Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh lớp 10 trường THPT thọ xuân 5 tiếp cận bài toán nguyên lí i nhiệt động lực học qua các đẳng quá trình và phương trình cla pê rôn men đê lê ép

MỤC LỤC Trang Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận 2.2 Thực trạng vấn đề 2.3 Các giải pháp 2.3.1 Các công thức thức rút gọn mối liên hệ 2.3.2 Các hệ rút từ mối liên hệ 2.3.3 Phương pháp giải cụ thể 2.3.4 Vận dụng 2.3.4.1 Dạng 1: Dạng tốn tìm nhiệt lương khí tỏa thu vào, nhiệt lượng mà khối khí trao đổi với ngoại vật hiệu suất chu trình 2.3.4.2 Dạng 2: Dạng tốn tính cơng sinh chu trình chuyển đổi đồ thị từ hệ VOT sang hệ POV 7 13 2.3.5 Bài tập vận dụng 14 2.4 Hiệu 15 2.4.1 Hiệu hoạt động giáo dục nhà trường 15 2.4.2 Đối với thân, đồng nghiệp nhà trường 15 Kết luận, kiến nghị 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Kiến nghị 16 1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Vật lí mơn học tự nhiên trừu tượng khó Phần khó vật lí tập, tập vật lí đa dạng Lượng tập sách giáo khoa sách tập vật lí chưa đủ đáp ứng với nhu cầu tuyển sinh thi học sinh giỏi học sinh Trong đề thi THPTQG HSG gần đề thi thường có số câu hỏi khó mà hoc sinh vận dụng cơng thức SGK khơng thể làm Cụ thể: Ở SGK lớp 10 bản, Bài 33: Các nguyên lí nhiệt động lực học Bài tốn cho số mol khí thay đổi trạng thái theo đẳng q trình u cầu tìm nhiệt lượng khí hấp thụ hay tỏa tốn tìm nhiệt lượng mà khối khí trao đổi với ngoại vật chu trình bao nhiêu, tính hiệu suất chu trình? Đây tốn khó đề thi gần để đạt - 10 điểm kỳ thi THPTQG điều trở ngại lớn mà em cần phải vượt qua Học sinh gặp dạng toán kì thi gần thường hay lúng túng, dẫn đến việc thụ động làm loại tập hiệu không cao, nhiều thời gian không đáp ứng với đề thi trắc nghiệm năm gần Ở viết này, chia hướng dẫn, công thức cần thiết mẹo giải nhanh để em giải dạng toán “xương xẩu” qua toán áp dụng ngun lí I vào đẳng q trình Sáng kiến đề cập đến tập điển hình liên quan đến tìm nhiệt lượng cách chuyển đổi từ đồ thị VOT sang POV để tính cơng thơng qua đẳng q trình, ngồi cịn có hệ thống tập nâng cao, cho kỳ thi trước tập “hóc búa” khác liệt kê hướng dẫn giải chi tiết sáng kiến Qua kinh nghiệm giảng dạy mình, tơi nhận thấy em nắm chất vấn đề, phân dạng cụ thể tập chắn cảm thấy hứng thú say mê giải tập vật lí với hiệu cao Hơn hình thức thi trắc nghiệm yêu cầu cần giải nhanh tìm kết xác tốn đạt điểm cao kì thi Vì q trình dạy học tơi thấy cần thiết phải làm cho học sinh hiểu đúng, giải nhanh, hiệu Đó lí tơi chọn đề tài “Kinh nghiệm hướng dẫn học sinh lớp 10 trường THPT Thọ Xuân tiếp cận tốn ngun lí I nhiệt động lực học qua đẳng trình phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lê ép” 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích SKKN nhằm giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức vật lí, nắm rõ chất vật lí Giúp em có hệ thống tập có phương pháp giải tập 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Học sinh trường THPT Thọ Xuân + Các dạng tập tính nhiệt lượng tỏa ra, thu vào, nhiệt dung đẳng tích, đẳng áp, hệ số đoạn nhiệt, độ biến thiên nội năng, hiệu suất chu trình, cách chuyển đổi đồ thị từ VOT sang POV để tính cơng sinh chu trình 1.4 Phương pháp nghiên cứu Các dạng tập nguyên lí I cho đẳng trình biến đổi trạng thái chương trình Vật lý 10 bản, nâng cao tài liệu tham khảo dành cho học sinh ôn thi đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh Trong SKKN, sử dụng phương pháp chủ yếu nghiên cứu lý luận tập vật lí, nghiên cứu tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến nội dung sáng kiến 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm + Đã thiết lập thêm công thức tính cơng đẳng q trình, nhiệt dung đẳng áp đẳng tích khai triển từ tài liệu [1] Ôn tập nhiệt học lớp học vui.com –Trên YouTube Từ áp dụng cho tốn dạng trang trang NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận Việc tìm phương pháp giải phân dạng tập vật lý cho học sinh nhà trường giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức cần thiết chương trình, củng cố hệ thống lí thuyết theo ý đồ người viết, đồng thời làm bật ý nghĩa thực tế dạy dễ nâng cao trình độ kiến thức cho học sinh, giúp em linh hoạt sống xử lí tình Học sinh có kỹ vận dụng kiến thức giải tập vật lý thước đo độ sâu kiến thức mà học sinh thu nhận Trong thực tế trường học, người giáo viên có trình bày nội dung lý thuyết sách giáo khoa tài liệu nâng cao cách mạch lạc, hợp lơgic, phát biểu định luật xác, điều kiện cần, chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu kiến thức Điều kiện đủ phải cho học sinh phương pháp giải tập, biết phân loại tập, nắm chất vật lý, vận dụng lý thuyết thành thạo để giải tập, phải luyện cho học sinh kĩ giải 2.2 Thực trạng vấn đề Với kiến thức lí thuyết mà sách giáo khoa đưa hướng dẫn giáo viên lớp học sinh khó vận dụng để giải nhanh toán trắc nghiệm liên quan Vì q trình dạy học tơi hướng dẫn học sinh thiết lập mối liên hệ giá trị tính cơng q trình đẳng tích, đẳng nhiệt, đẳng áp, đoạn nhiệt giá trị C v , C p (đưa công thức rút gọn) từ suy luận kết liên đới cách nhanh chóng xác giúp học sinh tiết kiệm thời gian trình làm đạt kết tốt trình học tập học sinh Trong năm học 2018-2019, dạy lớp 10A3 lớp thuộc ban KHTN nhà trường Kết kiểm tra bồi dưỡng theo lớp lần thống kê sau: Câu hỏi Câu hỏi tính cơng chu trình Tổng số (1 câu) HS lớp (40) Số học sinh tham gia kiểm tra 40/40 Số học sinh làm 2/40 Tỷ lệ 5% 2.3 Các giải pháp Với kết thực tế cụ thể vậy, thấy để đạt hiệu cao trình dạy trình học học sinh tơi đưa số giải pháp sau: - Các công thức rút gọn mối liên hệ - Các hệ rút từ mối liên hệ - Phương pháp giải cụ thể - Vận dụng mối liên hệ, hệ phương pháp giải cụ thể vào dạng tập cụ thể 2.3.1 Các công thức thức rút gọn mối liên hệ Adang −nhiet , Adang −tich , Adăăg −ap , Ađoan −nhiêt + Nội chất khí: Nội năng lượng bên chất kh U = Wđ + Wt = f (T , V ) Đối với khí lí tưởng nội phụ thuộc vào nhiệt độ U = f (T ) n : Số mol U = nC v T với C v :nhiệt dung đẳng tích T :Nhiệt độ đơn vị (K) Suy ra: ∆U = nC v (T2 − T1 ) = nC v ∆T + Nguyên lí I nhiệt động lực học: ∆U = A + Q = − A ' + Q = U − U với A = − p∆V = − p(V2 − V1 ) cơng mà khí nhận A ' = p∆V = p (V2 − V1 ) cơng khí thực Quy ước dấu: Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng từ vật khác.Đơn vị: J Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng từ vật khác Đơn vị: J A > 0: Vật nhận công từ vật khác Đơn vị: J A < 0: Vật thực công lên vật khác Đơn vị: J A ,12  nên khí sinh cơng Đơn vị: J A ,12  nên khí nhận cơng Đơn vị: J ∆U : Là độ biến thiên nội U : Là nội sau Đơn vị: J U : Là nội đầu Đơn vị: J + Áp dụng nguyên lí I cho đẳng trình biến đổi trạng thái *Quá trình đẳng nhiệt: T = const ⇒ PV = const V P ' Và : ∆U = ⇒ Q = nRT ln V = nRT ln P = − A = A Chú ý: nRT = P1V1 = P2V2 Chứng minh: P dA = pdv P1 V2 Với A = S(1,2, V2 ,V1 )= ∫ pdv V1 p= V2 nRT nRT ⇒ A= ∫ dv = nRT ln V V V V1 = nRT (ln V2 − ln V1 ) ⇒ A = nRT ln ⇒ Q = nRT ln V2 V1 V2 V1 P2 V1 V V2 V2 P = nRT ln = − A = A ' V1 P2 Từ đồ thị hình vẽ trình từ đến nhiệt độ không đổi: T1 = T2 ⇒ V ↑⇒ P ↓ , ∆U = A ,12  nên trình giản nở đẳng nhệt sinh công nên Q = A '12 >0 nhận nhiệt lương Quá trình từ đến trình nén đẳng nhiệt, nhiệt độ không đổi T1 = T2 ⇒ V ↓⇒ P ↑ ∆U = A ,12  , thể tích khí giảm nên khí nhận cơng Do khí tỏa nhiệt.tức Q , = −Q >0 *Q trình đẳng tích: Q trình đến suy V1 = V2 ⇒ V = const ⇒ tỉ lệ thuận với T, nhìn vào đồ thị ta thấy P ↓⇒ T ↓⇒ ∆U < Và A, = p ∆U = nC v ∆T = nC v (T2 − T1 ) P = const ⇒ P T Q = A , + ∆U = ∆U = nC v ∆T < p2 Nhìn vào đồ thị ta thấy trình từ đến q , trình làm lạnh đẳng tích Q  ⇒ Q = −Q > tỏa nhiệt Quá trình từ đến trình làm nóng đẳng tích p Suy P ↑⇒ T ↑⇒ ∆U ↑⇒ Q = ∆U > Suy Q>0 khí nhận nhiệt lượng * Q trình đẳng áp: P=const ⇒ V = const T p2 = p1 V V1 V2 V A , = Fx = psx = p∆V = p (V2 − V1 ) ∆U = nC v ∆T = nC v ∆T = nC v (T2 − T1 ) Q = A , + ∆U = PV2 − PV1 + nCV ∆T Q = nRT2 − nRT1 + nC v ∆(T2 − T1 ) = n(T2 − T1 )( R + C v ) Đặt C p + R ⇒ Q = nC p ∆T = nC p (T2 − T1 ) Nhìn vào đồ thị ta thấy trình từ đến V = h / s ⇒ V tỉ lệ thuận với T T V ↑⇒ T ↑⇒ ∆U ↑⇒ A = − P∆V < sinh công ⇒ Q = ∆U − A > sinh công suy A12 > vật nhận nhiệt lượng Nếu từ trình nén đẳng áp A12 < vật tỏa nhiệt trình giản nở đẳng áp P1 = P2 ⇒ *Q trình đoạn nhiệt: Có Q = (khơng nhận nhiệt ,khơng trao đổi nhiệt bên ngồi) - Phương trình: PV γ const ; ( nRT γ ) = const ⇒ TV γ −1 = h / s , γ hệ số đoạn nhiệt V P1V1 γ −1 ∆U − nC v ∆T = nC v (T2 − T1 ) A, = Q = ⇒ ∆U + A , = iR Chú ý: γ = (i + 2) R Cv Cp = Cp Cv = i bậc tự chất khí i=3 (là khí đơn nguyên tử :Ar;He;Ne) i=5(là khí lưỡng nguyên tử : H O ; O2 ; CO ) i=6( khí đa nguyên tử: CO2 ; NO2 ) + Q trình đoạn nhiệt (khơng có trao đổi nhiệt với hệ): ∆U = A = − A + Trong chu trình ∆U = Q = − A = A, [1] P (kPa ) + Chú ý cơng thức tính cơng chu trình theo hình vẽ bên ta có: A B C V (m ) Cách 1: ( PA −PC )(VB −VC ) Cách 2: Ta biết chu trình thì: ∆U = A = diện tích tam giác CAB : A = Có A , chutrinh = A , AC + A , CB + A, BA = + ptb (VB − VC ) + PA (V A − VB ) = ( PB + PC ) (VB − VC ) + PA (V A − VB ) [2] * Hiệu suất: Là tỉ số công mà khí thực bên ngồi nhiệt lượng nguồn nóng: H= A Q1 − Q = 100% [3] Q1 Q1 - Chú ý nhiệt lượng lấy giá tri dương: * Phương trình Cla-pê-rơn-Men-đe-lê-ép PV m PV ⇒ = RT µ RT Chú ý: nRT = P1V1 = P2V2 = P3V3 = n= m: khối lượng (g) µ : khối lượng nguyên tử ,phân tử (g/mol) P:Áp suất (Pa-N/m) V: thể tích ( m ) T: Nhiệt độ(K-ken vin) R=8,31(J/mol.K) 2.3.2 Các hệ rút từ mối liên hệ Từ nguyên lí thứ ta suy số hệ sau: a, Đối với hệ cô lập (A=Q=0) ∆U = hay U=const Vậy: Nội hệ cô lập đại lượng bảo tồn - Xét hệ lập gồm hai vật trao đỏi nhiệt với nhau: gọi Q1 ,Q2 nhiệt lượng mà chúng nhận thì: Q = Q1 + Q2 = ⇒ Q1 = −Q2 - Nếu Q1 〈0 (vật tỏa nhiệt) Q2 〉 (Vật thu nhiệt) ngược lại - Vậy hệ cô lập gồm hai vật trao đổi nhiệt, nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng mà vật thu vào b, hệ biến đổi theo chu trình Hệ máy làm việc tuần hồn, nghĩa biến đổi theo q trình kín hay chu trình Sau dãy biến đổi hệ trở trạng thái ban đầu Như sau chu trình ∆U = suy A=-Q Vậy: Trong chu trình, cơng mà hệ nhận có giá trị nhiệt hệ tỏa bên ngồi, hay cơng hệ sinh có giá trị nhiệt mà hệ nhận vào từ bên 2.3.3 Phương pháp cụ thể Trong cách giải tốn ngun lí I nhiệt động lực học vào đẳng trình cần nắm rõ ba bước sau: Bước 1: Xác định tốt công thức A, Q, ∆U , H đẳng trình chu trình Bước 2: Chuyển đổi tốt hệ tọa độ POT sang hệ tọa độ POV tính cơng đề yêu cầu Bước 3: Thiết lập phương trình liên hệ, giải tìm nghiệm 2.3.4 Vận dụng 2.3.4.1.Dạng 1: Dạng tốn tìm nhiệt lương khí tỏa thu vào, nhiệt lượng mà khối khí trao đổi với ngoại vật hiệu suất chu trình: Ví dụ 1: Khối lượng m=40g khí neeon ( µ = 20) nhiệt độ 28 C, thể tích ban đầu lít Nén đẳng nhiệt, cơng lực ngồi 680J Thể tích giảm lần Nếu làm nóng đẳng áp để thể tích tăng lên cũ Nhiệt lượng khí tỏa nhiệt lượng khí hấp thụ là: 15nRT0 J 15nRT0 , J = −Q = −680 J Qthu = 15nRT0 , = −Q = 680 J Qthu = − J 15nRT0 , J [1] = −Q = −680 J Qthu = − A Q , toa = −Q = 680 J Q , thu = B Q , toa , C Qtoa , D Qtoa Hướng dẫn: Đối với toán em cân nắm công thức nhiệt dung đẳng áp Q = nC p ∆T nắm trình đẳng áp (định luật Gay-Luy-Sắc), q trình đẳng nhiệt (định luật Bơi-Lơ-Ma-Ri-Ốt) cơng thức độ biến thiên nội năng: Độ biến thiên nội vật : ∆U = A + Q (1) m V0 mà V0 = 6l T0 = 301K , n = µ = 2(mol ) * Vì trình 1-2 trình đẳng nhiệt suy T1 = T2 = T0 Áp dụng trình đẳng nhiệt PV = P0V0 ⇒ P = 4P0 Giả thiết đề cho V = Nhìn vào đồ thị ta thấy V ↓⇒ P ↑⇒ A = 680J>0 Khi nhiệt độ không đổi suy ∆U = ⇒ Q = − A = −680 J ⇒ Q , = −Q = 680 J * Vì trình 2-3 trình đẳng áp P2 = P3 = 4P0 Vì trình đẳng áp V tỉ lệ thuận với T V ↑⇒ T ↑ p V3 V VT = ⇒T3 = = 4T0 T3 T V 5nR.3T0 15nRT0 = 2 nRT0 P3 = P2 = P0 = V0 Và Q = nC p ∆T = n R(T3 − T0 ) = Từ hình vẽ ta có p2=4p0 3 p0 3V ⇒ A , = P3 ∆V = P3 = 3nRT0 V2=V V1=V0 3 ∆U = nCv ∆T = nR (T3 −T0 ) = nR.3T0 2 Thay A , ∆U vào công thức: nRT 15 nRT 0 ⇒ Q = ∆U + A, = 3nRT0 + = 2 Q = ∆U + A, v Suy ra: Đáp án A Ví dụ 2: Một lượng khí lí tưởng biến đổi trạng thái theo chu trình ABCA (hình vẽ 2.1) Nhiệt lượng mà khối khí trao đổi với ngoại vật chu trình ? A 2kJ B 6kJ C 4kJ D 8kJ P(KP A Hình vẽ 2.1 B C V A(m ) Hướng dẫn: Với tốn cần xác định cơng chu trình, độ biến thiên nội chu trinh áp dụng độ biến thiên nội Vậy nhiệt lượng mà khối khí trao đổi với ngoại vật chu trình là: A Q = A , = J B Q = A , = J C Q = A , = J D Q = A , = J 2 Cách 1: A = diện tích tam giác CAB và: A = ( PA − PC )(VB − VC ) = (3 − 1)(6 − 2) = J Cách 2: Ta biết chu trình thì: ∆U = Có : A, chutrinh = A, AC + A, AB + A, BC = + p (V2 − V1 ) + Ptb (V1 − V2 ) = + 3(6 − 2) + ( p3 + p1 ) ( − 6) = J Áp dụng công thức ∆U = Q − A, (1) Vì ∆U = nên từ (1) suy ra: Q = A , = 4kJ Suy ra: Đáp án C Ví dụ 3: Một mol khí thay đổi trạng thái theo trình 1-2-3 (Hình vẽ 3) Nội mol khí xác định theo biểu thức U = cT với c số Giá trị V1 ,V2 , p1 p biết Nhiệt lượng mà khí hấp thụ q trình p   R  A Q = (V 2−V1 )  +  p1 +   c 2   p   c  B Q = (V 2−V1 )  +  p1 +    R  p   c  C Q = (V 1−V2 )  +  p1 +    R  p   R  D Q = (V 1−V2 )  +  p1 +    C  p p2 p1 v v1 v2 (Hình vẽ 3) Hướng dẫn: Với tốn cho đồ thị pov ta cần xác định trạng thái trạng thái thơng qua phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lê-ép, tính cơng suất trung bình đoạn 1-2 Từ tìm A , = ptb (V2 − V1 ) kết hợp với công thức Q = ∆U + A , suy Q: U = cT1 U = cT3 ⇒ ∆U = c(T3 − T1 ) - Phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lê-ép viết cho mol khí trạng thái trạng thái 3: P1V1 = RT1 (1) P1V2 = RT3 (2) Công A , khối khí thực q trình 1-2: A , = ptb (V2 − V1 ) Vì 1-2 đoạn p1 + p 2 thẳng nên p tỉ lệ với V Do ptb = Vậy A , = ( p + p1 ) V2 − V1 cp Rút T1 từ (1) T3 từ (2) thay vào biểu thức ∆U = c(T3 − T1 ) ta được: ∆U = (V2 − V1 ) R Thay biểu thức A ∆U vào Q = ∆U + A ta được: , p   c  Q = (V 2−V1 )  +  p1 +  Suy ra: Đáp án B 2  R  Ví dụ : Một xylanh đặt thẳng đứng, bịt kín hai đầu, chia làm hai phần pittông nặng cách nhiệt Cả hai bên pittông chứa lượng khí lý tưởng Ban đầu nhiệt độ khí hai phần thể tích phần khí pittơng gấp lần thể tích khí phần pittông Bỏ qua ma sát pittông xylanh Nếu nhiệt độ khí phần pittơng giữ khơng đổi thể tích khí phần pittơng gấp lần thể tích khí phần pittơng.Tìm nhiệt lượng mà khí ngăn nhận được, coi khí đơn nguyên tử Tính kết theo P1 V1 áp suất thể tích ban đầu khí ngăn   , A Q = A + Q =  + ln  P1V1   , B Q = A + Q =  + ln  P1V1   , C Q = A + Q =  + ln  P1V1   , D Q = A + Q =  + ln  P1V1 2 2  5 7    Hướng dẫn: Đây tốn khó u cầu em đọc ki đề ngồi kiến thức phương trình Cla-pê-rơn-Men –đê-lê-ép ,độ biến thiên nội năng, cần phải nắm phương trình cân pít tơng: Lượng khí phần xylanh nên: ' ' ' ' PV P V P V P V m R = 1 = 2 = 1 = 2 µ T1 T1 T1 T2 Vì V1 = 2V2 nên P2 = 2P1  Mg = P1S T2 P2' =2 ' Theo giả thiết: V = V / , suy ra: T1 P1 ' ' V1' P1’ V1, P1 (1) Phương trình cân pittơng: V2, P2 ' ' (P2 − P1 )S = Mg = (P2 − P1 )S  P2' = P1' + P1 V2’, P2’ (2) Từ phương trình trạng thái phần pittông: ’ P1V1 = P V1 ’ ' P2' V1' V1 → P1 = P1 suy ra: ' = 1+ P1 V1 V1 ' (3) 10 V1' = ; Do: V1+V2 = V +V2 ; ⇒ V1 ’ ’ P2' Thay vào (3) ta được: ' = 1+ = P1 2 T2 P2' = ' = ⇒ T2 = 3T1 Thay vào (1) ta có kết quả: T1 P1 Nhiệt lượng mà khí ngăn nhận dùng để tăng nội sinh công - Độ tăng nội khí: ΔU = nR ( T2 − T1 ) = 3nRT1 = 3P1V1 - Công mà khí sinh dùng để tăng pittơng sinh cơng cho khí ngăn V1 P1V1 7  , A , = A1 + A2 = Mgh + P1V1ln V ' = + P1V1 ln  Q = A + Q =  + ln  P1V1 Suy 2  ra: Đáp án A Ví dụ 5: Một khối khí lí tưởng đơn nguyên tử biến đổi theo chu trình hình vẽ Hiệu suất chu trình A.5,7% B.6,7% C.7,7% D.8,7% Hướng dẫn: Cơng khối khí chu trình: P A = 1 (2 P0 − P0 )(2V0 − V0 ) = P0V0 2 + Q trình 1-2 đẳng tích: A=0, áp suất tăng Suy T tăng Q12 = ∆U 12 = P0V0 > + Quá trình 2-3 đẳng áp: 2 p0 , Q23 = ∆U 23 + A23 = P0V0 + 3P0V0 = P0V0 13 P0V0 P0V0 A H= = = 7,7% Q1 13 P0V0 12 V Q1 = Q12 + Q23 = + Hiệu suất: Suy ra: Đáp án C V V V Ví dụ 6: Một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử thực chu trình kín mà đường biểu diễn đồ thị (P,V) hình vẽ Trong 1-2 phương trình đẳng áp; 2-3 phương trình đẳng tích; 3-1 áp suất phụ thuộc tuyến tính vào thể tích (đoạn thẳng) T1 = T3 = 300 K ,V2 = 5V1 P3 = P1 Nhiệt lượng mà khí nhận phần chu trình mà nhiệt độ tăng vµ hiƯu st cđa chu tr×nh 1-2-3 15 RT1 ; H = 12% B Q12 = RT1 ; H = 21% 15 13 C Q12 = RT1 ; H = 12% D Q12 = RT1 ; H = 21% 13 A Q12 = Hướng dẫn: 11 - Nhiệt độ khí tăng q trình 1-2 phần q tình 3-1, ta tính nhiệt lượng mà khí nhận phần - Gọi Q12 nhiệt lượng mà hệ nhận trình đẳng áp 1-2 chuyển từ nhiệt độ T1 → T2 , V T V P 2 ta có: Q12 = C p (T2 − T1 ) mà T = V = 1 5R 15 ⇒ Q12 = RT1 C p = * Hoặc tính ∆U 12 = Q12 + A12 V V V 5V (T2 − T1 ) + ( − V1 ) 2 3P V 3P V 3P V 15 P1V1 9 ⇒ Q12 = R ( T1 − T1 ) + 1 = RT1 + 1 = P1V1 + 1 = 2 4 Q12 = ∆U 12 − A12 = nC v (T2 − T1 ) − [ − P (V2 − V1 )] = V - Xét trình 3-1, phương trình đường thẳng hệ tọa độ (P,V) qua hai điểm 1, ta có: P − P1 P − P3 = ⇒ ( P − P1 )(V − V3 ) = ( P − P3 )(V − V1 ) V − V1 V − V3 P1 − P3 P V − P1V3 V+ V1 − V3 V1 − V3 5V1 P1 Với: P3 = P1 ;V3 = V1 = ⇒ P = − 5V V + P1 (1) P1 P1 Mà: PV = RT ⇒ T = − 5V R V + 5R V (2) 5V Khảo sát biến đổi T V giảm từ V3 = đến V1 , ta thấy: 5V1 + Khi V= V2 = V3 = 5P V P1V1 P1V1 P1 25V12 P1 5V1 T = T2 = − + =− 1 + = = T1 V1 R R R R R PV Suy ra: T2 = T1 = 1 = 300 K R 5V1 7V + Khi V giảm từ đến V4 = T tăng từ T3 = T1 đến T4 49 (2) ⇒ T4 = T1 40 + Khi V tiếp tục giảm từ V4 đến V1 T giảm từ T4 đến T1 , lúc (1) ⇒ P4 = P1 10 P= Vậy nhiệt độ khối khí tăng đoạn 3-4 vËt giảm đoạn 4-1 - Gọi Q34 nhiệt lượng mà khí nhận q trình 3-4: Q34 = ∆U 43 + A34 (3) 12 Với: + ∆U 34 = C v (T4 − T1 ) = R(T4 − T1 ) = + A34 = ( P3 + P4 )(V4 − V3 ) = − 27 RT1 80 33 RT1 80 27 33 − ) RT1 = − RT1 < Vậy khí tỏa nhiệt trình 3-4 80 80 40 A - Hiệu suất trình: H = Q Trong : A = diện tích tam giác 123 và: A = ( P1 − P3 )(V3 − V1 ) = RT1 20 Hoặc A , chutrinh = A ,12 + A , 23 + A , 31 = RT1 20 Từ (3) ⇒ Q34 = ( RT1 ( P1 − P3 )(V3 − V1 ) A 20 H = = = = 12% Suy ra: 15 15 Q12 RT1 RT1 4 Suy ra: Đáp án A Ví dụ 7: Cho mét mol khí lí tởng đơn nguyên tử biến đổi theo chu trình thuận nghịch đợc biểu diễn đồ thị nh hình 3; đoạn thẳng 1- có đờng kéo dài qua gốc toạ độ trình - đoạn p nhiệt Biết: T1= 300K; p2 = 3p1; V4 = 4V1 Nhiệt độ T2, T3, T4 hiƯu st cđa p 2 chu tr×nh A T2 = 2500 K ; T3 = 2229 K ; T4 = 1200 K ; H ≈ 21% p3 0 B.B T2 = 2600 K ; T3 = 2229 K ; T4 = 1200 K ; H ≈ 21% p1 C T2 = 2400 K ; T3 = 2229 K ; T4 = 1200 K ; H ≈ 21% V D T2 = 2700 K ; T3 = 2229 K ; T4 = 1200 K ; H ≈ 21% O V2 V4 V1 Hướng dẫn: p p p 2 * Quá trình - : V = V ⇒ V2 = V1 p = 3V1 ; 1 T2 = T1 p2V2 = 9T1 = 2700 K p1 V * Quá trình 2-3: V P3 = P2   V3 γ   = P2   4  V  T3 = T2    V3  γ −1 5/3 ≈ 0,619 P2 = 1,875P1 (ThayV3 = V4 ) 2/3  3 = T2   = 0,825T2 = 7,43T1 = 2229 K  4 V4 * Quá trình - 1: T4 = T1 V = 4T1 = 1200 K ∆ U = C * Quá trình 1- 2: 12 v (T2 − T1 ) = 8C v T1 = 12 RT1 A12 = ( P2 + P1 )(V2 − V1 ) / = P1V1 = RT1 13 Q12 = ∆U 12 + A12 = 16RT1 * Quá trình 2-3: A23 = −∆U 23 = −C v (T3 − T2 ) = 2,355RT1 * Quá trình 3- 4: ∆U 34 = C v (T4 − T3 ) = −5,145RT1 ; A34 = Q34 = ∆U 34 + A34 = −5,145RT1 * Quá trình 4- 1: ∆U 4−1 = C v (T1 − T4 ) = −4.5RT1 A4−1 = P1 (V1 − V4 ) = −3P1V1 = −3RT1 ; Q23 =0 Q4 −1 = ∆U 4−1 + A4−1 = −7,5 RT1 A = A1−2 + A2−3 + A3− + A4−1 = RT1 + 2,355 RT1 − 3RT1 = 3,355 RT1 * Nhiệt lượng khí nhận là: Q = Q1−2 = 16RT1 A * Hiệu suất: H = Q = 20,97% ≈ 21% Suy ra: Đáp án D 1− 2.3.4.2.Dạng 2:Dạng toán tính cơng sinh chu trình chuyển V(l) đổi đồ thị từ hệ VOT sang hệ POV Ví dụ 8: Một mol khí lí tưởng thực chu trình V3 1-2-3-1 (như hình vẽ 5.1.) Biết T1 = 300K; V1 T3 = 675K; V3 = 5lít; R = 8,31J/mol.K; điểm nằm Parabol có đỉnh tọa độ Vậy cơng sinh chu trình là: T(K) T2 T3 O T1 A A ≈ 312( J ) B A ≈ 213( J ) Hình cho câu vẽ ≈ 231 ( J 5.1 ) C A ≈ 321( J ) D Ahình Hướng dẫn: ë trạng thái 3: P RT3 = 11,22.10 N / m V3 Vì T1= V12 T3= V32 nªn: V1 T 300 = = = V3 T3 675 P3 = Suy V1 = 10 l ; P1 = P23 P1 RT1 = 7,48 105 N/m2 V1 O V1 V3 V - Phơng trình đoạn 1-3 hệ tọa ®é (P,V) nh sau: Tõ P.V=RT=R α V2 Suy P=R V nên đoạn 1-3 hệ (P,V) đoạn thẳng i qua gúc ta Cỏch 1: ACT = A12 + A23 + A31 = + P3 (V3 − V1 ) + ( P1 + P3 )(V1 − V3 ) ≈ 312.( J ) Cách 2: C«ng sinh : A = ( P3 − P1 )(V3 − V1 ) ≈ 312( J ) Suy ra: Đáp án A Ví dụ 9: Một khối lượng khí thực chu trình biến đổi đồ thị hình Cho biết t1 ,V1 , t ,V3 Ở điều kiện chuẩn khí tích V0 Cơng khí thực sau chu trình biến đổi là: 14 PV T T PV T T , 0 A A = T (V − V )(V3 − V1 ) , 0 C A = T (V − V )(V3 − V1 ) Hướng dẫn: PV T T PV T T , 0 B A = T (V − V )(V1 − V3 ) , 0 D A = T (V − V )(V3 − V1 ) v P = const T V P = const ⇒ = const T V = const ⇒ V3 Vậy công khí sau chu trình là: Cách 1: A , = S1234 = ( P2 − P1 )(V4 − V1 ) (1) V1 P0V0 PV PV T PV = 2 = 3 ⇒ P1 = 0 (2) T0 T2 T3 T0V1 P P0V0T3 P = P = P = ( atm ) Và V T (3), Ở điều kiện chuẩn Thay P1 P2 vào ta có: P2 PV T T A , = S1234 = ( P2 − P1 )(V4 − V1 ) = 0 ( − )(V3 − V1 ) T0 V3 V1 Có: T P1 Cách 2: , A, CT = A,12 + A, 23 + A, 34 + A41 = + P2 (V4 − V1 ) + P1 (V1 − V4 ) = V4 ( P2 − P1 ) − V1 ( P2 − P1 ) = ( P2 − P1 )(V3 − V1 ) = P V PV T 0 T3 ( − )(V3 − V1 ) T0 V3 V1 Suy ra: Đáp án D 2.3.5 Bài tập vận dụng Câu Nhờ nhận nhiệt mà 6,5g khí hiđrơ 27 C giản nở đẳng áp gấp đôi thể tích ban đầu Biết nhiệt dung riêng đẳng áp khí hiđrơ c p = 14,3.10 J / kg.K Cơng khối khí thực độ biến thiên nội khối khí A A , = 7102 J ; ∆U = 19783J B A, = 8102 J ; ∆U = 18783J P C A, = 8102 J ; ∆U = 19783J D A , = 7102 J ; ∆U = 19783J Câu Một khối khí lí tưởng đơn nguyên tử biến đổi theo chu trình hình vẽ bên Hiệu suất chu trình A.5,7% C 7,2% B.6,7% D 7,7% 4p0 2pV0 V V theoV chu trình Câu Cho mol khí lí tưởng đơn nguyên tử biến đổi thuận nghịch biểu diễn đồ thị hình 3; đoạn thẳng 1- có 15 đường kéo dài qua gốc toạ độ trình - đoạn nhiệt Biết: T1= 300K; p2 = 3p1; V4 = 4V1 Công khí thực sau chu trình là: A 4,435 RT1 B 3,543 RT1 C 4,3455 RT1 D 3,355 RT1 2.4 Hiệu 2.4.1 Hiệu hoạt ng giỏo dc ca nh trng: - Trong trình d¹y häc sinh tơi thử nghiệm phương pháp sáng kiến lớp 10 trường THPT Thọ Xn Trong tơi áp dụng sáng kiến theo cách trình bày Kết cho thấy: Đa số học sinh hứng thú với nội dung dạy, quan trọng hình thành cho học sinh số kỹ nhận thức, xử lí thơng tin, định, tìm kiếm hỗ trợ Từ đó, điều chỉnh hành vi để trở nên học sinh khiêm tốn biết xử lí tình cách linh hoạt Nhưng thấy quan trọng đa số em bắt đầu hình thành lối tư nhìn nhận vấn đề cách đa chiều, toàn diện Điều thể rõ viết nguyên lí I nhiệt động lực học vào đẳng q trình phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lê-ép + Ở nhóm 1, không áp dụng sáng kiến này, thấy, em học sinh hứng thứ với nội dung học, cách tư học sinh vấn đề sống, học mơn học khác khơng tồn diện Nhất là, thực hành, em khơng có cách nhìn toàn diện, đánh giá đa chiều vấn đề nêu + Kết kiểm tra lần theo lối tư duy, xử lí tình thực tiễn 40 học sinh lớp 10A3 lý hai phương pháp thăm dò ý kiến học sinh học lớp sau: Tổng số HS lớp (40) Tỉ lệ khá, giỏi Tỉ lệ TB Thăm dị học Tỉ lệ yếu, Thích, Hiểu Bình Khơng dễ nhớ thường hứng thú 20 HS (Nhóm khơng áp dụng SK) 6/20 12/20 2/20 3/20 4/20 10/20 3/20 20 HS (Nhóm 14/20 áp dụng SK) 6/20 8/20 12/20 0 - Đánh giá: Kết chưa cao điều cho thấy em có hứng thú với phương pháp hiệu phương pháp, thân giáo viên đạt mục tiêu vừa giảng dạy tốn ngun lí I nhiệt động lực học vào đẳng trình phương trình Cla-pê-rôn-Men-đê-lê-ép, vừa lồng ghép giáo dục kỹ sống, vừa liên hệ mở rộng định hướng lối tư cho 16 học sinh Hơn hết, hình thành học sinh bước đầu kỹ để xử lí tình thực tiễn sống 2.4.2 Đối với thân, đồng nghiệp nhà trường: - Bản thân tơi nhận thấy đúc rút sáng kiến hữu ích việc phân dạng, lựa chọn phương pháp cách thiết lập công thức Adang − nhiet , Adang − tich , Adăăg − ap , Ađoan− nhiêt cho học sinh, bước đầu hình thành kỹ cho học sinh trường THPT Thọ Xuân 5, cách nhìn nhận, đánh giá em vấn đề thực tiễn - Với đồng nghiệp nhà trường, sáng kiến trình bày, thực nghiệm trước tổ số giáo viên cốt cán khác nhà trường Kết quả, đồng chí đánh giá cao sáng tạo phương pháp cách thiết lập công thức: Adang − nhiet , Adang −tich , Adăăg − ap , Ađoan−nhiêt mục đích giáo dục hiệu sau tiết dạy - Với nhà trường: Tôi tích cực áp dụng sáng kiến cho lớp dạy tiếp tục rút kinh nghiệm cho năm để hoàn thiện sáng kiến áp dụng phổ biến nhà trường Tuy nhiên, hiệu ban đầu thấy được, sáng kiến tơi giúp đồng nghiệp có thêm phương pháp, cách tiếp cận khác việc tìm hiểu tốn ngun lí I nhiệt động lực học vào đẳng q trình phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lê-ép KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Với kết đạt trình dạy học phần nguyên lí I nhiệt động lực học vào đẳng q trình phương trình Cla-pê-rơn-Men-đê-lêép, tơi thấy việc hướng dẫn giúp học sinh hiểu vận dụng giá trị tính cơng q trình đẳng tích, đẳng nhiệt, đẳng áp, đoạn nhiệt giá trị C v , C p cần thiết góp phần nâng cao hiệu việc dạy học đồng thời giúp học sinh đạt kết cao kì thi kì thi THPTQG Thực tế q trình dạy học tơi thấy hiệu việc kết nhà trường nghi nhận 3.2 Kiến nghị Sở GD ĐT cần quan tâm việc xây dựng chuyên đề, đề tài khoa học sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu môn học, đầu tư sở vật chất nhiều cho trường thiết bị dạy học để thuận tiện cho việc nghiên cứu khoa học giáo viên, giúp người giáo viên nâng cao kiến thức nâng cao chất lượng dạy 17 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng năm 2020 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người cam kết Mai Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giải nguyên lí I lớp học vui -Trên YouTube [2] Bài tập chọn lọc vật lí 10 Đồn Ngọc Căn - Đặng Thanh Hải - Vũ Đình Tuy-Trịnh Thị Hải Yến - Nhà xuất Giáo Dục [3] Phân loại phương pháp giải nhanh tập Vật lí 10 - Nhà xuất Quốc gia Hà Nội [4] Ôn tập nhiệt học olympic 30-4 thầy - Tiến Trung - Trên YouTube [5] Sách giáo khoa Vật lí 10 nâng cao [6] Đề thi học sinh giỏi năm: - Đề thi học sinh giỏi Vĩnh Phúc năm: 2012-2013 - Đề thi học sinh giỏi Chuyên Vĩnh Phúc năm: 2011- 2012 - Đề thi học sinh giỏi Quãng Bình năm: 2012-2013 [7] Phương pháp giả tập vật lí theo chủ đề Phạm Đức Cường - Lê Thế Nhiên-Thân Thanh Sang - Nguyễn Vũ Hải Đăng Nhà xuất Quốc gia Hà Nội [8] Đề thi tạp chí Vật lí tuổi trẻ [9] Tài liệu từ Internet 18 19 ... nghiệm hướng dẫn học sinh lớp 10 trường THPT Thọ Xn tiếp cận tốn ngun lí I nhiệt động lực học qua đẳng trình phương trình Cla- pê- rơn -Men- đê- lê ép? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích SKKN nhằm giúp... V? ?i kết đạt trình dạy học phần nguyên lí I nhiệt động lực học vào đẳng q trình phương trình Cla- pê- rơn -Men- đê- lê? ?p, t? ?i thấy việc hướng dẫn giúp học sinh hiểu vận dụng giá trị tính cơng q trình. .. được, sáng kiến t? ?i giúp đồng nghiệp có thêm phương pháp, cách tiếp cận khác việc tìm hiểu tốn ngun lí I nhiệt động lực học vào đẳng q trình phương trình Cla- pê- rơn -Men- đê- lê- ép KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ