Sáng kiến kinh nghiệm: Phân loại và phương pháp giải bài tập nhiệt Vật lý 10 về chất khí

Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và phương pháp giải bài tập nhiệt Vật lý 10 về chất khí nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dễ hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu đƣợc ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy,...giúp học sinh học tập môn Vật lý tốt hơn. Mời các bạn cùng tham khảo.

Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí SƠ LƢỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC  I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Nguyễn Đức Hào Sinh ngày 06 tháng 05 năm 1962 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: Ấp Sơn Hà – Xã Vĩnh Thanh – Nhơn Trạch - Đồng Nai Điện thoại: 061 3519314 Fax: E-mail: Chức vụ: Tổ trƣởng Lý Đơn vị cơng tác: Trƣờng THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị cao nhất: Đại Học - Năm nhận bằng: 1987 - Chuyên ngành đào tạo: Cử nhân Vật lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC: - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm: - Số năm công tác: 27 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây:  Phƣơng pháp bồi dƣỡng học sinh yếu môn Vật lý lớp 10  Phƣơng pháp giải Bài tập Vật lý 10 chuyển động Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Mục lục Trang A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN NHIỆT HỌC VỀ CHẤT I Những sở thuyết động học phân tử II Những định luật thực nghiệm phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng .6 III Nguyên lí thứ nhiệt động lực học PHẦN II: PHÂN LOẠI CHƢƠNG I: PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN III: PHƢƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ CHƢƠNG I: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH 11 A Phƣơng pháp .11 B Các tập cụ thể 12 CHƢƠNG II: BÀI TẬP ĐỊNH LƢỢNG 16 A Phƣơng pháp .16 B Các tập cụ thể 16 CHƢƠNG III: BÀI TẬP ĐỒ THỊ 27 PHẦN II: KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………… 32 PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ…………………………………………………… 33 Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí A – MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết tốt trình nhận thức cần phải biết đối chiếu khái niệm, định luật, mơ hình vật lý – sản phẩm trí tuệ ngƣời sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững đƣợc chất chúng; biết chúng đƣợc sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ thực khách quan nhƣ giới hạn phản ánh đến đâu Đối với học sinh trung học phổ thông, tập vật lý phƣơng tiện quan trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết học vào thực tiễn Việc giải tập vật lý giúp em ôn tập, cố, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải vấn đề thực tiễn Ngồi ra, cịn giúp em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tƣ nhƣ giúp em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức thân Bài tập vật lý giúp cho học sinh hiểu sâu sắc quy luật vật lý, hịên tƣợng vật lý, biết phân tích chúng ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn Trong nhiều trƣờng hợp, dù giáo viên có cố gắng trình bày tài liệu mạch lạc, hợp lôgic, phát biểu định nghĩa, định luật xác, làm thí nghiệm phƣơng pháp có kết điều kiện cần chƣa phải đủ để học sinh hiểu sâu sắc nắm vững kiến thức Chỉ có thơng qua tập hình thức hay hình thức khác, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành công tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc, hồn thiện biến thành vốn riêng học sinh Trong trình giải tình cụ thể tập đề ra, học sinh phải vận dụng thao tác tƣ nhƣ so sánh, phân tích, tổng hợp, khái qt hố v.v để tự lực tìm hiểu vấn đề… Vì thế, tập vật lý cịn phƣơng trình tốt để tƣ óc tƣởng tƣợng tính độc lập việc suy luận, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn Bài tập vật lý hình thức củng cố ơn tập, hệ thống hố kiến thức Khi làm tập học sinh phải nhớ lại kiến thức vừa học, phải đào sâu khía cạnh kiến thức phải tổng hợp nhiều kiến thức đề tài, chƣơng, phần chƣơng trình đứng mặt điều khiển hoạt động nhận thức mà nói, cịn phƣơng tiện kiểm tra kiến thức kỹ học sinh Trong phạm vi đề tài Tôi khảo sát tập vật lý Nhiệt học chất khí, Nguyên lý nhiệt động lực học ( chƣơng VI chƣơng VIII SGK vật lý 10 nâng cao) MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Việc nghiên cứu đề tài nhằm tìm cách để giải tập cách dể hiểu, bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ giải tốt tập, hiểu đƣợc ý nghĩa vật lý giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tƣ duy, giúp học sinh học tập môn Vật lý tốt Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: Các tập vật lý phân tử Nhiệt học chất khí lớp 10, Cơ sở nhiệt động lực học (chƣơng VI chƣơng VIII SGK Vật Lý 10 nâng cao) NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Phân loại đƣợc tập vật lý phân tử nhiệt học (Chƣơng VI & VIII) chƣơng trình Vật lý lớp 10 nâng cao Đề phƣơng pháp giải tập vật lý nói chung, phƣơng pháp giải loại tập vật lý theo phân loại, phƣơng pháp giải dạng tập cụ thể Vật lý phân tử nhiệt học (các tập bản, phổ biến mà học sinh lớp 10 thƣờng gặp ) PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Sử dụng kết hợp nhiều phƣơng pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp ĐĨNG GĨP CỦA ĐỀ TÀI: Đề tài hỗ trợ cho việc học tập giảng dạy môn vật lý lớp 10 nâng cao, làm tài liệu tham khảo cho học sinh đồng nghiệp Qua trình nghiên cứu đề tài giúp cho thân nâng cao nhận thức phân loại giải tập vật lý phân tử nhiệt học Đề tài: “ Phân loại phƣơng pháp giải tập Nhiệt Vật lý 10 chất khí ” chƣơng VI chƣơng VIII có nội dung gồm ba phần:  Tóm tắt lý thuyết vật lý phân tử nhiệt học  Phân loại dạng tập chƣơng VI VIII Vật lý lớp 10 nâng cao  Trình bày phƣơng pháp chung để giải tập Vật Lý phƣơng pháp cụ thể cho dạng tập Nội dung đƣợc trình bày chi tiết bao gồm: lý thuyết bản; phƣơng pháp giải; tập mẫu, tập bản, áp dụng; tập tổng hợp, viết cho loại: tập định tính, tập định lƣợng tập đồ thị Đề tài đƣợc viết với mục đích phục vụ cho việc giảng dạy học tập môn vật lý giáo viên học sinh trung học Hy vọng góp phần giúp học sinh ơn tập, nắm vững kiến thức bản; rèn luyện kỹ giải tập; rèn luyện kỹ , kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn; phát triển khả tƣ duy… Tuy nhiên, trình thực cịn nhiều thiếu sót mong bạn đồng nghiệp đóng góp giúp hồn chỉnh đề tài Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí B- NỘI DUNG PHẦN I: TĨM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC Chương I NHỮNG CƠ SỞ CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ: I Thuyết động học phân tử: Nội dung: a Các chất có cấu tạo gián đoạn gồm số lớn phân tử Các phân tử lại đƣợc cấu tạo từ nguyên tử b Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng Cƣờng độ chuyển động biểu nhiệt độ hệ c Kích thƣớc phân tử nhỏ ( khoảng 10-10cm) so với khoảng cách chúng Số phân tử thể tích định lớn Trong nhiều trƣờng hợp bỏ qua kích thƣớc phân tử coi phân tử nhƣ chất điểm d Các phân tử không tƣơng tác với trừ lúc va chạm Sự va chạm phân tử phân tử với thành bình tuân theo định luật va chạm đàn hồi học Newton Các giả thuyết a, b với chất khí giả thuyết c, d với chất khí lý tƣởng e Áp suất: Định nghĩa: Lực phân tử chất khí tác dụng lên đơn vị diện tích thành bình áp suất chất khí P  F S Đơn vị áp suất: Trong hệ SI, đơn vị áp suất Newton/met vuông, ký hiệu N/m2 hay Pascal, ký hiệu Pa: 1N/m2 = 1Pa Ngoài ra, áp suất cịn đo bằng: Atmơtphe kỹ thuật, ký hiệu at: 1at = 0,981.105N/m2 = 736 mmHg Atmôtphe vật lý, ký hiệu atm: 1atm = 1,013.105N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at II Các định luật thực nghiệm phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng: Mẫu khí lý tƣởng có đặc điểm sau: - Khí lý tƣởng gồm số lớn phân tử có kích thƣớc nhỏ so với khoảng cách trung bình chúng; phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng - Lực tƣơng tác phân tử không đáng kể trừ lúc va chạm - Sự va chạm phân tử phân tử với thành bình va chạm hồn tồn đàn hồi Thơng số trạng thái phƣơng trình trạng thái: - Mỗi tính chất vật lý hệ đƣợc đặc trƣng đại lƣợng vật lý đƣợc gọi thông số trạng thái hệ nhƣ: áp suất P, nhiệt độ T, thể tích V - Phƣơng trình nêu lên mối liên hệ thông số P,V,T khối lƣợng khí xác định đƣợc gọi phƣơng trình trạng thái; dạng tổng quát: P = f(V,T) Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Định luật Boyle – Mariotte (Q trình đẳng nhiệt) : a Định luật: Với khối lƣợng khí xác định, nhiệt độ khơng đổi (T=const), tích số thể tích áp suất số PV = số  P  V P b Hệ thức: P1V1 = P2V2 c Đƣờng đẳng nhiệt: Trong hệ tọa độ OPV, đƣờng đẳng nhiệt đƣờng hyperbol biểu diễn mối liên hệ P V Tập hợp đƣờng đẳng nhiệt đƣợc gọi họ đƣờng đẳng nhiệt T1 T2 V Định luật Charles ( Q trình đẳng tích ) : a Định luật: Trong q trình đẳng tích lƣợng khí định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt P = số  P  V T đối b Hệ thức: P P1 P2  T1 T2 Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: Pt = P0(1+ t) Trong đó: Pt : Áp suất t0C ; P0 : Áp suất 00C = V1 V1 < V2 V2 : số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích khí 273 V c Đƣờng đẳng tích: Đƣờng biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ thể tích khơng đổi gọi đƣờng đẳng tích Định luật Gay – Lussac ( Quá trình đẳng áp): a Định luật: Trong q trình đẳng áp lƣợng khí định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối V P1 P1 < P2 V  số  V  T T b Hệ thức: V1 V  T1 T2 Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius: Vt = V0(1+ t) đó: Vt : Thể tích khí t0C ; V0 : Thể tích khí 00C Gv Nguyễn Đức Hào P2 T Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí = : số nhiệt giãn đẳng áp chất khí 273 c Đƣờng đẳng áp: Đƣờng biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất không đổi gọi đƣờng đẳng áp Định luật Dalton: a Định luật: Áp suất hỗn hợp khí tổng áp suất riêng phần khí thành phần tạo nên hỗn hợp b Hệ thức: P = P1 + P2 +… + Pn Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng: Từ hai định luật Boyle – Mariotte Charles ta xác định đƣợc phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng: P1V1 P2 V2 PV   Hằng số  T1 T2 T Phƣơng trình Claypeyron – Mendeleev: P.V = m  RT Trong R= 8,31.103(J/kgmol.k): Hằng số khí lí tƣởng m : khối lƣợng chất khí;  : khối lƣợng mol khí; m  : số mol khí Nhiệt lƣợng: Phần lƣợng mà vật nhận đƣợc hay trình truyền nhiệt đƣợc gọi nhiệt lƣợng Q = mc(t2  t1)=mct + m: khối lƣợng vật (kg); c: nhiệt dung riêng chất cấu tạo nên vật(J/kg.K); + t = t2  t1: độ biến thiên nhiệt độ (0C) + Q > 0: nhiệt lƣợng thu vào; Q < 0: nhiệt lƣợng tỏa Phƣơng trình cân nhiệt : Q1 + Q2 = 10 Nội năng: Nội dạng lƣợng bên hệ, phụ thuộc vào trạng thái hệ Nội bao gồm tổng động chuyển động nhiệt phân tử cấu tạo nên hệ tƣơng tác phân tử Nội phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích: Khi nhiệt độ thay đổii động phân tử thay đổi dẫn đến nội hệ thay đổi; thể tích thay đổi khoảng cách phân tử thay đổi làm cho tƣơng tác chúng thay đổi nên làm cho nội hệ thay đổi Có hai cách làm biến đổi nội thực công truyền nhiệt III.Nguyên lý thứ nhiệt động lực học: Nguyên lý thứ nhiệt động lực học vận dụng định luật bảo toàn chuyển hóa lƣợng vào tƣợng nhiệt Định luật bảo tồn chuyển hóa lƣợng: Trong hệ kín có chuyển hố lƣợng từ dạng sang dạng khác nhƣng lƣợng tổng cộng đƣợc bảo toàn Nguyên lý thứ nhiệt động lƣc học: Nhiệt lƣợng truyền cho hệ làm biến thiên nội hệ biến thành công mà hệ thực lên hệ khác Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí + Biểu thức: Q = U + A + Trong đó: Q > : Vật nhận nhiệt từ vật khác; Q < : Vật truyền nhiệt cho vật khác A > : Vật nhận công ; A < : Vật sinh công ( thực công) U = U2 – U1 : Độ biến thiên nội vật (J) U > : Nội vật tăng; U < : Nội vật giảm Áp dụng nguyên lý thứ nhiệt động lực học cho khí lý tƣởng: a Nội cơng khí lý tƣởng: Do bỏ qua tƣơng tác phân tử khí lý tƣởng (trừ lúc va chạm) nên nội khí lý tƣởng bao gồm tổng động chuyển động nhiệt phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ khí + Biểu thức tính cơng khí lý tƣởng giãn nở: A = p (V2 – V1) = P V (với P = Const) + Nếu: V > 0, khí sinh cơng; V < 0, khí nhận công b Áp dụng nguyên lý thứ cho q trình khí lý tƣởng: - Q trình đẳng tích: Trong q trình này, nhiệt lƣợng mà khí nhận đƣợc dùng làm tăng nội khí: Q = U - Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lƣợng mà khí nhận vào đƣợc dùng làm tăng nội khí, phần cịn lại biến thành cơng mà khí thực hiện: Q =U + A - Q trình đẳng nhiệt: Tồn nhiệt lƣợng mà khí nhận đƣợc chuyển hết thành cơng mà khí sinh ra: Q = A IV Chu Trình: Chu trình trình mà trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu Nhiệt lƣợng mà hệ nhận đƣợc trừ nhiệt lƣợng tỏa chu trình chuyển hết thành cơng chu trình + Biểu thức: Q = A + Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Cơng tồn chu trình + Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận đƣợc chu trình (Q1 nhiệt lƣợng nhân vào, Q2 nhiệt lƣợng tỏa ra) V Quá trình đoạn nhiệt: Trong trình đoạn nhiệt hệ đƣợc cách nhiệt tốt nên khơng có trao đổi nhiệt hệ mơi trƣờng xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hệ (A > 0) phải có giảm nội hệ; ngƣợc lại, công thực hệ (A < 0) phải có tăng nội hệ Biểu thức: A = - U VI Động Cơ Nhiệt: Động nhiệt thiết bị biến nội nhiên liệu thành 1.Nguyên tắc hoạt động động nhiệt: Động nhiệt hoạt động đƣợc nhờ lập lập lại chu trình giãn nén khí Cấu tạo động nhiệt: Gồm phần a) Nguồn nóng cung cấp nhiệt lƣợng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao b) Bộ phận phát động tác nhân giãn nở sinh công Gv Nguyễn Đức Hào Trang Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí c) Nguồn lạnh nhận nhiệt lƣợng tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ Hiệu suất động nhiệt: Nguồn Nóng a) Hiệu suất thực tế: Q1 Q Q A : hệ thu nhiệt Q < : hệ tỏa nhiệt + A : Công hệ thực : A > : hệ sinh công dƣơng (công phát động) A < : hệ sinh công âm (cơng cản) Trong q trình biến đổi, hệ chịu tác dụng lực ngồi sinh cơng A' : A = A' + U : Độ biến thiên nội hệ (theo nhiệt độ, kích thƣớc hay hình dạng hệ) U > : nội tăng U < : nội giảm - Cần ý đổi đơn vị đại lƣợng cho phù hợp Cơng khí lý tƣởng : - Quá trình đẳng áp : A = pV = p(V2 - V1 ) + Khí dãn nở : V >  A > + Khí bị nén : V <  A < Lưu ý: + Khi cho p (áp suất) : A = p (V2 – V1) + Khi không cho V2: A  PV1 (T2  T1 ) T1 Áp dụng biến đổi hệ thức A , U, Q theo q trình biến đổi - Đẳng tích : Q = U + A - Đẳng áp : Q = A - Đẳng nhiệt : Q = A - Đoạn nhiệt : A = - U - Chu trình kín : Q = A Bài tập mẫu Bài Một bóng có khối lƣợng 0,1kg rơi từ độ cao 1,5m xuống đất nảy lên đến độ cao 1,2m bóng khơng nảy lên đến độ cao ban đầu ? Tính độ tăng nội bóng, đất khơng khí Cho g = 10m/s2 Hướng dẫn Xét hệ gồm bóng, đất khơng khí - Gọi W1 W2 lần lƣợt bóng bắt đầu rơi (ở độ cao h1) nảy lên độ cao (h2) : W1 = mgh1 W2 = mgh2 (do v1 ; v2 0) - Khi bóng rơi chạm đất nảy lên phần bóng chuyển thành nội hệ , nên : W2 < W1  mgh2 < mgh1  h2 < h1 Vì vậy, bóng khơng nảy lên đến độ cao ban đầu - Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho hệ kín ; ta có: Gv Nguyễn Đức Hào Trang 24 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Q = U - A' = Suy độ tăng nội hệ : U = A' = W1 - W2 = mg(h1 - h2) - Thay số: U = 0,3 (J) Nội tăng làm tăng nhiệt độ hệ làm biến dạng bóng, đất A' = W1 - W2 = Wt1 - Wt2 = Wt : Cơng sinh q trình biến đổi độ giảm Bài tập luyện tập Một viên đạn chì có nhiệt dung riêng 0,13kJ/kg.độ rơi khơng ma sát từ độ cao h xuống va chạm mềm với đất Nếu 50% độ tăng nội đạn đƣợc biến thành nhiệt làm nóng viên đạn chạm đất đạn nóng thêm oC Lấy g =10m/s2 Tính h ? ĐS: 130m Bài tập mẫu Bài Một lƣợng khí áp suất 2.10 N/m2 tích 6.10-3m3 nhiệt độ 27oC đƣợc nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ 87 oC a Tính cơng khí thực đƣợc b Tìm độ biến thiên nội khí Biết nung nóng khí nhận nhiệt Hướng dẫn a Cơng khí thực hiện: - Do q trình nung nóng đẳng áp : V1 V T V   V  T1 T2 T - Áp dụng công thức tính cơng : A = P(V2 - V1) Với: P = 2.104N/m2 ;V1 = 6.10-3m3 t1 = 27oC  T1 = 27 + 273 = 3000 K t2 = 87oC  T2 = 87 + 273 = 3600 K - Thay số : A = 24 (J) b Độ biến thiên nội năng: Áp dụng công thức nguyên lý I nhiệt động lực học: Q = A + U  U = Q - A Vì hệ thu nhiệt nên Q > 0, : U = 100 - 24 = 76 (J) U > 0, suy nội hệ tăng Bài tập luyện tập Bài Một khối khí có áp suất 1at, thể tích 10 lít đƣợc giãn nở đẳng áp, thể tích tăng gấp hai lần Tìm cơng khí thực Gv Nguyễn Đức Hào Trang 25 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Bài Một khối khí tích 3.10-3m3, áp suất 2.105N/m2 đƣợc nén đẳng áp nhận cơng 50J Tìm nhiệt độ ban đầu khí biết nhiệt độ khí sau nén 17oC Bài Một khối khí tích lít, áp suất 2.10 5Pa 27oC đƣợc nung nóng đẳng tích giãn đẳng áp Khí thực cơng 60J Hỏi dãn nở nhiệt độ khí tăng lên ? Các toán động nhiệt: Phương pháp - Áp dụng biến đổi cơng thức tính hiệu suất: + Hiệu suất thực tế: H + Hiệu suất lý tƣởng: Q Q 2 A Q Q 1 T T T  1 H= T T - Sau tìm H suy A Q1 : A = Q – Q2 Chú ý : + Thông thƣờng hay sử dụng hiệu suất lý tƣởng + Có thể tính cơng dựa vào diện tích giới hạn giản đồ (p,V) Bài tập mẫu Một động nhiệt lý tƣởng có hiệu suất 25% thực công , đồng thời truyền cho nguồn lạnh nhiệt lƣợng 15kJ Tính cơng động thực Hướng dẫn Ta có: H = 25% = 0,25 Q2 = 15kJ Áp dụng cơng thức tính hiệu suất động lý tƣởng: H  A   H (Q2 + A) = A HQ  A 1 H Thay số : A = 5kJ  HQ2 + HA = A Q A A Q Bài tập luyện tập Mỗi nồi Supde máy nƣớc công suất 10kW tiêu thụ 10kg than đá Hơi nƣớc vào xylanh có nhiệt độ 200oC 100oC a.Tính hiệu suất lý tƣởng máy nƣớc b.Tính hiệu suất thực tế, biết suất tỏa nhiệt than đá 36.106J/kg Động nhiệt lý tƣởng chu trình truyền 80% nhiệt lƣợng nhận đƣợc cho nguồn lạnh Nếu nhiệt độ nguồn nóng 105,75 oC nhiệt độ nguồn lạnh làbao nhiêu ? Gv Nguyễn Đức Hào Trang 26 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Một động nhiệt lý tƣởng hoạt động hai nguồn nhiệt 100 oC 25,4oC, thực cơng 2kJ a.Tính hiệu suất động cơ, nhiệt lƣợng mà động nhận từ nguồn nóng nhiệt lƣợng truyền cho nguồn lạnh b Nếu tăng nhiệt độ nguồn nóng lên 130oC hiệu suất động ? CHƢƠNG III BÀI TẬP ĐỒ THỊ Phương pháp: - Đối với dạng tập mà kiện cho toán đồ thị yêu cầu phải hiểu đƣợc ý nghĩa đồ thị : + Xem đồ thị biểu đạt mối liên hệ đại lƣợng vật lý nào, tƣơng đƣơng với công thức + Từ đồ thị cho rút số liệu xác.Từ đó, vận dụng kiến thức học có liên quan đến yêu cầu toán để giải - Đối với dạng tập địi hỏi phải biểu diễn q trình diễn P biến tƣợng đồ thị yêu cầu phải : + Hình dung đƣợc diễn biến tƣợng, mối liên hệ đại lƣợng cho đề T1 + Vẽ xác đồ thị biểu diễn số liệu cho Từ đồ thị T2 tìm đƣợc kết mà tốn u T3 cầu hay định luật vật lý V Bài tập mẫu Đồ thị biểu diễn trạng thái khối lƣợng lý tƣởng Hãy so sánh nhiệt độ khối khí trạng thái cho Hướng dẫn Đây dạng tập đồ thị trạng thái khí lý tƣởng Trên đồ thị: - Trục OP biểu diễn áp suất khối khí - Trục OV biểu diễn thề tích khối khí - Các đƣờng T1, T2, T3 đƣờng đẳng nhiệt nên nhiệt độ nhƣ điểm đƣờng Để so sánh nhiệt độ trạng thái khí ta chọn Vo = const áp dụng định luật Charles cho trạng thái khối khí Áp dụng định luật Charles cho ba trạng thái khối khí V0 = const: Trên đồ thị, ta thấy: P1 < P2 < P3 Mà áp suất biến thiên bậc theo nhiệt độ tuyệt đối nên: T1 < T2 < T3 Gv Nguyễn Đức Hào Trang 27 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Bài tập Bài Hình (1) đồ thị chu trình mol khí lý tƣởng mặt phẳng tọa độ (V,T) Vẽ đồ thị chu trình mặt phẳng tọa độ (P,V) (P,T); trục tung trục OP Bài Hình (2) đồ thị hai chu trình biến đổi hệ tọa độ (P,T) (V,T) Hãy vẽ đồ thị biểu diễn chu trình hệ tọa độ lại V P 2 3 0 T T Hình (1) Hình (2) Bài Một lƣợng khí biến đổi theo chu trình đƣợc biểu diễn đồ thị hình bên Biết : p1 = p3; V1 =1m3 , V2 = 4m3; T1 = 100K T4 = 300K Tính V3 = ? Hướng dẫn V2 (2) (3) V1 Vì p1 = p3 nên ta có: V3 T3   T3  100V3 V1 T1 V (1) (4) T1 T2 T 1 Đoạn 2- có dạng đoạn thẳng nên có dạng:V = a.T + b với a,b số + Khi V = V2, T =100 V2 = a.100 + b (2) + Khi V = V4, T = 300 V4 = a.300 + b (3) + Từ (2) (3) ta có: a = - 3/200 b = 5,5 + Khi T = T3 ; V = V3 V3 =  100.V3  5,5 200 Vậy V3 = 2,2m3 Bài 4: Có g khí Heli (coi khí lý tƣởng đơn nguyên tử) thực chu trình – – – – đƣợc biểu diễn giản đồ P-T nhƣ hình Cho P0 = 105Pa; T0 = 300K 1) Tìm thể tích khí trạng thái 2) Hãy nói rõ chu trình gồm đẳng trình Vẽ lại chu trình giản đồ P-V Gv Nguyễn Đức Hào P 2P0 P0 T T0 2T0 28 Trang Hình Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí giản đồ V-T (cần ghi rõ giá trị số chiều biến đổi chu trình) 3) Tính cơng mà khí thực giai đoạn chu trình Hướng dẫn a) Quá trình – có P tỷ lệ thuận với T nên q trình đẳng tích, thể tích trạng thái nhau: V1 = V4 Sử dụng phƣơng trình C-M trạng thái Ta có: PV 1  m RT1 m RT1 , suy ra: V1   P1  Thay số: m = 1g;  = 4g/mol; R = 8,31 J/(mol.K); T1 = 300K P1 = 2.105 Pa ta V1  đƣợc: 8,31.300  3,12.103 m3 2.10 b) Từ hình vẽ ta xác định đƣợc chu trình gồm đẳng trình sau: – đẳng áp; – đẳng áp; – đẳng nhiệt; – đẳng tích V(l) P(105Pa) 2 6,24 3,12 3,12 6,24 12,48 12,48 V(l) Hình a T(K) 150 300 600 Hình b Vì vẽ lại chu trình giản đồ P-V (hình a) giản đồ V-T (hình b) nhƣ hình a) hình b): c) Để tính cơng, trƣớc hết sử dụng phƣơng trình trạng thái ta tính đƣợc thể tích: V2 = 2V1 = 6,24.10 – m3; V3 = 2V2 = 12,48.10 – m3 Cơng mà khí thực giai đoạn: A12  p1(V2  V1 )  2.105 (6,24.103  3,12.103 )  6,24.102 J A23  p2V2 ln V3  2.105.6,24.103 ln2  8,65.102 J V2 A34  p3 (V4  V3 )  105 (3,12.103  12,48.103 )  9,36.102 J A41  trình đẳng áp Gv Nguyễn Đức Hào Trang 29 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí Bài Một lƣợng khíƠxy 1300C, áp suất 105Pa đƣợc nén đẳng nhiệt đến áp suất 1,3.105Pa Cần làm lạnh đẳng tích khí đến nhiệt độ để áp suất giảm lúc đầu ? Biểu diễn trình hệ tọa (p,V), (p,T) (V,T) Bài Có 20g khí Hêli chứa xylanh đậy kín pittơng biến đổi chậm từ (1) đến (2) theo đồ thị hình 11 Với : V1= 30 lít, p1 = atm, V2 = 10 lít, p2 =15 atm Tìm nhiệt độ cao mà khí đạt đƣợc trình biến đổi P P2 P1 V V2 V1 Bài Cho mol khí lí tƣởng đơn nguyên tử biến đổi theo chu trình thuận nghịch đƣợc biểu diễn đồ thị (Hình 2) Trong đoạn thẳng – có đƣờng kéo dài qua gốc tọa độ trình – đoạn nhiệt Biết T1 = 300K; p2 = 3p1; V4 = 4V1 1/ Tính nhiệt độ T2, T3, T4 2/ Tính hiệu suất chu trình Gv Nguyễn Đức Hào p p2 p3 p1 O V1 V2 V4 V Hình Trang 30 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí C KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, đề tài đạt đƣợc số kết quả: - Phân loại đƣợc tập vật lý nhƣ nhiệm vụ đề - Đƣa dàn chung cho việc giải tập vật lý - Đề cách giải cho loại tập: định tính, định lƣợng, đồ thị - Nêu phƣơng pháp giải cho dạng tập cụ thể, có kèm theo tập mẫu, tập áp dụng tập tổng hợp - Rút số điều cần lƣu ý giải tập vật lý Tuy nhiên, tập Vật Lý nhƣ phƣơng pháp giải đa dạng Các tập phƣơng pháp nêu số dạng thông thƣờng, phổ biến mà học sinh phổ thông trung học thƣờng gặp, giúp học sinh rèn luyện thêm kỹ giải tập Ngoài ra, học sinh cần phải tham khảo thêm nhiều sách, nhiều phƣơng pháp dạng tập mở rộng, nâng cao nhằm phát triển kỹ năng, kỹ xảo, khả tƣ duy… Khi giải tập Vật Lý cần lƣu ý số điểm sau: - Chú ý phần định tính toán - Đổi đơn vị đại lƣợng cho phù hợp - Trong q trình giải tốn, nên biến đổi công thức chữ, đến công thức cuối thay số vào để tính kết (Ngoại trừ trƣờng thay số từ đầu việc giải toán đơn giản hơn) - Cần tìm nhiều cách để giải tập, sau rút cách giải ngắn gọn, đầy đủ dể hiểu nhất./ Ngày 10 tháng 05 năm 2012 Ngƣời thực Nguyễn Đức Hào Gv Nguyễn Đức Hào Trang 31 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lí 10 nâng cao – Nhà xuất Giáo dục, năm 2008 Sách tập Vật lí 10 nâng cao - Nhà xuất Giáo dục, năm 2008 Kiến thức nâng cao Vật lí THPT – Tác giả Vũ Thanh Khiết; Nhà xuất Hà Nội năm 2002 Các tốn vật lí chọn lọc phổ thơng trung học Cơ – Nhiệt Tác giả Vũ Thanh Khiết; Nhà xuất Hà Nội năm 2001 Bài tập vật lý phân tử nhiệt học – Tác giả Dƣơng Trọng Bái, Đàm Trung Đồn – Nhà xuất Giáo dục năm 2001 Tuyển tập Bài tập vật lí nâng cao THPT Tập Vật lí phân tử & nhiệt học Tác giả Phạm Quí Tƣ (chủ biên), năm 2002 *************** Gv Nguyễn Đức Hào Trang 32 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí SỞ GD & ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG THPT NGUYỄN BỈNH KHIÊM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - Đồng Nai, ngày 10 tháng 05 năm 2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011-2012 Tên sáng kiến kinh nghiệm: “ Phân loại phƣơng pháp giải tập nhiệt vật lý 10 chất khí ” Họ tên tác giả: Nguyễn Đức Hào Đơn vị: Tổ Tự nhiên Lĩnh vực: Quản lí giáo dục: Phƣơng pháp dạy học mơn: Vật lý Phƣơng pháp giáo dục: Lĩnh vực khác: Tính mới: - Có giải pháp hồn tồn mới: - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có: Hiệu quả: - Hồn toàn triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng tồn ngành có hiệu cao - Hoàn toàn triển khai áp dụng đơn vị có hiệu cao - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng đơn vị có hiệu Khả áp dụng: - Cung cấp đƣợc luận khoa học cho việc hoạch định đƣờng lối, sách: Tốt Khá Đạt - Đƣa giải pháp khuyền nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Tốt Khá Đạt - Đã đƣợc áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Tốt Khá Đạt XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN Gv Nguyễn Đức Hào THỦ TRƢỞNG ĐƠN VỊ Trang 33 ... II PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Chƣơng I PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ Có nhiều cách phân loại tập vật lý, ta phân loại tập vật lý theo phƣơng tiện giải mức độ khó khăn tập. .. trình giải tập nêu kết cuối Gv Nguyễn Đức Hào Trang 11 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 chất khí B CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ VỀ CHẤT KHÍ I Thuyết động học phân tử chất khí: Bài tập. .. CỨU: Phân loại đƣợc tập vật lý phân tử nhiệt học (Chƣơng VI & VIII) chƣơng trình Vật lý lớp 10 nâng cao Đề phƣơng pháp giải tập vật lý nói chung, phƣơng pháp giải loại tập vật lý theo phân loại,