Phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 10 trung học phổ thông qua dạy học bài tập chương chất khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ VĂN SÁU PHÁT HIỆN VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUA DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ VĂN SÁU PHÁT HIỆN VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUA DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” Chuyên ngành: Lý luận PPDH môn Vật Lý Mã số: 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN QUANG LẠC NGHỆ AN - 2018 i LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Quang Lạc, người định hướng đề tài hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau Đại học, khoa Vật lý trường Đại học Vinh tất thầy cô giáo tham gia giảng dạy trình đào tạo thạc sĩ chuyên nghành Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật lý khóa 24 trường Đại học Vinh Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu giáo viên Trường THPT Lê Lợi - Thọ Xuân - Thanh Hóa tạo điều kiện tốt để tiến hành thực nghiệm sư phạm đề tài Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người cổ vũ, động viên để tơi hồn thành luận văn Thanh Hóa, tháng năm 2018 Tác giả Lê Văn Sáu ii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 1.1 Vấn đề bồi dưỡng nhân tài mục tiêu giáo dục nước ta 1.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi - hình thức dạy học phân hóa 1.2.1 Khái niệm dạy học phân hóa 1.2.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 1.3 Bài tập vật lý với việc phát bồi dưỡng học sinh giỏi 17 1.3.1 Chức lý luận dạy học tập Vật lý 17 1.3.2 Các dấu hiệu nhận biết tập sáng tạo vật lý 22 1.4 Quy trình xây dựng hệ thống tập vật lý bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 23 1.5 Các hình thức dạy học tập bồi dưỡng học sinh giỏi 24 1.5.1 Luyện tập giải tập cá nhân nhà 24 1.5.2 Giải tập theo nhóm 25 1.5.3 Luyện tập giải đề thi thử tuyển chọn học sinh giỏi vật lý 25 Kết luận chương 26 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 28 2.1 Mục tiêu dạy học chương “Chất khí” 28 2.1.1 Mục tiêu kiến thức 28 iii 2.1.2 Mục tiêu kỹ 28 2.1.3 Mục tiêu thái độ 28 2.2 Phân tích cấu trúc, nội dung dạy học chương “Chất khí” 29 2.2.1 Đặc điểm chương chất khí 29 2.2.2 Sơ đồ logic cấu trúc chương chất khí 30 2.2.3 Nội dung chương 31 2.2.4 Nội dung kiến thức kỹ vượt chuẩn cần bổ sung theo hướng bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 35 2.3 Phân tích số đề thi học sinh giỏi vật lý cấp từ năm 2015 đến 2018 37 2.3.1 Đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia 37 2.3.2 Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh (Thanh Hóa) 38 2.4 Xây dựng hệ thống tập phần “Chất khí” bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý trường trung học phổ thông 39 2.4.1 Bài tập bổ túc kiến thức vượt chuẩn 39 2.4.2 Bài tập luyện tập nâng cao 47 2.4.3 Bài tập sáng tạo có nội dung thí nghiệm 63 2.4.4 Bài tập sáng tạo có nội dung thực tế, kỹ thuật 64 2.5 Sử dụng hệ thống tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 10 trường trung học phổ thông 72 2.5.1 Sử dụng tập phát hiện, đánh giá học sinh giỏi 72 2.5.2 Bài học luyện tập giải tập lớp 73 2.5.3 Tự giải tập nhà 74 Kết luận chương 76 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 77 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 77 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 77 3.3 Phương pháp thực nghiệm 78 3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm 78 3.4.1 Công tác chuẩn bị 78 3.4.2 Mô tả diễn biến thực nghiệm sư phạm 79 iv 3.5 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 79 3.5.1 Phân tích đánh giá định tính 79 3.5.2 Phân tích đánh giá định lượng 81 Kết luận chương 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 Kết luận 86 Kiến nghị 86 TÀI LIẸU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BGD-ĐT Bộ Giáo dục Đào tạo CH Câu hỏi ĐC Đối chứng DH Dạy học ĐHPT Động học phân tử ĐL Định luật GDTrH Giáo dục trung học GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh HSG Học sinh giỏi KLR Khối lượng riêng NXB Nxb PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa SL Số lượng TBKT Trung bình kiểm tra THPT Trung học phổ thơng TN Thực nghiệm TNVL Thí nghiệm vật lý TTĐ Trước tác động VL Vật lý vi DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ Trang Bảng: Bảng 1.1 Các học sinh Việt Nam giành hai huy chương vàng IPhO 14 Bảng 1.2 Một số thành tích mơn Vật lý trường THPT Lê Lợi - Thọ Xuân - Thanh Hóa từ năm 2013 - 2018 15 Bảng 2.1 Ma trận phân bố số câu, số điểm đề thi HSG quốc gia từ năm 2015 đến 2018 38 Bảng 2.2 Ma trận phân bố số câu, số điểm đề thi HSG tỉnh (Thanh Hóa) từ năm 2015 đến 2017 38 Bảng 3.1 Bảng phân phối thực nghiệm 82 Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất 82 Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất tích lũy 83 Bảng 3.4 Bảng thông số thống kế toán học 84 Đồ thị: Đồ thị 3.1 Đồ thị phân phối tần suất 82 Đồ thị 3.2 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy 83 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Dân tộc Việt Nam ta trường tồn phát triển ngày nhờ nhiều yếu tố yếu tố có ý nghĩa quan trọng việc chăm lo đến giáo dục Từ lâu ông cha ta cho rằng: “Hiền tài ngun khí quốc gia” Câu nói hiểu ngun khí mạnh nước mạnh, ngun khí suy nước suy Chính lẽ đó, việc đào tạo kén chọn nhân tài trở thành yêu cầu cho tồn phát triển đất nước mãi phương châm xuyên suốt trình hình thành phát triển dân tộc ta Trong thời đại ngày nay, thời đại mà khoa học kỹ thuật phát triển vơ nhanh chóng, việc đào tạo nhân tài không yêu cầu trước mắt mà yếu tố định đến phát triển rút ngắn khoảng cách nước ta với phần lại giới Sở dĩ đặt vấn đề xuất phát từ chỗ, tri thức cần coi tài nguyên lớn nhất, quan trọng nhất, khơng có tài ngun so sánh thời đại ngày Khi ta nhận thức tài nguyên thiên nhiên dù phong phú đến đâu vơ hạn, nguồn lực nhân tài lại nguồn lực không giới hạn Trong môi truờng cạnh tranh, với điều kiện so sánh giống nhau, nước biết cách chăm lo đến giáo dục bồi dưỡng nhân tài, nước nhanh chóng chiếm lĩnh ưu kinh tế - kỹ thuật từ phát huy nhanh chóng sức mạnh tổng hợp thúc đẩy kinh tế phát triển, ta lấy Singapore làm ví dụ: với đất nước gần khơng có tài ngun thiên nhiên, biết khơi dậy chăm lo đến việc đào tạo nguồn nhân lực, đến từ đất nước “làng chài” trở thành nước cơng nghiệp, có ngành kinh tế mũi nhọn phát triển rực rỡ Từ thực tế diễn giới khu vực, khẳng định thực tế muốn tiến nhanh, tiến mạnh đường công nghiệp hóa đại hóa đất nước, vấn đề có ý nghĩa cấp bách phải hình thành thực thi chiến lược sách lược toàn diện đào tạo nguồn nhân lực có việc đào tạo nhân tài cho đất nước, người vừa nắm vững có khả tiếp cận với trình độ khoa học kỹ thuật đại, vừa có khả ứng dụng kiến thức vào thực tế đời sống Cũng theo hội nghị Ban chấp hành trung ương khóa XI đưa nghị số 29/NQ-TW ngày 04-1102013 Nghị số 44/NQ-CP ngày 09-062014 phủ ban hành Chương trình hành động, đổi toàn diện giáo dục đào tạp đáp ứng yêu cầu xã hội hội nhập quốc tế Đặc biệt, nghị nhấn mạnh việc đổi chương trình SGK phổ thơng, khung chương trình đạo tạo bậc ĐH THCN theo định hướng phát triển lực, tư sáng tạo người học Từ mục tiêu đó, giáo dục phổ thơng trọng đến việc đổi phương pháp dạy học, nhằm bồi dưỡng cho học sinh lực sáng tạo, lực giải vấn đề Năng lực giải vấn đề không bao gồm kĩ giải vấn đề mà có kĩ tư duy, sáng tạo đánh giá Thực tiễn sống xuất vấn đề khác nhau, địi hỏi cá nhân phải có phương án giải tối ưu Vì vậy, bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh nhiệm vụ quan trọng trình dạy học Trong dạy học Vật lý, để nâng cao chất lượng học tập phát triển lực giải vấn đề học sinh có nhiều phương pháp khác Trong đó, hướng dẫn giải tập vật lí phương pháp dạy học, có tác động tích cực đến việc giáo dục phát triển học sinh Đồng thời thước đo thực chất, đắn nắm vững kiến thức, kĩ học sinh Mặc khác, số lượng tập vật lí sách giáo khoa sách tập nhiều, việc lựa chọn sử dụng hiệu quả, giúp bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh, đòi hỏi giáo viên phải có chuẩn bị tốt để đạt hiệu mong muốn Bài tập vật lý phương tiện giúp nâng cao lực phát giải vấn đề cho học sinh hiệu Bằng nhiều dạng tập, nhiều cách khai thác khác nhau, tạo nhiều biện pháp sử dụng tập nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh Thực tế trường phổ thông giảng dạy, giáo viên chưa P17 - Dựa vào thể tích Bài 1: Một hỗn hợp khí Arogon áp suất p =152.103(N/ m2 ) khối lượng riêng nhiệt độ T=300K, khối lượng riêng  = 2kg / m Tính tìm khối lượng hỗn mật độ phân tử khí He hỗn hợp Biết He=4, Ar=40 hợp khí? Lời giải tóm tắt: - Viết phương trình - Khối lượng 1m3 hỗn hợp khí là: m = .V = 2.1= 2(kg) ClaperônMenđêlêep cho Gọi m1 m2 khối lượng khí He Ar hỗn hợp khí để tính áp suất ta có: m=m1+m2 riêng phần Theo phương trình Claperơn-Menđêlêep áp suất riêng phần khí? khí - Cơng thức định p1 = m1 RT (1) 1 V p2 = m2 RT (2) 2 V luật Đan-tơn Khí He: trường hợp có mối liên hệ với Khí Ar: hai áp suất tính Theo định luật Đan-Tơn ta có: trên? - Suy khối lượng  m m  RT  m m  pV p = p1 + p2 =  +   + = (3)  1 2  V  1 2  VRT khí? Kết hợp (1) (3) suy ra: - Viết cơng thức tính 152.103.1 pV − 40.2 12 − 2m 40.40 8,31.103.300 RT m2 = = = 1,9512(kg ) 1 − 2 − 40 số phân tử khí? Số phân tử Ar 1m3 khối hỗn hợp khí: N2 = m2 2 N A = 1,9512 6, 023.1026 = 0, 294.1026 / m3 40 Khối lượng He có 1m3 hỗn hợp khí là: m1=m-m2=2-1,9512=0,0488(kg) - Số phân tử khí He 1m3 hỗn hợp khí: N1 = m1 1 N A = 0, 0488 6, 023.1026 = 0, 0734.1026 / m P18 Bài 2: Một bình tích V chứa mol khí lí tưởng có van bảo hiểm xi lanh (có kích thước nhỏ so với bình ) có pít tơng nhỏ diện tích S, giữ lị xo có độ cứng k (Hình vẽ) Khi nhiệt độ khí T1 pít tơng cách lỗ thóa khí khoảng L Nhiệt độ khí tăng tới - Pít tơng chịu tác giá trị T2 khí ngồi? LL dụng lực? - Viết phương trình điều kiện cân pít tơng (trước Lời giải tóm tắt sau pít tơng Gọi p1 p2 áp suất khí ứng với nhiệt độ T1 T2 nén) ? - Trong thông số - Gọi a độ nén ban đầu lò xo, áp dụng điều kiện cân trạng thái P,V, T lị xo ta có thơng số khơng - Trước pít tơng nén: k.a=p1.S(1) đổi, viết phương - Sau pít tơng nén k(a+L)=P2 .S (2) trình trạng thái cho Từ (1) (2) suy k.L=(p2-p1)S (3) khối khí trước Vì thể tích xi lanh khơng đáng kể so với thể tích V sau pit tơng nén? bình nên coi thể tích khí khơng đổi V Áp dụng phương trình trạng thái khí trước sau pít tơng nén ta có:  p1.V = R.T1 R → P2 − P1 = (T2 − T1 )(4)  V  p2 V = R.T2 Từ (3) (4) suy T2 − T1 = KLV RS Như khí thóat ngồi nhiệt độ khí lên đến T2 = T1 + KLV RS P19 a) Bài 3: Một xi lanh cách nhiệt nằm ngang kín hai đầu, -Viết cơng thức tính chia làm hai ngăn nhờ pít tơng mỏng có khối lượng mthể tích khí 400g, diện tích tiết diện S=100cm2 Pít tơng cách nhiệt có ngăn xi thể dịch chuyển không ma sát bên xi lanh Hai ngăn lanh lúc đầu? cảu xi lanh có lị xo nhẹ có độ cứng -Phươngtrình k=10N/m Lị xo thứ có chiều dài tự nhiên l01 = 50cm Claperôn- gắn đầu vào đầu A xi lanh đầu gắn với Menđêlêep cho chất Pít tơng, lị xo thứ hai có chiều dài tự nhiên l02 = 30cm khí ngăn xi lanh lúc này? -Suy nhiệt độ, độ chênh lệch nhiệt gắn vào đầu B Xi lanh đầu gắn với pít tơng Lúc đầu ngăn bên trái chứa 2g khí He ngăn bên phái chứa 3g khí oxi, áp suất khí hai bên xi lanh 1,2.105 N / m2 Pít tơng cân lị xo có chiều dài độ hai ngăn p= tự nhiên xi lanh? b) a) Tính độ chênh lệch nhiệt độ hai ngăn xi lanh?  quanh trục thẳng -Khi pít tơng quay b)Cho xilanh quay với tốc độ góc pít tơng dịch chuyển đứng Oz qua trọng tâm xi lanh có cân nào, lị xo tương đối, pít tơng dịch chuyển đoạn x=10cm Coi  nén, lị xo q trình dịch chuyển Pit tơng đẳng nhiệt Tìm ? 40+x giãn? -Khi Pit tông cách trục quay Oz A l2 A B đoạn bao nhiêu? -Viết phương trình đẳng nhiệt cho Lời giải tóm tắt: chất khí hai a) Tính độ chênh lệch nhiệt độ hai ngăn:  V01 = S l01  V = S l02 -khi pít tơng quay -Thể tích ngăn lúc đầu:  02 ngăn theo phương ngang, áp dụng phương trình Claperơn-Menđêlêep cho chất khí pít tơng chịu tác ngăn ta có nhiệt độ ngăn: P20 dụng lực  -Suy tốc độ quay p.V01 p.S l01 = 144, K  T1 = n RT = m 1 R  1   p.V02 p.S l02  T2 = = = 462,1K n2 RT2 m2 R   2  xilanh T = T2 −T1 = 317,7K nào? Điều kiện cân tương đối xi lanh? Vậy độ chênh lệch nhiệt độ b) Tính tốc độ quay xi lanh: Giả sử xi lanh quay, pít tơng di chuyển sang bên B đoạn x, lị xo dãn đoạn x, lò xo nén đoạn x Pít R= tơng cách trục quay Oz đoạn: l01 − l02 50 − 30 +x= + 10 = 20cm(1) 2 -Gọi p1 áp suất khí He, p2 áp suất khí Oxi Vì nhiệt độ ngăn xi lanh không đổi nên: p1V1 = p.V01 → p1 = p V01 l = p 01 = 105 N / m (2) V1 l01 + x p2V2 = p.V02 → p2 = p Và V02 l = p 02 = 1,8.105 N / m (3) V2 l02 + x Khi xi lanh quay theo phương ngang pít tơng chịu tác dụng lực đàn hồi lò xo, lực quán tính li tâm, áp lực khí hai bên tạo nên Phương trình cân tương đối tĩnh xi lanh là: Fdh01 + Fdh02 + p2 S = Fqt + p1S  m R − 2kx = ( p2 − p1 )S  = (p2 − p1 )S + 2kx (4) mR Thay số ta có:  = 401(rad / s) P21 Phụ lục 2.4 Giáo án số 3- Luyện giải tập cá nhân lớp (3 tiết) Hệ thống câu hỏi Nội dung định hướng -Em liệt kê Bài 1: Hai bình thủy tinh A B có thể tích, chứa thơng số P, V, T khơng khí, nối với ống nhỏ nằm khối khí bình ngang, tiết diện S=1cm2 Trong ống có thủy tinh A B trước giọt thủy ngân nhỏ Khi nhiệt độ bình A 00 C nhiệt độ sau tăng nhiệt bình B 270 C giọt thủy ngân nằm ống Giữ độ ? nguyên nhiệt độ bình B, tăng nhiệt độ bình A lên đến -Khi giọt thủy ngân 270 C ta thấy giọt thủy ngân nằm cân di chuyển 2cm Hỏi thể tích hai thơng số khối khí lúc đầu bao nhau? -Viết đẳng nhiêu? 00 C phương Lời giải tóm tắt: trình tương ứng? -Gọi VA, PA, TA -Suy kết thể tích, áp suất nhiệt độ A 270 C B bình A lúc chưa tăng nhiệt độ -Gọi VB, PB, TB thể tích, áp suất nhiệt độ bình B lúc chưa tăng nhiệt độ -Gọi V’A, P’A, T’A thể tích, áp suất nhiệt độ bình A lúc tăng nhiệt độ -Gọi V’B, P’B, TB thể tích, áp suất nhiệt độ bình B lúc tăng nhiệt độ TA = 273K  TB = 27 + 273 = 300 K T ' A = 27 + 273 = 300 K → T ' A = T 'B  T 'B = TB = 300 K Đối với khối khí bên A B có: P22  p A VA P ' A V ' A =  T 'A  TA  pB VB P 'B V 'B =  TB T 'B  Vì VA=VB pA=pB ta suy TA.V 'A = TB.V 'B Với V = 2cm2 thể tích sai lệch khối khí hai bên ta có: V ' A = VA + V  V 'B = VB − V = VA − V nên VA = 21, 22V = 21, 22.2 = 42, 4cm thể tích lúc đầu hai khối khí hai bên : VA = VB = 42, 4cm -Em liệt kê Bài 2: Trong xi lanh đặt thẳng đứng, có khối khí thơng số P, V, T cao 30cm áp suất 1,1.105 pa nhiệt độ 270C Khi đặt khối khí xi lanh vật nặng M lên pít tơng, pít tơng hạ xuống lúc đầu sau đặt khoảng 10cm nhiệt độ khối khí 670C Cho vật nặng lên xi lanh? -Viết phương biết xi lanh có tiết trình diện trạng thái cho khối S=50cm2 khí? g=10m/s2 M 30cm Tính 10cm khối lượng m vật nặng? Lời giải tóm tắt: Trạng thái khối khí xi lanh lúc đầu:  p0 = 1,1.105 Pa  V0 = 30.50 = 1500cm T = 273 + 27 = 300 K  lê khối khí là: pM = Vì áp suất vật nặng M tác dụng mg S Nên trạng thái khối khí lúc sau P23  p = p0 + pM = 1,1.105 Pa + PM  V0 = (30 − 10).50 = 1000cm T = 273 + 67 = 340 K  áp dụng phương trình trạng thái ta có: p V T 1500.340 p.V p0 V0 = →P= 0 = 1,1.105 = 1,87.105 pa T T0 V T0 1000.300 5 Vậy pM = p − p0 = 1,87.10 −1,1.10 = 0,77.10 pa Suy khối lượng vật nặng: m= pM S 50.10−4 = 0,77.105 = 38,5.kg g 10 -Bài toán đề cập đến Bài 3: Có ba bình tích V1 = V;V2 = 2V;V3 = 3V thơng vấn đề gì? với cách nhiệt Ban đầu bình trình chứa nhiệt độ T0 áp suất p0 Người ta hạ Mendeleev-Clapeyron T T1 = cho khí bình nhiệt độ bình xuống nâng nhiệt độ bình lên -Viết phương thời điểm? T2 = 1,5T0 bình lên T3 = 2T0 Tính áp suất p mới? -Số mol khí bình có thay đổi khơng? -Có thể lập hệ phương trình từ kiện để tìm kết quả? Lời giải tóm tắt: Thể tích tổng cộng bình là: V =V1 +V2 +V3 = 6V Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho trạng thái khí ban đầu: 6V p0 = nRT0 → n = 6V p0 (1) RT0 Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho trạng thái sau bình: P24  2.V p V1 p = n1RT1 → n1 = RT0   2V p (2) V2 p = n2 RT2 → n2 = 1,5 RT   3V p V3 p = n3 RT3 → n2 = 2.RT0  Do tổng số mol không đổi nên n=n1+n=2+n3 (3) Từ (1) (2) (3) ta có: p = (2 + + ) p0 → p = (2 + + ) p0 2 P25 Phụ lục 2.5 Đề kiểm tra đầu vào lần thứ hai TRƯỜNG THPT LÊ LỢI ĐỀ THI KHẢO SÁT HỌC SINH GIỎI ĐỘI TUYỂN TRƯỜNG MÔN VẬT LÝ PHẦN CHẤT KHÍ LẦN THỨ HAI NĂM HỌC 2017-2018 (Thời gian làm 120 phút) ĐỀ BÀI Bài 1: (5 điểm) Có g khí Heli (coi khí lý tưởng đơn nguyên tử) thực chu trình - - - - biểu diễn giản đồ P-T hình bên Cho P0 = 105Pa; T0 = 300K a) Tìm thể tích khí trạng thái b) Hãy nói rõ chu trình gồm đẳng trình Vẽ lại chu trình giản đồ P-V giản đồ V-T (cần ghi rõ giá trị số chiều biến đổi chu trình) Bài 2: (6 điểm) Một xi lanh thẳng đứng kín hai đầu, xi lanh có pit tơng khối lượng m (có thể trượt khơng ma sát) Ở pít tơng có hai lượng khí Ban đầu nhiệt độ 270C tỷ số thể tích phần V1 = n = Hỏi nhiệt độ tăng lên đến V2 3270C tỷ số phần bao nhiêu? P26 Bài 3: (5 điểm) Một bình kín hình trụ chiều cao h, đặt thẳng đứng chia làm hai phần nhờ pittơng cách nhiệt hình Pittơng có khối lượng M = 500g chuyển động khơng ma sát xi lanh Phần bình chứa khí Hêli, phần bình chứa khí Hiđrơ Biết hai khối khí có khối lượng m ban đầu nhiệt độ t0 = 270 C , lúc pittơng nằm cân vị trí cách đáy đoạn 0,6h Biết tiết diện bình S = 1dm2 a) Tính áp suất khí phần bình b) Giữ nhiệt độ khơng đổi phần bình, cần nung nóng phần cịn lại đến nhiệt độ để pittông cách hai đáy bình Bài 4: (4 điểm) Hãy trình bày cách xác định áp suất khí tay bạn có ống thủy tinh đầu kín, đầu hở, ống cao su, chậu nước, phễu, thước? P27 Phụ lục 2.4 Đáp án hướng dẫn chấm kiểm tra đầu vào lần thứ hai ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN CHẤM Hướng dẫn giải Điểm a Quá trình - có p tỷ lệ thuận với T nên q trình đẳng tích, 0,5đ Bài thể tích trạng thái nhau: V1 = V4 Sử dụng phương trình Clapeyron-Mendeleep trạng thái ta có: P1V1 = 1đ m RT1 m RT1 , suy ra: V1 =   P1 Thay số: m = 1g;  = 4g/mol; R = 8,31 J/(mol.K); T1= 300K P1 = 0,5đ 2.105 Pa ta được: V1 = 8,31.300 = 3,12.10 −3 m 2.10 1đ b Từ hình vẽ ta xác định chu trình gồm đẳng trình sau: - đẳng áp; - đẳng nhiệt; - đẳng áp; - đẳng tích Vì vẽ lại chu trình giản đồ P-V (hình a) 2đ giản đồ V-T (hình b) sau: 1đ - Khi pít tơng nằm cân pít tông chịu tác dụng lực bao gồm trọng lực, áp suất phần phần khối khí tác dụng lên pít tơng Ta có điều kiện cân bằng: 1đ P28  p1.S + mg = p2 S → P1 − P '1 = P2 − P '2 → P2 − P1 = P '2 − P '1   p1 '.S + mg = p '2 S p' n −1 → (n − 1) p1 = (m − 1) p '1  = (1) p1 m − 1đ Mặt khác V1 + V2 = V '1 + V '2 → V '  m   n +1  n +1 m +1 V1 = V '1 → =  .  (2) n m V1  n   m +1  Áp dụng phương trình trạng thái cho lượng khí ta có: PV P' V ' T P' V ' 1 = 1 → = 1 (3) T1 T1 ' T1 PV 1 1đ Thay (1), (2) vào (3) thay số ta có:    5m  2=  → 8m − 15m − =    m −   4(m+  Kết m = 2,3 nhận, m