Kỹ năng áp dụng nguyên lý i nhiệt động lực học giải bài toán tích hợp cơ nhiệt trong bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HOÀNG LỆ KHA -ššššš - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KỸ NĂNG ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC GIẢI BÀI TỐN TÍCH HỢP CƠ - NHIỆT TRONG BỒI DƯỠNG HSG CẤP THPT ĐẠT HIỆU QUẢ Người thực hiện: Nguyễn Tố Hữu Chức vụ: Tổ phó chun mơn SKKN thuộc mơn: Vật lý THANH HĨA, NĂM 2018 MỤC LỤC Mục A I II III IV B I II III C Nội dung Trang Mở đầu Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung SKKN Thực trạng vấn đề trước áp dụng SKKN Cơ sở lý luận SKKN Sự cần thiết đề tài 5 NỘI DUNG SKKN PHẦN 1: TRÌNH BÀY CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PHẦN 2: HƯỚNG DẪN HS KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP Kết luận, Kiến nghị Kết luận Kiến nghị Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 16 16 17 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” A MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đảng ta quan niệm “ Hiền tài nguyên khí quốc gia” coi trọng việc bồi dưỡng nhân tài cho đất nước Bộ giáo dục đào tạo có chủ trương công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Đó tiếp tục trọng xây dựng hệ thống trường chun cách hồn thiện hơn, khuyến khích tôn vinh học sinh xuất sắc đạt thành tích cao Vận dụng cách dạy học phân hố vào bồi dưỡng học sinh giỏi: Các trường chuyên xây dựng phân phối chương trình riêng phù hợp với khả tiếp thu học sinh Các em học sinh có khiếu học với chương trình có tốc độ cao học sinh bình thường… Trong q trình giảng dạy bồi dưỡng mơn vật lý cho học sinh giỏi, mục tiêu người dạy giúp việc học tập kiến thức lý thuyết, hiểu vận dụng lý thuyết chung vật lý vào lĩnh vực cụ thể, lĩnh vực việc giải tập vật lý Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Bài tập vật lý có vai trị đặc biệt quan trọng q trình nhận thức phát triển lực tư học sinh, giúp cho học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỷ năng, kỷ xảo, ứng dụng vật lý vào thực tiển, phát triển tư sáng tạo Đối với việc bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lý THPT tỉnh Thanh Hóa giai đoạn phần Nhiệt học ln có mặt đề thi HSG từ cấp trường, cấp tỉnh trở lên Đây mảng kiến thức quan trọng chương trình vật lý phổ thơng Với mục đích giúp em học sinh đội tuyển ôn thi học sinh giỏi cấp THPT hiểu sâu sắc giải tốt tập phần Nhiệt học để tham gia tốt kỳ thi học sinh giỏi từ cấp tỉnh, mạnh dạn chọn đề tài: “Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu phương pháp dạy học, kiểm tra, đánh giá theo định hướng phát triển lực - Nghiên cứu lực chuyên biệt đặc thù môn Vật lý cần phát triển học sinh nói chung đối tượng học sinh giỏi nói riêng - Xây dựng hệ thống tập biên soạn theo tinh thần phát triển lực chuyên biệt cho đối tượng học sinh giỏi để làm tài liệu giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi làm đề thi chọn học sinh giỏi kỳ thi cấp trường, cấp tỉnh III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Học sinh giỏi lớp 10, 11, 12 cấp trường, cấp tỉnh, cấp Quốc gia - Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trường, cấp tỉnh, cấp Quốc gia - Sách giáo khoa, sách tập, tài liệu tham khảo môn Vật lý THPT IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải toán tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” - Phương pháp Lý thuyết: + Nghiên cứu sở lý luận, hệ thống lý thuyết phương pháp dạy học kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển lực người học theo yêu cầu Bộ GD&ĐT giai đoạn + Nghiên cứu chương trình kỳ thi học sinh giỏi, chương trình sách giáo khoa, sách tập, tài liệu tham khảo, sở thực tiễn phương pháp - Phương pháp điều tra: Khảo sát đề thi học sinh giỏi trường, tỉnh để tìm hiểu mức độ phù hợp với yêu cầu dạy học kiểm tra đánh giá theo hướng phát triển lực học sinh giai đoạn - Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến đồng nghiệp, chuyên viên chuyên gia giàu kinh nghiệm B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SKKN Môn vật lý trường phổ thông môn học khó, khơng có giảng phương pháp hợp lý phù hợp với hệ học trò dễ làm cho học sinh thụ động việc tiếp thu, cảm nhận Đã có tượng số phận học sinh khơng muốn học vật lí, ngày lạnh nhạt với giá trị thực tiễn vật lí Nhiều giáo viên chưa quan tâm mức đối tượng giáo dục: Chưa đặt cho nhiệm vụ trách nhiệm nghiên cứu, tượng dùng đồng loạt cách dạy, giảng cho nhiều lớp, nhiều hệ học trị khơng Do phương pháp có tiến mà người giáo viên trở thành người cảm nhận, truyền thụ tri thức chiều Giáo viên nên người hướng dẫn học sinh chủ động q trình lĩnh hội tri thức vật lí Hiện chưa có hệ thống tập biên soạn để sử dụng phổ biến nhằm phát triển lực chuyên biệt cho người học mơn nói chung mơn Vật lý nói riêng Hệ thực trạng Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Hầu hết, học sinh chưa có phương pháp giải rõ ràng giải loại tập tích hợp Cơ - Nhiệt Hoặc có làm làm cách máy móc mà chưa nắm chất vấn đề Khi biến đổi vài kiện toán để chuyển thành toán khác học sinh lại gặp phải nhiều lúng túng Trong thực tế giảng dạy, người giáo viên biết phần tập Nhiệt chưa trọng nhiều, khơng phải loại tập khó học sinh bị lúng túng thiếu kỹ giải Tất luận luận điểm cho thấy cần thiết người giáo viên giảng dạy là: phải soạn riêng hệ thống tập với phân dạng cụ thể kèm theo phương pháp giải cho loại tập khác Có giúp học sinh nắm vững kiến thức vật lý tự lực giải nhiệm vụ người học sinh II CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SKKN Sự cần thiết đề tài: Từ năm học 2016-2017 Sở GD&ĐT Thanh Hóa có thay đổi lớn kỳ thi HSG cấp tỉnh: - Học sinh lớp 12 không tham gia kỳ thi HSG cấp tỉnh em tập trung cho kỳ thi THPT QG - Đối tượng tham gia kỳ thi HSG cấp tỉnh HS lớp 11 lớp 10 (nếu HS có khả năng) - Chương trình nội dung thi thuộc kiến thức lớp 11 lớp 10 - Phần Nhiệt học nội dung kiến thức có đề thi mơn Vật lý Với lý đó, tập Vật lý cần phải biên soạn theo yêu cầu để phục vụ cho công tác giảng dạy người giáo viên nhiệm vụ học tập người học sinh Trong thời gian qua, Sở GD&ĐT tổ chức tập huấn cho giáo viên THPT toàn tỉnh chuyên đề Bồi dưỡng HSG Đề tài đời vừa để thực Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” việc kết hợp chuyên đề tập huấn, vừa để thực thi yêu cầu đổi nghiệp giáo dục nước nhà giai đoạn III NỘI DUNG SKKN PHẦN 1: TRÌNH BÀY CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU [7] Phương trình trạng thái Phương trình Claperon - Mendeleep (phương trình C - M): pV  m RT ; R: số khí R 8,31J / mol.K  pV  Với lượng khí xác định ( m,  const ): const T Nguyên lí thứ nhiệt động lực học (nguyên lý I) * Công thức nguyên lí I: U Q  A U U  U : Độ biến thiên nội hệ ( U >0: nội tăng; U vật nhận nhiệt lượng; Q < vật truyền nhiệt lượng + Nếu A > vật nhận cơng; A < vật thực cơng * Cơng: Cơng A’ mà hệ sinh q trình đẳng áp: A'  p(V2  V1 ) V2 Công A’ mà hệ sinh trình cân bất kì: A'  pdV V1 Có thể xác định A’ đồ thị  Công mà hệ nhận được: A  A' * Nhiệt lượng: Q + Nếu truyền nhiệt lượng Q cho hệ làm nhiệt độ hệ tăng lên dT tỉ số C  dT gọi nhiệt dung hệ + C C1mol ; + C mc ; C1mol: nhiệt dung mol c: nhiệt dung riêng + Nhiệt dung phụ thuộc trình biến đổi hệ, nhiệt dung mol đẳng áp C p khác với nhiệt dung mol đẳng tích CV Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” * Một số kỹ hiểu cần bồi dưỡng cho học sinh: - Bản chất Nguyên lí thứ nhiệt động lực học định luật bảo tồn chuyển hóa lượng áp dụng cho tượng nhiệt - Nội năng: lượng nội khối khí Bao gồm động chuyển động hỗn độn phân tử khí tương tác chúng Với khí lý tưởng bỏ qua tương tác - Nhiệt lượng: Lượng nhiệt = lượng dạng nhiệt - Cơng: Do lực học thực q trình dịch chuyển, liên quan đến thay đổi tăng, giảm thể tích khối khí Có quan hệ với lượng học - Trong vấn đề nghiên cứu tích hợp Cơ - Nhiệt thấy: Nhiệt lượng Q đặc trưng cho phạm trù Nhiệt học; Công A đặc trưng cho phạm trù Cơ học * Ứng dụng nguyên lý I: - Độ biến thiên nội năng: Độ biến thiên nội chất khí nhiệt độ thay đổi từ T1 đến T2: + Áp dụng nguyên lí I cho q trình đẳng tích : U CV (T2  T1 ) ; i CV  R + Áp dụng ngun lí I cho q trình đẳng áp : U C P (T2  T1 ) ; Trong đó: C p  CV R  C p CV  R + Quá trình đoạn nhiệt cân bằng: pV  const ;   V = const A=0 Q  CV m T  P = const A = P.V Q m C T  P Cp CV  i 2 i T = const Q=0 A V m RT ln  V1 Đoạn nhiệt Q=0 i m A = U   RT Đối với khí lý Đối với khí lý Đối với khí lý Khi đó: tưởng tưởng tưởng : U P.V   const CV  i R CP  i2 R Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa = nên V m Q  A  RT ln  V1 T P 1   const T V  1  const SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” i2 C Với   i  CP V A P2V2  PV 1  1 - Áp suất tồn phần nhiều chất khí gây : P  P1  P2   Pn - Động trung bình phân tử khối khí : Wd  KT  N T A - Nội khối khí lý tưởng : U   RT 3 R i m Chú thích : + i: bậc tự nguyên tử (khí đơn nguyên tử i = 3, khí hai nguyên tử i = khí ba nguyên tử trở lên i = 6) R 23 số Boltzmann + K  N  1,38.10 J / �o� A + NA = 6,023 10-23 hạt / mol số Avogadro + R số khí lý tưởng: R 8,31J / mol.K Trong trường hợp tổng quát: A V2 � V1 T m m dT  c(T2  T1) PdV Q  c�  T1  Áp dụng nguyên lí I cho chu trình: * Chu trình trình mà trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu Chu trình cân biểu diễn đồ thị đường cong khép kín Lượng khí biến đổi theo chu trình gọi tác nhân * Theo ngun lí I: U Q  A Q  A' mà chu trình U 0  Q  A' : Tổng đại số nhiệt lượng nhận Q = tổng đại số công sinh A’ Công A’ mà tác nhân sinh có độ lớn diện tích bao quanh đường biểu diễn chu trình hệ (p,V), có dấu (+) chu trình diễn biến theo chiều kim đồng hồ đường biểu diễn ngược lại PHẦN 2: HƯỚNG DẪN HỌC SINH KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Bài 1: [6] Một bóng đá khối lượng 800 g , đường kính 22cm bơm căng đến áp suất 2atm Tính nhiệt độ khí bóng lúc tiếp đất sau bóng rơi thẳng đứng từ độ cao 25m Cho vỏ bóng hoàn toàn mềm cách nhiệt Nhiệt độ ban đầu bóng 27 C Bỏ qua sức cản khơng khí Nhiệt dung mol đẳng tích khơng khí CV 2,5R R 8,31J / mol.K ; g 10m / s ; 1atm 105 Pa * Định hướng kỹ tư duy: Khi bóng tiếp đất bị bẹp, khí bóng bị nén đẳng tích đoạn nhiệt * Hướng dẫn giải: š4 d 3š p.šš  šš Số mol khí bóng: š pV   š 0,447 mol RT RT Khi bóng tiếp đất, bị bẹp, khí bóng bị nén đẳng tích đoạn nhiệt Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học: A U mgh Cv T  T  mgh 21,5( K ) C v Vậy Tsau 321,5( K ) hay 48,50 C Bài : [7] Hai xi lanh cách nhiệt giống hệt nối với ống cách nhiệt có kích thước nhỏ, ống nối có lắp van K Lúc đầu K đóng Trong xi lanh 1, pit-tông khối lượng M, chứa lượng khí lý tưởng đơn ngun tử có khối lượng mol µ, nhiệt độ T0 Trong xi lanh có pit-tơng K khối lượng m = M/2 khơng chứa khí Phần pit-tông hai xi lanh chân khơng Sau van K mở để khí từ xilanh tràn qua xi lanh Xác định nhiệt độ khí sau khí Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” cân bằng, biết phần pit-tơng xi lanh cịn khoảng trống Cho νµ/M = 0,1, với ν số mol khí; ma sát pit-tông xi lanh nhỏ Hướng dẫn giải: Khi K mở, tồn lượng khí chuyển qua xi lanh Kí hiệu: H0 – độ cao cột khí bình K chưa mở; H T – độ cao nhiệt độ cột khí xi lanh K mở khí cân Áp dụng nguyên lí thứ nhiệt động lực học có:  g  R(T  T0 )  MgH  mgH  (H  H ) 2 Trước K mở, xi lanh 1: P0  Mg  ;V0  H S  MgH0 = νRT0  gH  RT0 S M Sau K mở khí cân bằng, xi lanh 2: gH  Vậy:  R(T  T0 )   R (T0  T )   RT m    ( RT0  RT ) M m  M  0,98T Hay: T  T0 52 1 5M 1 Bài [3] Một xi lanh cách nhiệt nằm ngang chia thành hai phần nhờ pit-tông mỏng dẫn nhiệt Pit-tông nối với thành đầu xi lanh lị xo nhẹ Ở hai bên pit-tơng có ν mol khí lí tưởng đơn ngun tử Xi lanh có chiều dài 2ℓ, chiều dài lị xo lúc chưa dãn ℓ/2 Ở trạng thái ban đầu lò xo bị dãn đoạn X nhiệt độ khí hai phần xi lanh T Sau đó, người ta đục lỗ nhỏ qua thành pit-tông Xác định độ biến thiên nhiệt độ khí xi lanh ΔT sau khí xi lanh cân Bỏ qua nhiệt lượng hấp thụ xilanh, pit-tơng, lị xo ma sát pit-tông xi lanh Hướng dẫn giải: Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Ở trạng thái đầu, lực đàn hồi lò so cân với lực tác động lên pit-tông gây độ chênh lệch áp suất hai bên pit-tông � �  RT � 1 � �k   � � x �l  x 3l  x � �2 �  RT  RT    kx 3l l (  x) (  x) 2 Sau pit-tông thủng, áp suất hai bên pit-tơng cân bằng, độ dãn lị xo khơng Tồn lượng từ đàn hồi dự trữ lò xo biến thành kx  2vRT 2 nội khí, nên: Vậy: � � kx x � 1 � 2x l  2x T   �  T T � 6 R �l  x 3l  x � (l  x)(3l  x) �2 � Bài 4: [7] Một xilanh đặt cố định nằm ngang Xilanh chia làm hai phần pittông Phần xilanh bên trái chứa mol khí lí tưởng đơn nguyên tử Phần bên phải xilanh chân khơng, phần có lị xo gắn vào pittông thành xi lanh Ban đầu pittơng giữ vị trí lị xo khơng biến dạng, khí có áp suất p1 , nhiệt độ T1 Sau đó, thả pittơng Bỏ qua lực ma sát Sau thời gian chuyển động, pittông nằm n vị trí cân Lúc đó, khí có áp suất p , nhiệt độ T2 cịn thể tích tăng gấp đơi so với ban đầu Cho biết xi lanh cách nhiệt với mơi trường ngồi; nhiệt dung xi lanh, pittơng lị xo nhỏ, bỏ qua Hãy tính áp suất p nhiệt độ T2 Hướng dẫn giải: Áp dụng nguyên lí I cho mol khí: Q U  A' (1) Với U CV (T2  T1 ) ; A'  kx 2 Trạng thái cuối mol khí: p 2V2 RT2 (2)  p 2 Sx RT2 Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa 10 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải toán tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Khi pit tông vị trí cân bằng: kx  p2 S  Vậy A'  RT2 2x RT2 Từ (1) có CV (T2  T1 )  RT2 0  T2  T1 Trạng thái đầu mol khí p1V1 RT1  p1 V2 RT1 (3) Từ (2) (3) suy ra: p2  p1 Bài 5: [4] m M Trong xilanh cách nhiệt dài nằm ngang có M V2 V1 nhốt mol khí lí tưởng đơn ngun tử có khối lượng m nhờ hai pittơng cách nhiệt có khối lượng M chuyển động khơng ma sát xilanh Lúc đầu hai pittông đứng yên, nhiệt độ khí xilanh T o Truyền cho hai pittông vận tốc v1, v2 chiều (v1=3vo, v2=vo) Tìm nhiệt độ cực đại mà khí xilanh đạt được, biết bên ngồi chân khơng Hướng dẫn giải: - Đối với pittông (1): lực tác dụng vào pittông theo phương ngang lực đẩy F ngược chiều v1 nên pittông (1) chuyển động chậm dần - Đối với pittông (2): tương tự, lực đẩy F chiều v2 nên pittông (2) chuyển động nhanh dần - Trong q trình hai pittơng chuyển động, khối khí nhốt xi lanh chuyển động theo - Chọn hệ quy chiếu gắn với pittông (2), vận tốc pittông (1) pittông (2) là: v12 v1  v2  pittơng (1) chuyển động phía m M F1 M V1 (1) V2 F2 (2) pittông (2) chậm dần dừng lại lúc to, sau t>to pittơng (1) chuyển động xa dần với pittơng (2) khí lại giãn nở Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 11 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” - Gọi G khối tâm khối khí xi lanh lúc tto: khí bị giãn, G chuyển động xa dần pittông (2) Vậy nhiệt độ t o vG=0  hai pittơng khối khí chuyển động vận tốc v - Định luật bảo tồn động lượng ta có: M3vo+Mvo=(2M+m)v v=4Mvo/(2M+m) - Động hệ lúc đầu: Wđ1= M (v12  v22 ) 5Mvo2 - Động hệ lúc to là: Wđ2= (2M  m)v  Độ biến thiên động năng: W=Wđ2-Wđ1= i Mvo2 (2 M  5m) 2M  m 3 - Nội khí: U  nRT  nRT  U  nRT  nR(Tmax  To ) - Vì U=W nên Tmax Mvo2 (2 M  5m) To  (do n=1) 3R 2M  m Bài 6: [7] Một xi lanh kín hình trụ đặt thẳng đứng, bên có mộtpit tơng nặng, trượt khơng ma sát Pittông đáy xi lanh nối với lị xo, khoảng có chứa n 2mol khí lí tưởng đơn nguyên tử thể tích V1 , nhiệt độ T1 27 C Phía chân khơng Ban đầu lị xo trạng thái khơng biến dạng Sau đó, truyền cho khí nhiệt lượng Q thể tích khí lúc V1 , nhiệt độ T2 147 C Cho thành xi lanh cách nhiệt, mát nhiệt không đáng kể R 8,31( J / mol.K ) , CV  R Tìm nhiệt lượng Q truyền cho khí Hướng dẫn giải: Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa 12 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Gọi m, S, k khối lượng, tiết diện pit tơng, độ cứng lị xo Các trạng thái khí lúc đầu lúc sau (p1, V1, T1) (p2, V2, T2) Sau truyền cho khí nhiệt lượng pit tơng dịch chuyển lên đoạn x V V V2  V1 1  x  S S  V1 3xS hay x  V1 3S Xét cân pit tơng, có p1  mg mg  kx  kx ( p  p1 ) S ; p2  S S Cơng mà khí thực được: 1 1 A' mgx  kx  p1V1  ( p  p1 )V1 R( T1  T2 ) 6 Độ biến thiên nội khí U  R (T2  T1 ) 13 Có Q  A'U R( T2  T1 ) 4695,15( J ) Bài 7: [9] Trong xi lanh thẳng đứng, thành cách nhiệt, có hai B pittơng: pittơng A nhẹ (trọng lượng bỏ qua) dẫn nhiệt, pittơng B nặng cách nhiệt A Hai pittông đáy xilanh tạo thành hai ngăn, ngăn chứa mol khí lí tưởng lưỡng ngun tử có chiều cao h 0,5m Ban đầu, hệ trạng thái cân nhiệt Làm cho khí nóng lên thật chậm cách cho khí (qua đáy dưới) nhiệt lượng Q 100 J Pittơng A có ma sát với thành bình khơng chuyển động, Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 13 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” pittông B chuyển động khơng ma sát với thành bình Tính lực ma sát tác dụng lên pittông A Hướng dẫn giải: Gọi nhiệt độ ban đầu hệ T0 , nhiệt độ sau T1 Áp suất ban đầu khí hai ngăn p0 Khí ngăn nóng đẳng áp từ nhiệt độ T0 đến nhiệt độ T1 , thể tích tăng từ V0 T1 đến V1 V0 T , cơng A mà khí sinh A  p0 (V1  V0 )  p0V0 ( T1  1) R (T1  T0 ) T0 T Khí ngăn nóng đẳng tích từ T đến T1 , áp suất tăng từ p0 đến p1  p0 T Áp dụng nguyên lí I: Q  A  U Mà U 2CV (T1  T0 ) 5R(T1  T0 ) Vậy Q 6 R(T1  T0 ) Lực ma sát tác dụng lên pit tông A šT šV F ( p1  p0 ) S  p0 šš  1šš R (T1  T0 ) h š T0 š h  F Q 100  N 6h Bài 8: [5] Một xi lanh nằm ngang, bên có pittơng ngăn xi lanh làm hai phần: Phần bên trái chứa khí lí tưởng đơn nguyên tử, phần bên phải chân khơng Hai lị xo k1 , k gắn vào pittơng đáy xi lanh hình vẽ Lúc đầu, pittơng giữ vị trí mà hai lị xo chưa bị biến dạng, trạng thái khí A k1 Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa k2 B 14 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải toán tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” lúc ( P1 ,V1 , T1 ) Giải phóng pittơng pittơng vị trí cân bằng, trạng thái khí ( P2 , V2 , T2 ) với V2 3V1 Bỏ qua lực ma sát Xilanh, pittông lò xo cách nhiệt P2 T2 Hãy tính P T 1 Hướng dẫn giải: Khi pit tông VTCB, độ biến dạng lò xo x V2  V1 2V1  S S Có x  p S  k1 x k x  p  (k1  k ) x ( k  k )V 2 2 (1) S S Áp dụng phương trình trạng thái T2 p p 2V2 p1V1 p pV p     1  T1 p1 T2 T1 T2 T1V2 3T1 Hệ không trao đổi nhiệt: Q U  A 0 (2)  A  U 2(k1  k )V12 1 š 2V1 š A  ( k  k ) x  ( k  k )  mà š 2 š 2 S2 š S š 3 U  R(T2  T1 )  ( p2V2  p1V1 )  (3 p2  p1 )V1 2  2(k1  k )V12  ( p1  p )V1 S2  2(k1  k )V1  ( p1  p2 ) S (3) p2 3 Thế (1) vào (3)  p2  p1  p2  p 11 2 T (2)  T 11 C KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 15 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” Sau thực đề tài, thấy nội dung đề tài khẳng định số vấn đề sau: * Việc phân loại đưa phương pháp giải toán phần Nhiệt học nhằm phát triển nâng cao lực tư cho học sinh, rèn luyện kỹ vận dụng giải tập vật lý cho đối tượng học sinh giỏi cần thiết, cấp thiết tất yếu giai đoạn * Đề tài tạo nhìn thông suốt Nhiệt học cho học sinh, đồng thời học sinh khơng gặp phải khó khăn giải tốn nhiệt * Đề tài sử dụng kỳ thi học sinh giỏi THPT cấp * Đề tài làm tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên giảng dạy vật lý học sinh THPT thực nhiệm vụ bồi dưỡng, ôn thi học sinh giỏi * Dựa sở đề tài, giáo viên sáng tác hệ thống tập dạng tập tương tự theo chủ ý KIẾN NGHỊ: Qua thực tiễn ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi, chúng tơi thấy: * Nếu học sinh có kiến thức tốt, có tố chất thơng minh mà khơng bồi dưỡng nâng cao tốt hiệu khơng có hiệu Đồng thời giáo viên phải tự soạn thảo chương trình bồi dưỡng cách hợp lý, khoa học, sáng tạo Ngoài giáo viên cần tập cho em có phương pháp tự học, tự đọc tự nghiên cứu tài liệu nhà * Việc chủ động tự soạn thảo chương trình bồi dưỡng (hệ thống kiến thức tập với phân dạng cụ thể kèm theo phương pháp giải cho loại tập khác nhau) việc làm quan trọng cần thiết người giáo viên việc đào tạo, bồi dưỡng học sinh giỏi trường phổ thông * Nên tổ chức hội thảo, chuyên đề giao lưu cho giáo viên dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý để giáo viên có điều kiện học tập, trao đổi kinh nghiệm, thảo luận để tìm phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi hiệu Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 16 SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học giải tốn tích hợp Cơ - Nhiệt bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu quả” XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 15 tháng 05 năm 2018 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Nguyễn Tố Hữu -ššššš - Nguyễn Tố Hữu – THPT Hoàng Lệ Kha – Thanh Hóa 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo khoa Vật lí - NXB Giáo dục [2] Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý THPT Tác giả PGS-TS Vũ Thanh Khiết [3] Bài tập Vật lý phân tử nhiệt học – dùng cho lớp A chuyên Vật lý – Dương Trọng Bái, Đàm Trung Đồn – NXB Giáo dục 2001 [4] Chuyên đề bồi dưỡng HSG Vật lý THPT, tập 4: Nhiệt học Vật lý phân tử Phạm Quý Tư – NXB Giáo dục 2002 [5]Tuyển tập toán & nâng cao Vật lí trung học phổ thơngTác giả: Vũ Thanh Khiết NXB ĐHQG Hà nội [6] Các toán vật lý chọn lọc Tác giả PGS-TS Vũ Thanh Khiết [7] Hội thảo khoa học trường THPT chuyên khu vực Duyên hải - Đồng Bắc Bộ [8] Tạp chí vật lý tuổi trẻ [9] Tuyển tập tập vật lý nâng cao Tác giả PGS-TS Vũ Thanh - Nguyễn Thế Khôi Phụ lục SKKN:“Xây dựng hệ thống tập phát triển lực chuyên biệt bồi dưỡng chuyên đề Dịng điện xoay chiều cho học sinh giỏi mơn Vật lý trường THPT” DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đà ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Tố Hữu Chức vụ đơn vị cơng tác: Giáo viên trường THPT Hồng Lệ Kha Cấp đánh giá xếp loại Kết đánh giá xếp loại Năm học đánh giá xếp loại TT Tên đề tài SKKN Phương pháp giải toán mạch dao động điện từ bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu Cấp ngành B 2012-2013 Cách giải tốn Vật lí phương pháp vi tích phân bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT đạt hiệu Cấp ngành B 2013-2014 Xây dựng hệ thống tập phát triển lực chuyên biệt bồi dưỡng chuyên đề “Dòng điện xoay chiều” cho học sinh giỏi mơn Vật lí trường THPT Cấp ngành B Xây dựng hệ thống tập phát triển lực chuyên biệt bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lí trường THPT Cấp ngành B -ššššš - Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa 2014-2015 2015-2016 ... phần Nhiệt học để tham gia tốt kỳ thi học sinh gi? ?i từ cấp tỉnh, mạnh dạn chọn đề t? ?i: ? ?Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học gi? ?i tốn tích hợp Cơ - Nhiệt b? ?i dưỡng học sinh gi? ?i cấp THPT đạt. .. HỌC SINH KỸ NĂNG GI? ?I B? ?I TẬP Nguyễn Tố Hữu – THPT Hồng Lệ Kha – Thanh Hóa SKKN:“ Kỹ áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học gi? ?i tốn tích hợp Cơ - Nhiệt b? ?i dưỡng học sinh gi? ?i cấp THPT đạt hiệu. .. I Nhiệt động lực học gi? ?i tốn tích hợp Cơ - Nhiệt b? ?i dưỡng học sinh gi? ?i cấp THPT đạt hiệu quả? ?? Hầu hết, học sinh chưa có phương pháp gi? ?i rõ ràng gi? ?i lo? ?i tập tích hợp Cơ - Nhiệt Hoặc có làm