Bài 60. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học tài liệu, giáo án, bài giảng...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ----------- ---------- NGUYỄN THỊ ĐIỆP PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ LỰC CỦA HỌC SINH MIỀN NÚI KHI DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN (VẬT LÍ 12 - NÂNG CAO) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------ ----------- NGUYỄN THỊ ĐIỆP PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ LỰC CỦA HỌC SINH MIỀN NÚI KHI DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN (VẬT LÍ 12 - NÂNG CAO) Chuyên ngành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học Vật lí Mã số : 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHẢI THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn: Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Văn Khải đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, các thầy cô giáo trong khoa Sau đại học, khoa Vật lí, thư viện trường Đại học Sư phạm đã tạo mọi điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Các trường: THPT Tân Yên số 1; THPT Sơn Động số 1; THPT Lục Nam và các đồng nghiệp, các em học sinh đã tận tình giúp đỡ trong quá trình tìm hiểu thực tế và kiểm nghiệm đề tài. Toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ và động viên! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Nội dung viết tắt Nghĩa đầy đủ 1- ĐC 2- TN 3- TNSP 4- THPT 5- SGK 6- SBT 7- PT 8- NXB Đối chứng Thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm Trung học phổ thông Sách giáo khoa Sách bài tập Phương trình Nhà xuất bản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Chƣơng I. Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh trong dạy học vật lí 5 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .5 1.2. Vấn đề phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh trong dạy học .7 1.3. Vấn đề phát huy tính tự lực nhận thức của học sinh 15 1.4. Mối liên hệ giữa tính tích cực và tính tự lực nhận thức NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), nhà vật lý người Pháp Trong tác phẩm năm 1824 Những nhận xét động cháy loại máy móc dựa lượng này, ông lần đưa lý thuyết thành công nhiệt năng, ngày gọi Chu kì Carnot, nhờ đặt tảng cho định luật thứ hai nhiệt động lực học Ông thường xem "cha đẻ nhiệt động học", người đưa khái niệm Hiệu suất Carnot, Định lý Carnot, động nhiệt Carnot, lĩnh vực khác Ông thường gọi tên Sadi • Động nhiệt thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công a) Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: • Một ví dụ đơn giản: Để nâng vật nặng M từ vị trí lên vị trí ta dùng động nhiệt thiết kế vận hành sau: vị trí vị trí M M M M Đến khí thực chu trình a) Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: • Mỗi động nhiệt có phận chính: * Nguồn nóng * Nguồn lạnh * Tác nhân a) Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Nguồn nóng T1 Tác nhân cấu động nhiệt Q1 A Q2 Nguồn lạnh T2 Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng biến phần thành công A toả phần nhiệt lượng lại Q2 cho nguồn lạnh b) Hiệu suất động nhiệt: • Hiệu suất H động nhiệt tính công thức: A H= Q1 mà A = Q1 - Q2 Do đó: A Q1 − Q2 H= = Q1 Q1 Hiệu suất động nhiệt thực tế nằm khoảng 25% - 45% a) Nguyên tắc hoạt động máy lạnh: Máy lạnh thiết bị dùng để lấy nhiệt từ vật truyền sang vật khác nóng nhờ nhận công từ vật Nguồn nóng T1 Q1 Tác nhân cấu máy lạnh A Q2 Nguồn lạnh T2 Vật cung cấp nhiệt nguồn lạnh, vật nhận nhiệt nguồn nóng tác nhân nhận công từ Sơ đồ cấu tạo loại tủ lạnh gia đình: Nguồn nóng Dàn bay (Dàn lạnh) Q2 Buồng bay Q1 A Van dãn Q1 Q2 Nguồn lạnh Máy bơm Dàn ngưng (Dàn nóng) A Động điện Nguyên tắc hoạt động tủ lạnh Dàn lạnh Dàn nóng Van dãn Môi thể Môi thể lỏng Máy nén b) Hiệu máy lạnh: • Hiệu máy lạnh ε (epxilon) xác định tỷ số Q2 A: Q2 ε= A Q1 = Q2 + A nên: Q2 Q2 ε= = A Q1 − Q2 Hiệu máy lạnh thường có giá trị lớn Ví dụ: – Quá trình truyền nhiệt: nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn, chiều ngược lại không tự xảy – Cơ tự động chuyển hoá toàn sang nội năng: thả rơi đá vào chậu nước, tự động chuyển hoá toàn sang nội nước vật; chiều ngược lại không tự xảy Phát biểu: • Nhiệt không tự truyền từ vật sang vật khác nóng • Không thể thực động vĩnh cửu loại hai • (hay nói cách khác: động nhiệt biến đổi toàn nhiệt lượng nhận thành công.) a) Hiệu suất cực đại Hmax động nhiệt: H max T1 − T2 = T1 (Công thức diễn tả định lý Các-nô) b) Hiệu cực đại εmax máy lạnh: T2 ε= T1 − T2 Không có nghèo gì bằng không có tài, không có gì hèn bằng không có chí. CHƯƠNG I: ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN A. KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Toạ độ góc Là toạ độ xác định vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định bởi góc ϕ (rad) hợp giữa mặt phẳng động gắn với vật và mặt phẳng cố định chọn làm mốc (hai mặt phẳng này đều chứa trục quay) Lưu ý: Ta chỉ xét vật quay theo một chiều và chọn chiều dương là chiều quay của vật ⇒ ϕ ≥ 0 2. Tốc độ góc Là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động quay của một vật rắn quanh một trục * Tốc độ góc trung bình: ( / ) tb rad s t ϕ ω ∆ = ∆ * Tốc độ góc tức thời: '( ) d t dt ϕ ω ϕ = = Lưu ý: Liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài v = ωr 3. Gia tốc góc Là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc * Gia tốc góc trung bình: 2 ( / ) tb rad s t ω γ ∆ = ∆ * Gia tốc góc tức thời: 2 2 '( ) ''( ) d d t t dt dt ω ϕ γ ω ϕ = = = = Lưu ý: + Vật rắn quay đều thì 0const ω γ = ⇒ = + Vật rắn quay nhanh dần đều γ > 0 + Vật rắn quay chậm dần đều γ < 0 4. Phương trình động học của chuyển động quay * Vật rắn quay đều (γ = 0) ϕ = ϕ 0 + ωt * Vật rắn quay biến đổi đều (γ ≠ 0) ω = ω 0 + γt 2 0 1 2 t t ϕ ϕ ω γ = + + 2 2 0 0 2 ( ) ω ω γ ϕ ϕ − = − 5. Gia tốc của chuyển động quay * Gia tốc pháp tuyến (gia tốc hướng tâm) n a uur Đặc trưng cho sự thay đổi về hướng của vận tốc dài v r ( n a v⊥ uur r ) 2 2 n v a r r ω = = * Gia tốc tiếp tuyến t a ur Đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của v r ( t a ur và v r cùng phương) '( ) '( ) t dv a v t r t r dt ω γ = = = = * Gia tốc toàn phần n t a a a= + r uur ur 2 2 n t a a a= + Chưa thử sức thì không bao giờ biết hết năng lực của mình.Học nhanh, để ghi tên mình vào bảng vàng! 1 Không có nghèo gì bằng không có tài, không có gì hèn bằng không có chí. Góc α hợp giữa a r và n a uur : 2 tan t n a a γ α ω = = Lưu ý: Vật rắn quay đều thì a t = 0 ⇒ a r = n a uur 6. Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định M M I hay I γ γ = = Trong đó: + M = Fd (Nm)là mômen lực đối với trục quay (d là tay đòn của lực) + 2 i i i I m r= ∑ (kgm 2 )là mômen quán tính của vật rắn đối với trục quay Mômen quán tính I của một số vật rắn đồng chất khối lượng m có trục quay là trục đối xứng - Vật rắn là thanh có chiều dài l, tiết diện nhỏ: 2 1 12 I ml= - Vật rắn là vành tròn hoặc trụ rỗng bán kính R: I = mR 2 - Vật rắn là đĩa tròn mỏng hoặc hình trụ đặc bán kính R: 2 1 2 I mR= - Vật rắn là khối cầu đặc bán kính R: 2 2 5 I mR= 7. Mômen động lượng Là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của vật rắn quanh một trục L = Iω (kgm 2 /s) Lưu ý: Với chất điểm thì mômen động lượng L = mr 2 ω = mvr (r là k/c từ v r đến trục quay) 8. Dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định dL M dt = 9. Định luật bảo toàn mômen động lượng Trường hợp M = 0 thì L = const Nếu I = const ⇒ γ = 0 vật rắn không quay hoặc quay đều quanh trục Nếu I thay đổi thì I 1 ω 1 = I 2 ω 2 10. Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định 2 đ 1 W ( ) 2 I J ω = 11. Sự tương tự giữa các đại lượng góc và đại lượng dài trong chuyển động quay và chuyển động thẳng Chuyển động quay (trục quay cố định, chiều quay không đổi) Chuyển động thẳng (chiều chuyển động không đổi) Toạ độ góc ϕ Tốc độ góc ω PHẦN THỨ NHẤT BÀI TẬP ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM BÀI 1 :Hai lò xo: lò xo một dài thêm 2 cm khi treo vật m 1 = 2kg, lò xo 2 dài thêm 3 cm khi treo vật m 2 = 1,5kg. Tìm tỷ số k 1 /k 2 . Bài giải: Khi gắn vật lò xo dài thêm đoạn ∆l. Ở vị trí cân bằng mglKPF 0 =∆⇔= →→ Với lò xo 1: k 1 ∆l 1 = m 1 g (1) Với lò xo 1: k 2 ∆l 2 = m 2 g (2) Lập tỷ số (1), (2) ta được 2 2 3 5,1 2 l l . m m K K 1 2 2 1 2 1 == ∆ ∆ = BÀI 2 :Một xe tải kéo một ơ tơ bằng dây cáp. Từ trạng thái đứng n sau 100s ơ tơ đạt vận tốc V = 36km/h. Khối lượng ơ tơ là m = 1000 kg. Lực ma sát bằng 0,01 trọng lực ơ tơ. Tính lực kéo của xe tải trong thời gian trên. Bài giải: Chọn hướng và chiều như hình vẽ Ta có gia tốc của xe là: )s/m(1,0 100 010 t VV a 2 0 = − = − = Theo định luật II Newtơn : →→→ =+ amfF ms F − f ms = ma F = f ms + ma = 0,01P + ma = 0,01(1000.10 + 1000.0,1) = 200 N BÀI 3 :Hai lò xo khối lượng khơng đáng kể, độ cứng lần lượt là k 1 = 100 N/m, k 2 = 150 N/m, có cùng độ dài tự nhiên L 0 = 20 cm được treo thẳng đứng như hình vẽ. Đầu dưới 2 lò xo nối với một vật khối lượng m = 1kg. Lấy g = 10m/s 2 . Tính chiều dài lò xo khi vật cân bằng. Su tÇm :Hµ V¨n Q - 01.687.632.063 http://violet.vn/haquy07 1 Bài giải: Khi cân bằng: F 1 + F 2 = Với F 1 = K 1 ∆l; F 2 = K 2 ∆1 nên (K 1 + K 2 ) ∆l = P )m(04,0 250 10.1 KK P l 21 == + =∆⇒ Vậy chiều dài của lò xo là: L = l 0 + ∆l = 20 + 4 = 24 (cm) BAØI 4 :Tìm độ cứng của lò xo ghép theo cách sau: Bài giải: Hướng và chiều như hình vẽ: Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x thì : Độ dãn lò xo 1 là x, độ nén lò xo 2 là x Tác dụng vào vật gồm 2 lực đàn hồi → 1 F ; 2 F → , →→→ =+ FFF 21 Chiếu lên trục Ox ta được : F = −F 1 − F 2 = −(K 1 + K 2 )x Vậy độ cứng của hệ ghép lò xo theo cách trên là: K = K 1 + K 2 BAØI 5 :Hai vật A và B có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang và được nối với nhau bằng dây không dẫn, khối lượng không đáng kể. Khối lượng 2 vật là m A = 2kg, m B = 1kg, ta tác dụng vào vật A một lực F = 9N theo phương song song với mặt bàn. Hệ số ma sát giữa hai vật với mặt bàn là m = 0,2. Lấy g = 10m/s 2 . Hãy tính gia tốc chuyển động. Bài giải: Su tÇm :Hµ V¨n Quý - 01.687.632.063 http://violet.vn/haquy07 2 Đối với vật A ta có: →→→→→→ =++++ 11ms1111 amFTFNP Chiếu xuống Ox ta có: F − T 1 − F 1ms = m 1 a 1 Chiếu xuống Oy ta được: −m 1 g + N 1 = 0 Với F 1ms = kN 1 = km 1 g ⇒ F − T 1 − k m 1 g = m 1 a 1 (1) * Đối với vật B: →→→→→→ =++++ 22ms2222 amFTFNP Chiếu xuống Ox ta có: T 2 − F 2ms = m 2 a 2 Chiếu xuống Oy ta được: −m 2 g + N 2 = 0 Với F 2ms = k N 2 = k m 2 g ⇒ T 2 − k m 2 g = m 2 a 2 (2) ⇒ Vì T 1 = T 2 = T và a 1 = a 2 = a nên: F - T − k m 1 g = m 1 a (3) T − k m 2 g = m 2 a (4) Cộng (3) và (4) ta được F − k(m 1 + m 2 )g = (m 1 + m 2 )a 2 21 21 s/m1 12 10).12(2,09 mm g).mm(F a = + +− = + +µ− =⇒ BAØI 6 :Hai vật cùng khối lượng m = 1kg được nối với nhau bằng sợi dây không dẫn và khối lượng không đáng kể. Một trong 2 vật chịu tác động của lực kéo → F hợp với phương ngang góc a = 30 0 . Hai vật có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang góc a = 30 0 Hệ số ma sát giữa vật và bàn là 0,268. Biết rằng dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là 10 N. Tính lực kéo lớn nhất để dây không đứt. Lấy 3 = 1,732. Bài giải: Vật 1 có : →→→→→→ =++++ 11ms1111 amFTFNP Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 30 0 − T 1 − F 1ms = m 1 a 1 Chiếu xuống Oy : Fsin 30 0 − P 1 + N 1 = 0 Và F 1ms = k N 1 = Rèn luyện ý thức bảo vệ môi trường cho Học sinh lớp 10 thông qua “ Nguyên tắc hoạt động động nhiệt máy lạnh” – Vật lí 10 Nâng cao A.ĐẶT VẤN ĐỀ I LỜI MỞ ĐẦU Trong chục năm trở lại phát triển kinh tế ạt tác động cách mạng khoa học kĩ thuật gia tăng dân số nhanh làm cho môi trường bị biến đổi chưa thấy Môi trường lâm vào khủng hoảng , trở thành nguy thực sống đại tồn vong xã hội tương lai : nguồn tài nguyên Trái Đất có nguy bị cạn kiệt, môi trường sinh thái bị ô nhiễm suy thoái nghiêm trọng Để bảo vê nôi sinh thành mình, người phải thực hàng loạt vấn đề, có vấn đề giáo dục môi trường Cũng thế, ngày mùng tháng hàng năm trở thành “Ngày môi trường giới” Ở nước ta ngày 15/11/2004 Bộ trị nghị 41/NQ/ TƯ bảo vệ môi trường thời kì đẩy mạnh công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nghị xác định: “Bảo vệ môi trường vấn đề sống nhân loại; yếu tố bảo đảm sức khỏe chất lượng sống nhân dân, góp phần quan trọng vào việc phát triển kinh tế - xã hội, ổn định trị, an ninh quốc gia thúc đẩy hội nhập kinh tế quốc tế nước ta” Một giải pháp hàng đầu, là: Thường xuyên giáo dục, tuyên truyền, xây dựng thói quen, nếp sống phong trào quần chúng, bảo vệ môi trường Việc GDMT nhà trường phổ thông trình nhận thức giúp em hiểu biết thiên nhiên môi trường, từ giáo dục cho em ý thức quan tâm thường xuyên đến môi trường, hình thành em lòng yêu thích tôn trọng thiên nhiên, bảo vệ môi trường sống, phong cảnh đẹp, di tích văn hoá lịch sử đất nước Hình thành niềm đam mê môn học, hăng say tìm tòi khám phá định hướng tìm lời giải cho toán môi trường tương lai II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thực trạng Ở bậc THPT, môn học có vị trí khác vấn đề thực GDMT Có nhiều môn học thuận lợi đối tượng môn nghiên cứu liên quan nhiều đến vấn đề môi trường sinh thái như: Sinh học, Địa lí, Hoá học, Giáo dục công dân Đối với môn Vật lí, vấn đề GDMT đề cập đến chủ đề nghiên cứu riêng môi trường sinh thái, song tìm hội đưa vấn đề GDMT vào nội dung học nhiều kiến thức Vật lí, khái niệm Vật lí, ứng dụng Vật lí có liên hệ với môi trường Nhiều trình hóa học, sinh học, chịu tác động yếu tố Vật lý Có thể nêu lên số vấn đề môi trường dang quan tâm có liên quan trực tiếp tới trình vật lý sau: + Các tác nhân ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sức khoẻ người: khói bụi, chất phóng xạ, ô nhiễm ánh sáng, ô nhiễm tiếng ồn… Các thiết bị vật dụng có chứa đựng chất ảnh hưởng đến môi trường: Pin thuỷ ngân, chất frêon… Vật lí THPT - Nguyễn Thị Hồng – THPT Hậu Lộc – Hậu Lộc Rèn luyện ý thức bảo vệ môi trường cho Học sinh lớp 10 thông qua “ Nguyên tắc hoạt động động nhiệt máy lạnh” – Vật lí 10 Nâng cao + Các trình Vật lí liên quan đến suy giảm tài nguyên: Hiện tượng mao dẫn, bào mòn dòng chảy + Các nguyên nhân Vật lí hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, tượng băng tan, nước biển dâng cao… + Tiết kiệm lượng biện pháp hữu hiệu góp phần bảo vệ môi trường, nội dung mà ... động nhiệt: • Mỗi động nhiệt có phận chính: * Nguồn nóng * Nguồn lạnh * Tác nhân a) Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Nguồn nóng T1 Tác nhân cấu động nhiệt Q1 A Q2 Nguồn lạnh T2 Tác nhân nhận nhiệt. .. học" , người đưa khái niệm Hiệu suất Carnot, Định lý Carnot, động nhiệt Carnot, lĩnh vực khác Ông thường gọi tên Sadi • Động nhiệt thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công a) Nguyên tắc hoạt động. .. động động nhiệt: • Một ví dụ đơn giản: Để nâng vật nặng M từ vị trí lên vị trí ta dùng động nhiệt thiết kế vận hành sau: vị trí vị trí M M M M Đến khí thực chu trình a) Nguyên tắc hoạt động động