Một số phương pháp giải quyết các bài toán nhiệt học trong chương trình bồi dưỡng HSG THPT

MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 2.1 Mục đích yêu cầu 2.2 Phạm vi ứng dụng ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU PHẦN II: CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.2 Phương pháp thực III CÁCH THỰC HIỆN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan kiến thức phần nhiệt học 3 1.1 Các định luật về chất khí lí tưởng 1.2 Các nguyên lí nhiệt động lực học Phương pháp giải bài tập 2.1 Phương pháp giải bài tập định luật về chất khí lí tưởng 2.2 Phương pháp giải bài tập ngun lí nhiệt đợng lực học Bài tập vận dụng và minh họa 3.1 Bài tập phương trình trạng thái 3.2 Bài tập ngun lí I, II nhiệt đợng lực học 10 PHẦN III: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 19 19 BÀI HỌC KINH NGHIỆM 19 KIẾN NGHỊ 20 Trang PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình bời dưỡng HSG vật lý phở thông, Nhiệt học là một những nội dung quan trọng Nợi dung trình Chun phần Nhiệt học tập trung ở lớp 10, là lớp đầu cấp Vì vậy, phải hình thành chắc chắn cho em từ năm học này phương pháp học môn Chuyên của em mới bắt đầu hình thành Đó là một những khó khăn dạy phần này Ngoài ra, so với chương trình nâng cao, nợi dung chương trình Chuyên phần Nhiệt học có chênh lệch rất lớn, đòi hỏi em phải nắm được kiến thức toán học cao cấp và kiến thức vật lý rất sâu Để góp phần giúp học sinh tiếp cận và hướng dẫn em tự nghiên cứu sâu thêm phần Nhiệt học chương trình chun, tơi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Một số phương pháp giải quyết các bài toán Nhiệt học chương trình bồi dưỡng HSG THPT” MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Hệ thống hóa kiến thức chuyên sâu phần Nhiệt học Trình bày phương pháp đặc trưng giải qút bài tốn Nhiệt học chương trình bời dưỡng HSG Hướng dẫn HS giải quyết bài toán Nhiệt học thơng qua hệ thớng bài tập ví dụ và bài tập tự giải 2.2 Phạm vi áp dụng: Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Lý THPT ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp giải bài tập Nhiệt học Đối tượng thực nghiệm: Học sinh giỏi trường THPT Lê Lợi- Thọ Xuân Trang PHẦN II: CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ: Trong q trình giảng dạy bời dưỡng học sinh giỏi trường THPT Lê Lợi nhận thấy một số em học sinh hoc phần nhiệt Đặc biệt phần ngun lí nhiệt đợng lực học em học sinh lung túng gặp bài tập phần này nguyên nhân: - Trong phần bài tập này sách giáo rất - Thời lượng phân phới chương trình không được nhiều - Phần kiến thức nằm ngoài chương trình sách giáo khoa nhiều PHƯƠNG PHÁP: 2.1 Phương pháp nghiên cứu của đề tài - Tổng hợp kiến thức từ tài liệu bồi dưỡng HSG, đề thi HSG cấp tỉnh, HSG QG, kinh nghiệm giảng dạy của thân và đồng nghiệp - Dựa vào cơng trình nghiên cứu về tâm lý lứa t̉i của nhà khoa học - Dựa vào lý luận chung cho cấp học 2.2 Phương pháp thực hiện: - Dựa bài lý thuyết phần chất khí lớp 10 - Dựa tài liệu bồi dưỡng HSG III CÁCH THỰC HIỆN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan kiến thức phần nhiệt học 1.1 Các định luật về chất khí lí tưởng a Đới với mợt lượng khí khơng đởi, q trình biến đởi trạng thái của nó tn theo phương trình trạng thái khí lí tưởng: pV = const T b Từ phương trình trạng thái, chúng ta có thể suy định luật của đẳng trình: - Quá trình đẳng nhiệt (Định luật Bôi lơ – Ma ri ôt): pV = const - Q trình đẳng tích (Định ḷt Sac lơ): Trang p = const T - Quá trình đẳng áp (Định luật Gay – Luy săc): V = const T - Quá trình đoạn nhiệt: pV γ = const , đó γ = Cp CV là tỉ số nhiệt dung đẳng áp với nhiệt dung đẳng tích - Q trình đẳng dung (Nhiệt dung khơng đởi hay q trình đa biến): pV γ = const Trong đó γ = Cp − C CV − C c Đới với q trình biến đởi của khí lí tưởng đó khới lượng khí thay đởi, chúng ta cần áp dụng phương trình Clappayron – Mendeleev pV m = RT T M Trong đó m là khới lượng khí, M là khới lượng mol của chất khí đó; R là sớ chất khí Nếu p đo Pa, V đo m3 và T đo K R=8,31J/mol.K d Đới với hỗn hợp khí khơng phản ứng hóa học với chúng ta có đinh luật Dalton về áp suất toàn phần của hỗn hợp khí ptp = ∑ pi i e Dưới quan điểm thống kê chúng ta có mối liên hệ giữa áp śt và đợng trung bình của phân tử khí lí tưởng sau: p = n0 kT = n0 W đ Đây là phương trình của khí lí tưởng Đợng trung bình của mợt phân tử khí lí tưởng liên hệ với nhiệt độ tuyệt đối sau: Wđ = kT Trong hai công thức trên, k=R/N A=1,38.10-23J/K gọi là số Boltzmann; n là mật đợ phân tử khí (sớ phân tử khí mợt đơn vị thể tích) 1.2 Các nguyên lí nhiệt động lực học a Ngun lí I nhiệt đợng lực học Ngun lí I nhiệt đợng lực học thực chất là định luật bảo toàn và chuyển hóa Trang lượng áp dụng cho trình nhiệt Biểu thức nguyên lí I: Q = A + ∆U Trong đó: Q là nhiệt lượng truyền cho vật A là công vật thực ∆U là độ biến thiên nội của vật Khi áp dụng biểu thức Nguyên lí I ta cần chú ý đến qui ước dấu sau: Q >0 là vật nhận nhiệt, Q0 vật sinh công dương, A0 nội hệ tăng, ∆U 0, ngược lại A