300 K Vì khí ở phần 1 được nung nóng nên pittông dịch chuyển

Ngày đăng: 16/08/2017, 13:36

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w