Sáng kiến kinh nghiệm: MỞ RỘNG VÀ CHUYÊN SÂU BÀI TẬP PHẦN CHẤT KHÍ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐIỆN BIÊN TRƢỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN Sáng kiến kinh nghiệm: MỞ RỘNG VÀ CHUYÊN SÂU BÀI TẬP PHẦN CHẤT KHÍ Tác giả: Ngô Thanh Dũng Đơn vị: THPT chuyên Lê Quý Đôn Điên Biên, tháng 04 năm 2015 MỤC LỤC TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 MỤC Trang bìa Tên sáng kiến kinh nghiệm Phụ lục Nội dung giải pháp A Mục đích cần thiết B Phạm vi triển khai thực C Nội dung a Tình trạng giải pháp biết b Nội dung giải pháp c Khả áp dụng giải pháp d Hiệu áp dụng giải pháp e Kiến nghị đề xuất D Nội dung kiến thức Quá trình đẳng nhiệt Q trình đẳng tích Q trình đẳng áp Phương trình trạng thái khí lý tưởng Bài tập đồ thị chất khí Nguyên lý thứ nhiệt động lực hoc TRANG 1 3 3 4 5 5 10 12 15 21 MỞ RỘNG VÀ CHUYÊN SÂU BÀI TẬP PHẦN CHẤT KHÍ Tác giả: Ngơ Thanh Dũng Giáo viên THPT chun Lê Q Đơn A Mục đích cần thiết: Học tập quốc sách hàng đầu, đầu tư cho giáo dục đầu tư cho thân cho đất nước Nhận thức điều từ xứ Nghệ xa xôi lên với vùng cao - Điện Biên u dấu, tỉnh đặc biệt khó khăn, tơi ln trăn trỡ, cần phải đóng góp phần nhỏ cho nghiệp giáo dục Điện Biên để em học sinh vùng cao Điện Biên theo kịp với học sinh miền xi có đủ tự tin, lĩnh tham gia đạt kết cao kỳ thi lớn quốc gia Như biết muốn học tốt môn vật lý cần có nhiều yếu tố song hành, việc sử dụng thành thục phương pháp giải tập vật lý đóng vai trị quan trọng Qua tập học sinh hiểu sâu sắc chất, quy luật vật chất, phát triển tư duy, kỹ ứng dụng vào thực tế, làm thay đổi sống , đóng góp ý tưởng, sáng kiến cho khoa học, kỹ thuật Trong trình giải tập phần chất khí học sinh cịn lúng túng, chưa hiểu sâu sắc biến đổi chất khí nên chưa có phương pháp giải linh hoạt sáng tạo, chưa biết phân tích-tổng hợp để giải tập khó cách nhanh hiệu Hơn học sinh chủ yếu tập trung học tập trọng tâm vào phần học, điện từ, quang học…để phục vụ cho kỳ kiểm tra, thi cử mà ý đến phần nhiệt học, tài liệu đề cập đến phần chất khí khơng nhiều, có không đa dạng, sâu sắc Mặt khác người sinh có sở trường, khiếu riêng, người làm giáo dục phải làm xuất khiếu học sinh bồi dưỡng thành nhân tài Việc mở rộng chuyên sâu tập vật lý cần thiết cho em có trí tuệ có đam mê khoa học Trước bất cập tơi muốn mạnh dạn xây dựng chuyên đề nhỏ nhằm mục đích trao đổi với đồng nghiệp có tiêu đề là: “Mở rộng chuyên sâu phần chất khí”, để giúp cho số giáo viên muốn tìm hiểu sâu hơn, có hệ thống lơ gic học sinh THPT nắm vững phần tập chất khí, từ mở rộng nâng cao tập chuẩn bị cho kỳ thi cấp tỉnh, thành phố, cấp quốc gia, quốc tế B Phạm vi triển khai thực hiện: Vấn đưa đưa với khối lượng kiến thức rộng khó, có tính hàn lâm, có học sinh có lực giỏi, tư tốt có khả tiếp cận cách sâu sắc Chính định đưa đề tài tiến hành giảng dạy lớp chuyên trường THPT chuyên Lê Q Đơn Từ cải tiến dần hồn thiện phương pháp giải tập chất khí lạ khó, nâng cao chất lượng, hiệu việc ôn luyện thi đội tuyển học sinh giỏi cấp độ quốc gia như: Duyên Hải, Hùng Vương, kỳ thi học sinh giỏi quốc gia C Nội dung: a Tình trạng giải pháp biết: Nội dung tóm tắt giải pháp: - Nghiên cứu biến đổi đặc biệt chất khí, đặc trưng chất khí, quy luật chất khí thơng qua định luật Bôi-Lơ-Mariot, Sác-Lơ, GayLuyXac -Xây dựng hệ thống tập chất khí theo chuyên đề nhỏ, từ đơn giản đến phức tạp - Xây dựng số phương án giải tốn kỳ quốc gia: Hùng Vương, Duyên Hải, học sinh giỏi quốc gia Ưu điểm: - Giúp cho học sinh nắm vững toàn hệ thống tập chất khí cách có hệ thống, logic, nhận biết kiến thức bản, kiến thức mở rộng chuyên sâu - Giúp cho học sinh tham gia đội tuyển HSG cấp tiết kiệm thời gian đào sâu phần chất khí - Giúp cho giáo viên trường không chuyên nhận biết khoảng cách kiến thức phổ thông kiến thức chuyên sâu thi học sinh giỏi cấp quốc gia Nhược điểm: - Kiến thức có tính hàn lâm nên phạm vi áp dụng hạn hẹp, dành cho phận nhỏ học sinh giỏi trường THPT học sinh trường chuyên b Nội dung giải pháp: Bối cảnh, động lực đời: Lượng kiến thức chất khí sách giáo khoa khơng nhiều, hệ thống tập tài liệu tham khảo rời rạc, cần chun đề nhỏ thống mơ tả hệ thống tập chất khí cách hệ thống từ đến chuyên sâu, từ học sinh sinh tiếp cận với tập chương đơn giản hơn, sâu sắc Mục tiêu giải pháp đạt được: Trước tiên học sinh lớp chun lý tìm tài liệu thống phản ánh hệ thống tập chất khí có chiều rộng chiều sâu, cách giải ngắn gọn đơn giản dễ hiểu, dễ tiếp cận Từ học sinh hiểu chất quy luật chất khí, tự hình thành phương pháp giải riêng cho em Tính giải pháp: Sáng kiến kinh nghiệm không đề cập tới cách giải tập, mà quan trọng cách giải biên soạn phương pháp tiếp cận toán, chia nhỏ toán, cách liên kết kiện Chính học sinh khơng biết cách giải tập cách túy mà học cách thức tư dẫn dắt vấn đề, hình thành kĩ giải tình thực tiễn sống c Khả áp dụng giải pháp: sáng kiến kinh nghiệm áp dụng cho học sinh lớp chuyên, học sinh có lực giỏi nằm đội tuyển học sinh giỏi cấp trường THPT Thực tế áp dụng với lớp chuyên 10a3, 10a2, 10a5, 10a6 trường THPT chuyên Lê Quý Đôn thu kết tiến so với năm trước Lớp 10A3 10A2 10A5 10A6 Năm 2013-2014 2014-2015 2013-2014 2014-2015 2013-2014 2014-2015 2013-2014 2014-2015 Giỏi 20% 30% 15% 23% 16% 21% 22% 26% Khá 70% 70% 60% 72% 58% 73% 61% 65% Trung bình 10% 0% 35% 5% 26% 6% 17% 9% d Hiệu lợi ích giải pháp: Qua thành tích đạt cho thấy sáng kiến kinh nghiệm phản ánh kết thực tế, có tính khả thi hiệu Tham khảo ý kiến học sinh, hầu hết học sinh cho với cách xếp kiến thức sáng kiến kinh nghiệm học sinh dễ nắm vững kiến thức so với sách giáo khoa tài liệu tham khảo e Kiến nghị đề xuất: Cần có nhiều đóng góp đồng nghiệp để xây dựng hệ thống tập hay nữa, hiệu nữa, gắn liền với xu thời đại, phù hợp cách nghĩ, cách làm học sinh, có tính thực tế hữu ích, đừng xa rời thực tế số tài liệu tham khảo D Nội dung kiến thức: 1-QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT: a Định Nghĩa: Là trình biến đổi trạng thái lượng khí mà nhiệt độ giữ khơng đổi b Định luật Bơi-Lơ-Mariốt: Trong q trình đẳng nhiệt lượng khí định áp suất ln tỉ lệ nghịch với thể tích: p p hay p.V=hằng số V T2>T1 c Đƣờng dẳng nhiệt: Đường biểu diễn phụ thuộc áp suất vào thể tích nhiệt độ khơng đổi gọi đường T2 T1 O V đẳng nhiệt Trong hệ tọa độ (p,V) đồ thị đường hypebol d BÀI TẬP MẪU: Bài 1: ( Sách bồi dƣỡng HSG vật lý 10-Vũ Thanh Khiết) Một ống thủy tinh L = 50cm, hai đầu kín, có đoạn thủy ngân dài l = 10cm, hai bên khơng khí có khối lượng Khi đặt ống nằm ngang đoạn thủy ngân ống Dựng ống thẳng đứng thủy ngân tụt xuống 6cm a Tính áp suất khơng khí ống nằm ngang? b Ống nằm ngang, mở đầu ống bên phải Hg dịch chuyển nào? c Ống thẳng đứng, hai đầu kín Nếu mở đầu ống Hg dịch chuyển nào? Mở đầu ống Mở đầu ống Giải: B1: Tóm tắt toán: a Đại lượng biết: l1 - Chiều dài ống: L=50cm, chiều dài cột Hg: l=10cm - Ống thẳng đứng thủy ngân tụt đoạn: d=6cm - Liên hệ kiến thức biết: Áp suất khí quyển: p0  76cmHg l l2 Đại lượng cần tìm: Mở nắp Hg dịch chuyển chiều nào? B2: Phân tích tốn: - Tìm chiều dài cột khí: a  L  l 50  10   20cm 2 - Khi đặt thẳng đứng, lượng khí có nhiệt độ khơng đổi nên áp dụng định luật Bôi-lơ-Mariot: ( Áp suất ban đầu lượng khí p0 ) a ad a  Lượng khí phía trên: p.l  p2 (a  d )  p2  p ad  Lượng khí phía trên: p.l  p1.(a  d )  p1  p (a=20cm, d=6cm, l1  26cm, l2  14cm ) - Phân tích cân áp suất ống thẳng đứng nắp kín: p1  l  p2  p a a (1)  l  p ad ad - Mở đầu ống ống thẳng đứng: P2l2   l  P0  l2' (2) - Mở đầu ống ống thẳng đứng: ' Pl 1   l  P0  l1 (3) B3: Thực kế hoạch giải toán: a Thay số vào (1) ta tìm được: p=15,2cmHg b Khi mở nắp bên phải, so sánh áp suất lượng khí bên trái: p=15,2cmHg khí bên phải: p0  76cmHg ta thấy Hg dẽ dịch chuyển sang bên trái Pl0  P0l0'  l0'  4cm  l  l0  l0'  16cm c Thay số vào (2) (3) ta thu kết quả: l2'  3,5cm  l  l2  l2'  10,5cm l1'  4,6cm  l1  l1  l1'  21, 4cm B4: Đánh giá kết quả: Đối chiếu kết thu với điều kiện toán thực tế thấy phù hợp Bài 2: ( Bài * sách giải tốn vật lý 10) Một xylanh nằm ngang, kín hai đầu Trong xylanh có khơng khí pittong mỏng khối lượng m = 500g chia xylanh thành phần nhau, phần tích V = 2lít, áp suất P0 = F1 1atm Chiều dài xylanh 2l = 20cm Cho xylanh l F2 r  quay với tốc độ góc  quanh trục thẳng đứng xylanh Tính  pittong cách trục quay đoạn r =2cm cân Bỏ qua ma sát Giải: B1: Tóm tắt tốn: Đại lượng biết: - pít tơng: m=500g=0,5kg - ngăn khí: V=2 lít, p0=1atm - chiều dài xi lanh: 2l=20cm - khoảng cách từ pít tơng đến trục quay: r=2cm Đại lượng cần tìm:   ? B2: Phân tích tốn: - Nhiệt độ ngăn khí khơng đổi nên áp dụng định luật Bơi-Lơ-Mariot tìm áp suất p1 p2 ngăn xi lanh quay với tốc độ góc  : P0l  Pl 1  P2l2   P1  P0 l l ; P2  P0 lr l r - Phân tích lực ngăn khí lên pít tông: +) Ngăn phải gây lực: F1=p1.S +) Ngăn trái gây lực: F2=p2.S Tổng hợp lực gây gia tốc hướng tâm: F1  F2  Fht B3: Liên hệ kiến thức cũ: Gia tốc hướng tâm: aht   r Lực hướng tâm: Fht  m.aht  m. r B4: Thực kế hoạch giải toán: F1  F2  Fht  P0   l l S  P0 S  m r lr l r PV  290,5rad / s m l  r  B5: Đánh giá kết quả: Kết thu phù hợp với tất điều kiện với tốn 2-Q TRÌNH ĐẲNG TÍCH: a Định Nghĩa: Là trình biến đổi trạng thái lượng khí mà thể tích giữ khơng đổi b Định luật Sac-lơ: Trong q trình đẳng tích lượng khí định áp suất ln tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối: p T hay p =hằng số T p V1 V2>V1 V2 T=t+273 c Đƣờng đẳng tích: Đường biểu diễn phụ thuộc áp suất vào nhiệt độ tuyệt đối thể tích khơng đổi gọi đường đẳng tích Trong hệ tọa độ (p,T) đồ thị đường thẳng có đường kéo dài qua gốc tọa độ O d BÀI TẬP MẪU: Bài 1: Một bình thép kín chứa khí 100kPa nhiệt độ 170C Làm nóng bình lên 570C a Tính áp suất bình nhiệt độ 570C b Vẽ đường biểu diễn phụ thuộc áp suất vào nhiệt độ hệ tọa độ pT Giải: B1: Tóm tắt tốn: - Đại lượng biết: Trạng thái 1: p1=100kPa, t1=170C Trạng thái 2: p2=? , t2=570C - Đại lượng cần tìm: +) p2=? +) Vẽ đồ thị B2: Phân tích tốn kế hoạch giải toán: - Cần đổi nhiệt độ: T1=t1+273=290K T2=t2+273=330K - Đổi áp suất: p=100kPa=105Pa - Bình thép thể tích khơng đổi, áp dụng định luật Sac-Lơ nhiệt độ tuyệt đối áp suất không đổi gọi đường đẳng áp Trong hệ tọa độ (V,T) đồ thị đường thẳng có đường kéo dài qua gốc tọa độ O d BÀI TẬP MẪU: Bài 1: ( Sách giải tốn vật lý 10) 12g khí chiếm thể tích 4lít 70 C , sau nung đẳng áp khối lượng khí 1,2g/lít Tìm nhiệt độ khí sau nung Giải: B1: Tóm tắt toán: - Đại lượng biết: m=12g Trạng thái 1: t1  70 C  T1  280K , V1  4lit Trạng thái 2: khối lượng riêng: D  1, g / lit - Đại lượng biết: Nhiệt độ trạng thái 2: t2  ? B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: - Do q trình đẳng áp nên áp dụng định luât Gay Luy-Xăc: V1 V2  T1 T2 - Liên hệ kiến thức cũ khối lượng riêng: D m V - Khối lượng ln bảo tồn nên khối lượng khí trạng thái nhau: m1  m2  12 g B3: Thực kế hoạch giải tốn: - Thể tích khí trạng thái 2: D2  m2 12  V2   10lit V2 1, - Áp dụng định luật Gay Luy-Xăc: V1 V2 10     T2  700 K  t2  4270 C T1 T2 280 T2 B4:Kiểm tra kết quả: Kết phù hợp với yêu cầu toán Bài 2: ( Sách giải toán vật lý 10) Khí theo ống hình trụ Ở đầu khí có nhiệt độ 270C chuyển động với vận tốc 5m/s Hỏi vận tốc đầu ống ( có nhiệt độ 227 0C) Áp suất coi khơng đổi Giải: B1: Tóm tắt toán: - Đại lượng biết: Trạng thái 1: t1  7270 C, v1  5m / s Trạng thái 2: t2  2270 C - Đại lượng biết: Vận tốc trạng thái 2: v2  ? B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: - Đổi nhiệt độ tuyêt đối: T1  727  273  1000K , T2  227  273  500K - Thể tích lượng khí phần ống trên: V1  v1.S t ( t thời gian) - Thể tích lượng khí phần ống trên: V2  v2 S t ( t thời gian) - Vì áp suất xem khơng đổi nên áp dụng định luật Gay Luy-Xăc: V1 V2 V T v     T1 T2 V2 T2 v2 B3: Thực kế hoạch giải toán: T1 v1 1000     v1  2,5m / s T2 v2 500 v1 B4:Kiểm tra kết quả: Kết phù hợp với yêu cầu toán 4- PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÝ TƢỞNG: a Các thơng số trạng thái: Một lượng khí trạng thái cân ln có áp suất p, thể tích V nhiệt độ T xác định Các đại lượng p, V, T gọi thông số trạng thái lượng khí b Phƣơng trình trạng thái chất khí: Một lượng khí định biến đổi trạng thái thơng số trạng thái ln có mối quan hệ: p V p V pV  const  1  2 (const: phụ thuộc vào lượng khí) T T1 T2 c Phƣơng trình Men đê lê ép – Cla pê rôn: p.V m  R T  c BÀI TẬP MẪU: Bài 1: ( Sách nâng cao vật lý 10-Vũ Thanh Khiết ) Trong xi lanh đặt thẳng đứng tiết diện 100cm2 đậy pít tơng cách xi lanh 0,4m, có chứa lượng khí lý tưởng 270C Đặt lên pít tơng vật nặng có khối lượng 50 kg thấy pít tơng hạ xuống đoạn 8cm dừng lại Tính nhiệt độ khơng khí xi lanh lúc đó, biết áp suất khí p0=105 Pa ( Bỏ qua ma sát pít tơng xi lanh, bỏ qua khối lượng pít tơng, lấy g=10m/s2) Giải: B1: Tóm tắt toán: S=100cm2, h=0,4m, m=50kg, p0=105 Pa, d=8cm +) TRạng thái 1: t1=270C  T1  27  273  300K +) TRạng thái 2: t2=?0C B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: - Ban đầu pít tơng nằm cân bằng:áp suất khí xi lanh áp suất khí bên ngồi: p1=p0 - Sau đặt vật nặng lên pít tơng, pít tơng chuyển sang vị trí cân mới: p2  p0  mg S B3: Thực kế hoạch giải toán: - Áp dụng phương trình trạng thái: p1.V1 p2 V2 với V1=S.h, V1=S.(h-d)  T1 T2 - Thay số tính tốn ta thu được: T2  360K hay t1=870C B4:Kiểm tra kết quả: Khi bị nén nhiệt độ lượng khí tăng lên, kết thu hoàn toàn phù hợp với thực tế Bài 2: (Đề thi dự bị Duyên Hải Bắc Bộ năm 2013) Trong xi lanh đặt thẳng đứng có chứa lượng khí, đậy phía pittơng khối lượng m  1kg , diện tích S  10cm Pittơng giữ lị xo L nhẹ, dài, độ cứng k  100N / m , đầu lị xo móc vào đinh cố định có độ cao khác hình vẽ Ban đầu, khí xi lanh tích 0,5l nhiệt độ 270 C Lị xo móc vào điểm O, bị nén đoạn 10cm 1) Nung nóng khí xi lanh đến nhiệt độ 1270 C Để vị trí pittơng xi lanh khơng đổi, cần móc đầu lò xo vào điểm M cách O đoạn bao nhiêu, phía nào? 2) Nung nóng khí xi lanh lên đến nhiệt độ 2270 C Để pittơng nằm vị trí phía cách vị trí ban đầu đoạn 50cm , phải móc đầu lị xo vào điểm N cách O đoạn bao nhiêu? Về phía nào? Biết áp suất khí p0  105 N / m2 Lấy g  10m / s Giải: B1: Tóm tắt tốn: m  1kg , S  10cm , k  100 N / m p0  105 N / m2 Lấy g  10m / s - Trạng thái 1: V1= 0,5l , t1= 1270 C , l1  10cm  0,1m - Trạng thái 2: V2=?, t2= 2270 C , l1  10cm  0,1m B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: - Phân tích lực tác dụng lên pít tong trạng thái cân ban đầu: Trọng lực: mg, lực đàn hồi, lực khí nén lên pít tơng, lực khối khí đẩy pít tơng lên - Trong q trình dịch chuyển pít tơng áp dụng đẳng q trình nào? B3: Thực kế hoạch giải tốn: 1) Gọi p áp suất lúc đầu khí xi lanh Khi pit tong cân bằng: p  mg kl   p0  1,2.105 ( N / m ) S S pit tong không dịch chuyển nên q trình biến đổi trạng thái khí q trình đẳng tích Áp suất khí lúc sau: p'  T2 p  1,6.105 ( N / m ) T1 Có p'  mg kl '   p0  l ' 50cm S S Vậy lúc sau lị xo bị nén 50cm  phải móc lị xo vào điểm M phía O cách O khoảng OM  40cm 2) Chiều cao ban đầu cột khí: h  V  50cm S Khi pit tong dịch chuyển lên đoạn 50cm thể tích khí tăng gấp hai: V3  2V Từ phương trình trạng thái  p3  Khi pit tong nằm cân bằng: p3  pVT3  105 ( N / m ) TV3 mg kl3   p0  l3  10cm  lò xo dãn 10cm S S Vậy phải móc lị xo vào điểm N phía cách O khoảng ON  50  10  10  70(cm) B4:Kiểm tra kết quả: Khi bị nén nhiệt độ lượng khí tăng lên, kết thu hoàn toàn phù hợp với thực tế Bài 3: (Chuyên đề Nhiệt Học ôn thi học sinh giỏi quốc gia) Trong ống hình trụ thẳng đứng với hai tiết diện khác có hai pittơng nối với sợi dây nhẹ, căng, không dãn Giữa hai pittơng có mol khí lí tưởng Pittơng có tiết diện lớn pittơng S  10cm2 Áp suất khí bên ngồi p0  105 Pa a) Tính áp suất p khí hai pittơng b) Phải làm nóng khí thêm độ để pittơng dịch chuyển lên đoạn l  5cm Biết khối lượng tổng cộng hai pittông m  5kg Khí khơng lọt ngồi Giải: B1: Tóm tắt tốn: a) Có S1  S  S m  m1  m2 Điều kiện cân hai pit tông: m1 g T  T  S1 ( p  p0 )  m1 g  S1 S1 (1) m2 g T  T  S ( p  p0 )  m2 g  p0  S2 S2 (2) p  p0  p Từ (1) (2)  (S1  S )( p  p0 )  (m1  m2 ) g  mg  p mg  p0  1,5.105 Pa S b) Khi làm nóng khí pittơng dịch chuyển lên đoạn l Muốn pittông cân vị trí p'  p (p’: áp suất chất khí sau dịch pittơng) Theo phương trình C – M: pV  RT p' (V  V )  R(T  T )  T  T V p  V V R mà V  l.S  T  p S l  0,9 K R 5- BÀI TẬP VỀ ĐỒ THỊ: a Phƣơng pháp: - Nắm vững đồ thị đẳng trình hệ tọa độ p-V, V-T, p-T - Áp dụng định luật chất khí tìm thơng số cho điểm b BÀI TẬP MẪU: Bài 1: ( Chuyên đề nâng cao vật lý 10-Vũ Thanh Khiết) V dm3 Một mol khí lý tưởng thực chu trình - - - (hình vẽ) Biết T1=T2 = 400K, 40 T3= T4= 200K, V1 = 40 dm3, V3= 10 dm3 Xác định p1, p2, p3, p4 10 Giải: B1: Tóm tắt toán: O +) Đại lượng biết: T1=T2 = 400K, T3= T4= 200K, V1 = 40 dm3, V3= 10 dm3 +) Đại lượng phải tìm: p1, p2, p3, p4 =? B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: +) Nhận biết đẳng q trình đồ thị: 1-2 đẳng nhiệt, 2-3 đẳng áp, 3-4 đẳng nhiệt, 4-1 đẳng áp +) Áp dụng định Bôi-Lơ-Mariot, Định luật GayLuy-Xac B3: Thực kế hoạch giải toán: 200 400 T(0K) - Các trình – 1, – đẳng áp V tỉ lệ với T - Các trình – 2, – đẳng nhiệt T1 = 2T4 , T2 = 2T3 , nên theo định luật Gayluy- xác: V1 V4 V T V V V V T   V4    20dm3   V2   20dm3 T1 T4 T1 T2 T3 T3 - Ta có: p1V1 = p2V2; p3V3 = p4V4 , p1 = p4; p2 = p3 - Giải hệ phương trình ta được: p1 = p4 = 0.83.105 Pa, p2 = p3 = 1,66.105 Pa B4: Kiểm tra kết quả: Kết thu phù hợp với yêu cầu toán Bài 1: ( Đề thi hsg lý 11 tỉnh Điện Biên năm 2011) Một khối khí lí tưởng xilanh biến đổi qua giai đoạn đồ thị hình vẽ bên: a) Xác định trình biến đổi P(atm) (2) (3) (1) khối khí b) Tính nhiệt độ trạng thái (2) thể tích sau khí qua q trình biến đổi Biết thể tích ban đầu khối khí 10 lít Giải: B1: Tóm tắt tốn: +) Đại lượng biết: p1  1atm, p2  2atm T1  300K , T2  900K +) Đại lượng phải tìm: T2  ?, V3  ? B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: +) Phân tích đẳng q trình: O 300 900 T(K) - Quá trình biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) trình đẳng tích (V = Const) - Q trình biến đổi từ trạng thái (2) đến trạng thái (3) trình đẳng áp (V = Const) - Áp dụng định luật chất khí liên quan tới đồ thị B3: Thực kế hoạch giải toán: - QT (1) -> (2) ta có: P1 P2  T1 T2  T2  - QT (2) -> (3) ta có: P2 T1 2.300   600( K ) P1 V T 10.900 V2 V3 V V     V3    15 lít T2 T3 T2 T3 T2 600 B4: Kiểm tra kết quả: Kết thu phù hợp với yêu cầu toán 6- NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC: a Định nghĩa: Tổng đại số công A nhiệt lượng Q mà hệ trao đổi với môi trường độ biến nội U  U2  U1 hệ; độ biến thiên nội khơng phụ thuộc vào q trình cụ thể thực mà phụ thuộc vào trạng thái đầu (I) trạng thái cuối (F) trình b Biểu thức: Q  U  A  U  A Q: Nhiệt lượng mà hệ nhận A: Công nhận hệ A/: Công sinh hệ U  n.Cv (T2  T1 ) A  / V2  p.dV V1 c BÀI TẬP MẪU: Bài 1: ( Chuyên đề Duyên Hải năm 2013) Cp Khí lý tưởng có số đoạn nhiệt   Cv dãn theo quy luật p  V với  số Thể tích ban đầu khí V0, thể tích cuối qV0 Tính: a Độ tăng nội khí b Cơng mà khí sinh c Nhiệt dung mol khí q trình Giải: B1: Tóm tắt tốn: Đây tốn có tính tổng quát xem biết đại lượng:  , q,V0 ,  B2: Phân tích tốn kế hoạch giải toán: U  - Độ biến thiên nội năng: m Cv  T1  T0   Phải biểu diễn Cv qua hệ số poat xông:  i2 i R i   Cv  R  i  1  1 - Công sinh phải tích theo cơng cụ tốn học tích phân: A  / V2  p.dV V1 Đây tốn quy luật biến đổi khí diễn tả phương trình tốn học: p  V Khi giải, ta cần bám sát khai thác triệt để phương trình B3: Thực kế hoạch giải tốn: a Độ tăng nội khí: U  m Cv  T1  T0  , với T1 nhiệt độ cuối,  T0 nhiệt độ đầu Từ phương trình diễn tả trình biến đổi khí, ta suy ra: p0V0  V02  m RT0  Từ Cv  R , dẫn đến R     1 Cv , thay vào công thức trên, ta được:  1 p0V0  Tương tự m    1C vT0  p1V1  q V02  1 m    1 Cv T1    2 V02 m Từ (1) (2), suy ra: T1  q T0 Cv  , thay vào biểu thức     1 T0 U , được: q2 1 U  V  1 V1 qV0 V0 V0 b Cơng mà khí sinh ra: A  A   pdV   V02 VdV   q 1 c Nhiệt dung mol khí: Theo nguyên lý I, nhiệt lượng mà khí nhận Q  U  A  U  A  V02  q  1 Nhiệt dung mol khí C  Suy ra:  1    1 Q Q U A    m m T m T  T  0  T1  T0   T1  T0     C  Cv  R  const B4: Kiểm tra kết quả: Kết thu phù hợp với yêu cầu toán Bài 2: ( Đề thi thức Duyên Hải năm 2009) Một lượng khí lý tưởng đơn nguyên tử biến đổi từ trạng thái đến trạng thái hình vẽ p p0 p0 O V0 4V0 V 1, Viết phương trình biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ vào thể tích, vẽ đồ thị biểu diễn phương trình 2, Viết phương trình biểu diễn phụ thuộc nhiệt lượng chất khí vào thể tích, vẽ đồ thị biểu diễn phương trình Nêu rõ giai đoạn khí nhận nhiệt, truyền nhiệt Giải: B1: Tóm tắt tốn: +) Khí đơn ngun tử: i=3 +) p1  p0 ,V1  V0 p2  p0 ,V2  4V0 +) Yêu cầu: T=f(V)=? Vẽ đồ thị Q=f(V)=? Vẽ đồ thị B2: Phân tích tốn kế hoạch giải toán: - Gặp dạng toán thường lập phương trình qua điểm (1) (2) - Áp dụng phương trình (C_M) tìm phụ thuộc T vào thể tích V - Khảo sát phương trình bậc theo phương pháp tốn học B2: Phân tích tốn kế hoạch giải tốn: - Phương trình đường thẳng biểu diễn đồ thị có dạng: p  aV  b - Đường thẳng qua trạng thái 1(4 p0 ;V0 ) ; 2( p0 ;4V0 ) , ta có:  p0  4 p0  a.V0  b p a  V0  p  V  p0   V0  p0  4V0 a  b b  5p  T (1) Tmax  6, 25T0 Theo phương trình C_M, ta có: pV  nRT  T  Thay (1) vào (2), ta được: pV nR (2) 6,25T0 4T0 O B A V0 C 2,5V0 4V0 5V0 V T   p0 p0 V   p0 V  p V  V  0 nR  V0 nRV nR  Đồ thị: Tọa độ đỉnh Parabol là:  2,5V0 ;6,25T0  với T0  p0V0 nR  V 0 T 0  V  5V0 2, Xét trình biến đổi chất khí từ trạng thái 1(4p 0,V0) đến trạng thái 3(p,V) - Độ biến thiên nội năng: p i  4p V  p0 U13  nCV T  n R T  4T0   nR  T  0  p 2  nR  p0  nRT  p0V0 O V0 V 4V0 - Vì V > V0 nên q trình chất khí thực công: A13  S13VV0   p0  p V  V0  1   p0V  p0V0  pV  pV0   p0V  p0V0  pV  pV0 2 - Theo nguyên lý I, nhiệt lượng 1 Q  U13  A13  nRT  p0V0  p0V  p0V0  pV  pV0 2  pV  p0V  pV0  p0V0 p   p  2V  V  p0   p0V  V0  V  p0   p0V0  V0  V0   2 p0 25 21  V  p0V  p0V0 V0 2 V Q 2 p0 25 21 V  p0V  p0V0 V0 2 - Đồ thị: 25 289  - Tọa độ đỉnh Parabol:  V0 ; p0V0   32 Q  Nhận 289 Tmax Qmax E pV 0 xét: Từ đồ thị ta thấy 32 + Chất khĩ nhận nhiệt q trình 33 p0V0 thể tích biến đổi từ V  V0 đến 25 O V  V0  3,125V0 + Chất khí truyền nhiệt 25 trình thể tích biến đổi từ V  V0  3,125V0 đến V  4V0 B A V0 C 25 4V0 V V0 V0 B4: Kiểm tra kết quả: Kết thu phù hợp với yêu cầu toán KẾT LUẬN Phần nhiệt học chứa đựng nguyên lý bản, có phạm vi áp dụng rộng vào thực tế máy nhiệt, động xăng, Điazen , phần quan trọng cho lớp chọn, lớp chuyên trường THPT đặc biệt trường THPT chuyên Việc giúp cho học sinh hiểu cách đầy đủ sâu sắc, đồng thời vận dụng tốt quy luật kỳ diệu chất khí quan trọng, đặc biệt học sinh đội tuyển HSG học sinh lớp chuyên Vật lý Bằng việc nghiên cứu tập hợp tư liệu, đây, tơi trình bày số vấn đề xoay quanh nội dung, quy luật, dịnh luật chất khí vào số tập vận dụng có tính phân loại định hướng Chun đề tiến hành triển khai cho em học sinh lớp chuyên Vật lý em đội tuyển ôn luyện thi HSG trường THPT chuyên Do hoàn thành thời gian ngắn, với kinh nghiệm chun mơn cịn có hạn chế định nên chắn chuyên đề tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ quý thầy cô em học sinh để chuyên đề hồn thiện thực hữu ích./