(Sáng kiến kinh nghiệm) 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 các định luật về chất khí lí tưởng 2.2 Phương pháp giải bài tập các nguyên lí nhiệt động lực học Bài tập vận dụng minh họa 3.1 Bài tập phương trình trạng thái 3.2 Bài tập nguyên lí I, II nhiệt động 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 bồi dưỡng HSG vật lý phổ thông, Nhiệt học là một những nội dung quan trọng Nội dung trình Chuyên phần Nhiệt học tập trung ở lớp 10, là lớp đầu cấp Vì vậy, phải hình thành chắc chắn cho các em từ năm học này phương pháp học môn Chuyên của các em mới bắt đầu hình thành Đó là một những khó khăn dạy phần này Ngoài ra, so với chương trình nâng cao, nội dung chương trình Chuyên phần Nhiệt học có sự chênh lệch rất lớn, đòi hỏi các em phải nắm được các kiến thức toán học cao cấp và kiến thức vật lý rất sâu Để góp phần giúp học sinh tiếp cận và hướng dẫn các em tự nghiên cứu sâu thêm phần Nhiệt học chương trình chuyên, 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 các kiến thức chuyên sâu phần Nhiệt học Trình bày các phương pháp đặc trưng giải quyết các bài toán Nhiệt học chương trình bồi dưỡng HSG Hướng dẫn HS giải quyết các bài toán Nhiệt học thông qua hệ thống 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 trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT Lê Lợi nhận thấy số em học sinh hoc phần nhiệt Đặc biệt phần nguyên lí nhiệt động lực học em học sinh lung túng gặp tập phần nguyên nhân: - Trong phần tập sách giáo - Thời lượng phân phối chương trình khơng nhiều - Phần kiến thức nằm ngồi chương trình sách giáo khoa nhiều PHƯƠNG PHÁP: 2.1 Phương pháp nghiên cứu của đề tài - Tổng hợp kiến thức từ các tài liệu bồi dưỡng HSG, các đề thi HSG cấp tỉnh, HSG QG, kinh nghiệm giảng dạy của bản thân và các đồng nghiệp - Dựa vào cơng trình nghiên cứu tâm lý lứa tuổi nhà khoa học - Dựa vào lý luận chung cho cấp học 2.2 Phương pháp thực hiện: - Dựa 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 Đối với lượng khí khơng đổi, q trình biến đổi trạng thái tn theo phương trình trạng thái khí lí tưởng: pV  const T b Từ phương trình trạng thái, suy định luật đẳng trình: - Quá trình đẳng nhiệt (Định luật Bơi lơ – Ma ri ơt): - Q trình đẳng tích (Định luật Sac lơ): Trang p  const T pV  const - Quá trình đẳng áp (Định luật Gay – Luy săc): - Quá trình đoạn nhiệt: pV   const ,  V  const T  Cp CV tỉ số nhiệt dung đẳng áp với nhiệt dung đẳng tích - Q trình đẳng dung (Nhiệt dung khơng đổi hay q trình đa biến): pV   const Trong   Cp C CV  C c Đối với trình biến đổi khí lí tưởng khối lượng khí thay đổi, cần áp dụng phương trình Clappayron – Mendeleev pV m  RT T M Trong m khối lượng khí, M khối lượng mol chất khí đó; R số chất khí Nếu p đo Pa, V đo m3 T đo K R=8,31J/mol.K d Đối với hỗn hợp khí khơng phản ứng hóa học với có đinh luật Dalton áp suất tồn phần hỗn hợp khí ptp   pi i e Dưới quan điểm thống kê có mối liên hệ áp suất động trung bình phân tử khí lí tưởng sau: p  n0 kT  n0 W đ Đây phương trình khí lí tưởng Động trung bình phân tử khí lí tưởng liên hệ với nhiệt độ tuyệt đối sau: Wđ  kT Trong hai công thức trên, k=R/NA=1,38.10-23J/K gọi số Boltzmann; n0 mật độ phân tử khí (số phân tử khí đơn vị thể tích) 1.2 Các ngun lí nhiệt đợng lực học a Nguyên lí I nhiệt động lực học Nguyên lí I nhiệt động lực học thực chất định luật bảo tồn chuyển hóa lượng áp dụng cho q trình nhiệt Biểu thức ngun lí I: Trang Q  A  U Trong đó: Q nhiệt lượng truyền cho vật A công vật thực U độ biến thiên nội vật Khi áp dụng biểu thức Nguyên lí I ta cần ý đến qui ước dấu sau: Q >0 vật nhận nhiệt, Q0 vật sinh công dương, A0 nội hệ tăng, U 0, ngược lại A