Xây dựng chuyên đề phần nhiệt học bồi dưỡng cho học sinh chuyên vật lí trường trung học phổ thông chuyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ MINH KHÔI XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ PHẦN NHIỆT HỌC BỒI DƢỠNG CHO HỌC SINH CHUN VẬT LÍ TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ MINH KHÔI XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ PHẦN NHIỆT HỌC BỒI DƢỠNG CHO HỌC SINH CHUYÊN VẬT LÍ TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học Vật lí Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HÀ VĂN HÙNG NGHỆ AN - 2017 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hà Văn Hùng, ngƣời định hƣớng đề tài hƣớng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Đào tạo Sau Đại học, khoa Vật lý Trƣờng Đại học Vinh tất thầy cô giáo tham gia giảng dạy trình đào tạo thạc sỹ chuyên ngành Lý luận phƣơng pháp dạy học môn Vật lý khóa 23 Trƣờng Đại học Vinh Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban giám hiệu, tổ Vật lý trƣờng THPT Chuyên Lê Khiết - nơi công tác, giúp đỡ tạo điều kiện để tiến hành thực nghiệm sƣ phạm Cuối cùng, xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ngƣời ln cổ vũ, động viên để tơi hồn thành luận văn Nghệ An, tháng năm 2017 Lê Minh Khôi MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU .1 Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƢỠNG HỌC SINH CHUYÊN VẬT LÍ Ở TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 1.1 Mục tiêu giáo dục nƣớc ta 1.1.1 Mục tiêu chung giáo dục 1.1.2 Mục tiêu giáo dục thống trƣờng chuyên 1.2 Chƣơng trình kế hoạch giáo dục trƣờng chuyên 1.2.1 Chƣơng trình kế hoạch giáo dục trƣờng chuyên 1.2.2 Xây dựng tài liệu dạy học trƣờng Trung học phổ thông chuyên 1.3 Bồi dƣỡng học sinh giỏi Vật lí học sinh Trung học phổ thơng chun 1.3.1 Khái niệm học sinh giỏi Vật lí học sinh Trung học phổ thơng chun 1.3.2 Những lực, phẩm chất cần có học sinh giỏi, học sinh giỏi Vật lí 12 1.3.3 Tầm quan trọng việc bồi dƣỡng học sinh chuyên, học sinh giỏi 14 1.3.4 Một số biện pháp bồi dƣỡng học sinh chuyên, học sinh giỏi Vật lí 15 1.4 Thực trạng bồi dƣỡng học sinh chuyên, học sinh giỏi Vật lí trƣờng Trung học phổ thông chuyên 17 1.5 Các chuyên đề Vật lí với việc bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí 19 1.5.1 Vị trí, chức chuyên đề bồi dƣỡng chƣơng trình chuyên sâu mơn Vật lí Trung học phổ thơng chun 19 1.5.2 Hệ thống lý thuyết chuyên đề bồi dƣỡng 20 1.5.3 Hệ thống tập Vật lí chuyên đề bồi dƣỡng 20 1.5.4 Cấu trúc chuyên đề bồi dƣỡng học sinh giỏi 20 1.5.5 Quy trình xây dựng chuyên đề bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí 21 1.6 Phƣơng pháp hình thức dạy học chuyên đề bồi dƣỡng học sinh chuyên 22 1.6.1 Dạy chuyên đề lớp chuyên 22 1.6.2 Luyện tập giải tập cá nhân nhà 23 Chƣơng XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ PHẦN NHIỆT HỌC BỒI DƢỠNG HỌC SINH CHUYÊN VẬT LÝ TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHUN 25 2.1 Tóm tắt nội dung dạy học phần nhiệt học Trung học phổ thông theo Chuẩn kiến thức kỹ 25 2.2 Phân tích số đề thi chọn học sinh giỏi cấp từ 2014 đến 2017 27 2.2.1 Đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia 27 2.2.2 Đề thi học sinh giỏi cấp Tỉnh (Quảng Ngãi) 27 2.2.3 Khảo sát đánh giá lực học sinh - đối tƣợng dạy học chuyên đề 28 2.3 Xây dựng chuyên đề phần Nhiệt học bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí trƣờng Trung học phổ thông chuyên 29 2.3.1 Mục tiêu chung cấu trúc chuyên đề 29 2.3.2 Chuyên đề bồi dƣỡng học sinh chuyên phần Nhiệt học 30 2.3.4 Chuyên đề bồi dƣỡng cho học sinh chuyên Trung học phổ thông 59 2.3.5 Đề kiểm tra kiến thức đầu vào kết thúc học chuyên đề 77 2.3.6 Phƣơng án dạy học chuyên đề bồi dƣỡng phần Nhiệt học cho học sinh chuyên Vật lý 77 Chƣơng THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 79 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 79 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 79 3.3 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 79 3.4 Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 79 3.4.1 Xây dựng kế hoạch tiến hành thực nghiệm 79 3.4.2 Tiến hành giảng dạy chuyên đề bồi dƣỡng để thực nghiệm 79 3.4.3 Kiểm tra đánh giá đối tƣợng 80 3.5 Đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm 80 3.5.1 Kết kiểm tra đánh giá 80 3.5.2 Xử lí kết thực nghiệm 81 3.5.3 Các thông số thống kê 82 3.5.4 Kiểm định giả thuyết thống kê 83 3.6 Rút kinh nghiệm việc xây dựng sử dụng hệ thống tập phần nhiệt học Trung học phổ thông cho việc bồi dƣỡng học sinh giỏi 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN TT Từ đầy đủ Từ viết tắt BGD & ĐT Bộ Giáo dục Đào tạo GV Giáo viên GDTrH Giáo dục trung học HS Học sinh HSG Học sinh giỏi KLT Khí lí tƣởng KT, KN Kiến thức kỹ NC Nâng cao NĐLH Nhiệt động lực học 10 NXB Nhà xuất 11 PPDH Phƣơng pháp dạy học 12 STD Sau tác động 13 SGK Sách giáo khoa 14 TBKT Trung bình kiểm tra 15 TTD Trƣớc tác động 16 THPT Trung học phổ thông 17 TLDH Tƣ liệu dạy học DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU Trang Sơ đồ Sơ đồ 1.1 Quy trình xây dựng chuyên đề bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí 21 Sơ đồ 2.1 Cấu trúc chƣơng chất khí - Vật lý 10 NC 25 Sơ đồ 2.2 Cấu trúc chƣơng chất rắn, chất lỏng chuyển thể 26 Sơ đồ 2.3 Cấu trúc chƣơng sở nhiệt động lực học - Vật lý 10 NC 26 Bảng Bảng 2.1 Ma trận phân bố số câu, số điểm đề thi HSG quốc gia từ năm 2014 đến 2017 (03 ngày) 27 Bảng 2.2 Ma trận phân bố số câu, số điểm đề thi HSG tình Quảng Ngãi từ năm 2015 đến 2017 27 Bảng 2.3 Kế hoạch dạy chuyên đề cho lớp 10 Lý trƣờng THPT Chuyên Lê Khiết 78 Bảng 3.1 Kết phân phối thực nghiệm 81 Bảng 3.2 Phân phối tần suất 81 Bảng 3.3 Phân bố tần suất tích luỹ 82 Bảng 3.4 Các thơng số thống kê tốn 83 Đồ thị Đồ thị 3.1 Phân bố tần số 81 Đồ thị 3.2 Phân bố tần suất tích lũy 82 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đào tạo sử dụng nhân tài vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu quốc gia giáo dục ngành ln đƣợc quan tâm lớn tồn xã hội Đảng ta khẳng định mục tiêu chung giáo dục “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dƣỡng nhân tài” Bồi dƣỡng nhân tài thuộc loại hình dạy học chuyên biệt nhà trƣờng trung học phổ thông (THPT) Hơn 50 năm qua (từ 1966) bồi dƣỡng nhân tài đƣợc thực trƣờng THPT khiếu, trƣờng THPT chuyên hệ thống lớp chọn số trƣờng THPT nay.Hệ thống truờng chuyên trung học phổ thông nuớc đóng vai trị quan trọng việc phát hiện, bồi duỡng học sinh giỏi nôi để đào tạo nhà khoa học, nhà quản lý, doanh nhân giỏi cho đất nƣớc Theo Quy chế tổ chức hoạt động trƣờng THPT chuyên ban hành thơng tƣ 06/2012/TT-BGDĐT ngày 15/02/2012 mục tiêu trƣờng khiếu, trƣờng chuyên là: “phát học sinh có tƣ chất thơng minh, đạt kết xuất sắc học tập phát triển khiếu em số môn học sở đảm bảo giáo dục phổ thơng tồn diện; có khả tự học, nghiên cứu khoa học sáng tạo; có sức khỏe tốt để tiếp tục đào tạo em trở thành nguồn nhân lực bậc cao, nhân tài quốc gia”, với mục tiêu trƣờng khiếu, trƣờng chuyên nhận đƣợc quan tâm, đầu tƣ lớn nhân lực vật chất từ phía địa phƣơng nhà nƣớc Bồi dƣỡnghọc sinh chuyên Vật lí trƣờng THPT chuyên q trình mang tính khoa học địi hỏi phải có chiến luợc lâu dài, có nội dung chƣơng trình phƣơng pháp phù hợp Vì việc xây dựng chuyên đề bồi dƣỡng học sinh giỏi dựa sở lí luận phƣơng pháp giảng dạy mơn Vật lí đầy đủ sở lý thuyết hệ thống tập tƣơng ứng với phần kiến thức việc làm quan trọng công tác bồi dƣỡng học sinh giỏi Đối với học sinh chuyên Vật lí trƣờng THPT chuyên, ngồi việc học chƣơng trình Vật lí nâng cao làm tảng em cịn phải bổ sung thêm chƣơng trình chun sâu Vật lí theo văn số 10803/BGDĐT-GDTrH ngày 16/12/2009 Ở trƣờng THPT chuyên công tác bồi dƣỡng HSG đƣợc đặt lên hàng đầu việc dạy bồi dƣỡng HSG thƣờng đƣợc tổ chức dạy đồng thời với chƣơng trình học lớp sau dạy bồi dƣỡng HSG cho đội tuyển Trong chƣơng trình bồi dƣỡng HSG vật lý phổ thông, Nhiệt học nội dung quan trọng, hầu hếtcác đề thi HSG có câu phần Nội dung chƣơng trình chuyên sâu phần Nhiệt học tập trung lớp 10 lớp đầu cấp, phải hình thành chắn cho em từ năm học phƣơng pháp học môn Chuyên em bắt đầu tiếp cận Đó khó khăn dạy phần Ngồi ra, so với chƣơng trình nâng cao, nội dung chƣơng trình Chun sâu phần Nhiệt học có chênh lệch lớn, đòi hỏi em phải nắm bắt đƣợc kiến thức toán học đƣợc bổ sung kiến thức vật lý sâu sắc Xuất phát từ nhiệm vụ giáo viên trƣờng THPT chuyên để góp phần giúp học sinh chun Vật lí tiếp cận, nghiên cứu sâu thêm phần Nhiệt học chƣơng trình chun, tơi chọn đề tài Luận văn Thạc sĩ là: “Xây dựng chuyên đề phần Nhiệt học bồi dưỡng học sinh chuyên Vật lí trường Trung học phổ thơng chun” nhằm góp phần nâng cao chất luợng bồi duỡng học sinh giỏi, nâng cao chất luợng giảng dạy Vật lí lớp chuyên Vật lí THPT Mục đích nghiên cứu Xây dựng chuyên đề phần Nhiệt học bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí trƣờng THPT chuyên nhằm nâng cao kiến thức, kỹ năng, phát triển tƣ kích thích đam mê Vật lí em học sinh trƣờng trung học phổ thông chuyên Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Xây dựng chuyên đề phần Nhiệt học bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí trƣờng THPT chun - Q trình dạy học chun đề bồi dƣỡng cho học sinh chuyên Vật lí trƣờng THPT chuyên 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Phần Nhiệt học thuộc chƣơng trình Vật lí 10 - Chƣơng trình chun sâu mơn Vật lí THPT Chun (theo văn số 10803/BGDĐT-GDTrH việc Hƣớng dẫn thực chƣơng trình chun sâu mơn chun cấp THPT ngày 16 tháng 12 năm 2009 Bộ Giáo dục - Đào tạo) Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng đƣợc chuyên đề phần Nhiệt học bồi dƣỡng học sinh chun Vật lí trƣờng THPT chun phát triển lực, kích thích đam mê Vật lí học sinh qua nâng cao thành tích học tập học sinh chuyên Vật lí trƣờng trung học phổ thông chuyên Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu sở lý luận - Nghiên cứu sở lý luận dạy học tâm lý học dạy học phân hóa, bồi dƣỡng HSG, học sinh khiếu - Nghiên cứu sở lý luận tập dạy học Vật lí nói chung cơng tác bồi dƣỡng HSG, học sinh khiếu nói riêng 5.2 Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu thực trạng bồi dƣỡng HSG cấp nƣớc ta tỉnh Quảng Ngãi số trƣờng THPT địa bàn: Tài liệu bồi dƣỡng, đề thi HSG cấp, thực trạng dạy học… - Nghiên cứu nội dung dạy học phần “Nhiệt học” Vật lí lớp 10 (nâng cao) THPT chƣơng trình chun sâu Vật lí THPT chun - Xây dựng chuyên đề bồi dƣỡng học sinh giỏi cho học sinh chuyên Vật lí phần Nhiệt học - Xây dựng phƣơng án giảng dạy chuyên đề “Nhiệt học” xây dựng để bồi dƣỡng HSG cho học sinh chuyên Vật lí 5.3 Thực nghiệm sư phạm Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Đọc tài liệu - Phân tích, lựa chọn thông tin - Hệ thống nội dung xây dựng sở lý luận đề tài PL38 Phụ lục Đề kiểm tra đầu vào, kết thúc chuyên đề Phụ lục 3.1 Đề kiểm tra đầu vào học sinh học chuyên đề SỞ GD & ĐT QUẢNG NGÃI KIỂM TRA ĐẦU VÀO HỌC CHUYÊN ĐÊ NHIỆT TRƢỜNG THPT CHUYÊN MÔN: VẬT LÝ 10 LÊ KHIẾT Thời gian: 120 phút, không kể thời gian giao đề Bài (5 điểm): Một lƣợng khí biến đổi theo chu trình đƣợc biểu diễn đồ thị hình bên Biết : V V2 (2) p1 = p3; V1 =1m3 , V2 = 4m3; (3) T1 = 100K T4 = 300K Tính V3 = ? V1 Bài (5 điểm): Một bình kín hình trụ thể tích 50l, (1) (4) T1 T2 T có vách ngăn di động đƣợc, chia làm hai phần A,B phần A chứa 45g nƣớc, phần B chứa 32g khí O2 Bình đƣợc nung nóng đến 1000C Tính thể tích phần áp suất bình lúc Nếu vách ngăn bị thủng áp suất bình bao nhiêu? Cho biết áp suất nƣớc bão hòa 1000C 105Pa Bài (5 điểm): Một khối khí lí tƣởng thực trình dãn nở từ trạng thái (p0,V0) đến trạng thái (p0/2, 2V0) p p0 có đồ thị hệ (p,V) nhƣ hình a) Biểu diễn trình lên hệ (p,T) (V,T) xác p0/2 định nhiệt độ cực đại khối khí q trình b) Xác định cơng mà khối khí thực đƣợc từ lúc bắt đầu biến đổi trạng thái đến lúc nhiệt độ cực đại O V0 2V0 V PL39 Bài (5 điểm): Một lƣợng khí lí tƣởng đơn nguyên tử thực chu trình ABCDECA Cho biết PA=PB=105 Pa, PC=3.105 Pa, PE=PD=4.105 Pa, TA=TE=300K, VA=20l, VB=VC=VD=10l, AB, BC, CD, DE, EC, CA đoạn thẳng a) Tính thơng số TB, TD, VE b) Tính tổng nhiệt lƣợng mà khí nhận đƣợc tất giai đoạn chu trình mà nhiệt độ khí tăng P PE E D C PC B PA O VE c) Tính hiệu suất chu trình HẾT VB A VA V PL40 SỞ GD & ĐT QUẢNG NGÃI TRƢỜNG THPT CHUYÊN HƢỚNG DẪN CHẤM KIỂM TRA ĐẦU VÀO HỌC CHUYÊN ĐÊ NHIỆT MÔN: VẬT LÝ 10 LÊ KHIẾT Bài Vì p1 = p3 nên ta có: V3 T3   T3  100V3 V1 T1 1 Đoạn 2- có dạng đoạn thẳng nên có dạng: V V2 (2) 1,0 (3) V1 V = a.T + b với a,b số + Khi V = V2, T =100 (1) T1 (4) T2 T 1,0 V2 = a.100 + b (2) 1,0 + Khi V = V4, T = 300 : V4 = a.300 + b (3) + Từ (2) (3) ta có: a = - 3/200 b = 5,5 1,0 + Khi T = T3 ; V = V3 V3 =  100.V3  5,5 200 Vậy V3 = 2,2m3 1,0 Bài Nếu toàn 45g nƣớc bay hết chiếm tồn thể tích bình 50l áp suất là: P1  m1 RT 45.8,31.373   154981,5Pa 1V 18.0, 05 Ta thấy P1 =154981,5Pa > 105Pa Nhƣớc bay hết áp suất phần A phải bẳng 105Pa nƣớc thể lỏng Nếu thể tích phần B chiếm tồn 50l m2 = 32g khí O2 bay hết 1,0 PL41 áp suất : P2  1,0 m2 RT 32.8,31.373   61992, Pa 2V 32.0, 05 Vậy P2 < 105Pa, phải có phần nƣớc phần A bay : PA = PB = 105 Pa 1,0 Từ suy : VB  m2 RT  32.8,31.373  0, 031m3  31l  PB 32.10 Vậy VA = 50 – 31 = 19 lít 1,0 Nếu vách ngăn bị thủng bình có hỗn hợp nƣớc nƣớc bão hịa, Áp suất bình PA = PB = 105 +61992,6 = 161992,6 Pa 1,0 Bài a) Từ đồ thị ta có: P = aV + b (1) Thay thông số trạng thái ta có hệ: p = a.V0 + b p1 = aV1 + b     p0 = a.2V0 + b p = aV2 + b  2 (2) p  a=-  2V0 Giải hệ (1) (2) ta đƣợc   b = p  Thay a b vào (1) đƣợc phƣơng trình p = - 1,0 p0 V + p0 2V0 Mặt khác theo phƣơng trình Clapêrơn – Menđêlêép: pV = m RT M * Vẽ hệ (p,T) (3) (4) PL42 Từ (3)  V = ( p - p) 2V0 thay vào (4) ta có p0 1,0 T= M 2MV0 2MV0 3MV0 pV = (-p + p0p)  T = p + p (5) mR mRp0 mRP1 mR T hàm bậc theo p nên đồ thị hệ (p,T) phần parabol p = Từ (5)  T =    p = p0  Lại có p1V1 p2V2 =  T1 = T2 T1 T2 Từ đồ thị phƣơng trình (5) ta thấy p = p0 Tmax = p0 V0M mR * Vẽ hệ (V,T) Từ (3) (4) ta đƣợc phƣơng trình: T   Mp0 V + 3Mp0 V 2mRV0 (6) 2mR T hàm bậc theo V nên đồ thị hệ (V,T) phần parabol nhƣ hình 2.1.1b p Từ (6)  V 3p0/2 3V0 p0 V = T=0  3p0/4  V = 3V0 p0/2 O phƣơng trình (6) ta thấy V = V0 Tmax = 3V0/2 V0 Tmax Từ đồ thị 2V0 p0 V0M mR b) Tính cơng khối khí thực T1=T2 Tmax T O T1=T2 1,0 T PL43 đƣợc từ lúc bắt đầu biến đổi trạng thái đến lúc nhiệt độ cực đại Theo câu a, khối khí có nhiệt độ cực đại p  p0 ; V  V0 Công mà khối khí thực đƣợc diện p tích hình thang vng (phần gạch chéo p0 hình 2.1.1c) 3p0/4 A 3 (p0  p0 )(2V0  V0 )  p 0V0 16 p0/2 Chú ý: Có thể tính cơng khối khí thực đƣợc từ công thức: dA  pdV  (- Với p = -  A  V p0 V + p0 )dV 2V0 , p0 V + p0 2V0 V0 V0 V0 3V0/2 2V0 O 1,0 V0 V p0 p0 (V + p0 )dV   V  p0V 2V0 4V0 V0 V  A  p0 V0 16 Bài a) Áp dụng phƣơng trình trạng thái: PAVA=nRTA nR=PAVA/TA=20/3 TB=PBVB/nR=150K, TD=PDVD/nR=600K, VE=nRTE/PE =5l 0,5 b) Khí nhận nhiệt q trình đẳng tích BD giai đoạn qúa trình biến đổi ECA: Q1=QBD=n 3 20 R(TD-TB)= (600  150) =4500 J 2 0,5 PL44 - Phƣơng trình đƣờng thẳng ECA: P  PA PE  PA V  P    (1) = V  VA VE  VA 0,5 (V đo l, P đo 105Pa)  T= PV V2  (  5V) (2) (T đo 100K) nR 20 T= TMax=468,75K Vm=12,5l; T tăng 5V12,5l 0,5 0,5 Vm ứng với điểm F đoạn CA Trong giai đoạn EF nhiệt lƣợng nhận đƣợc là: Q2=U+A với U=n R(Tmax-TE) =1687,5 J 0,5 A=diện tích hình thang EFVmVE=2437,5J  Q2=1687,5+2437,5= 4125 J 0,5 Tổng nhiệt lƣợng mà khí nhận đƣợc Q=Q1+Q2=4500+4125=8625J 0,5 c) Cơng sinh chu trình là: A=dt(ABC)-dt(CDE)  A=750J Hiệu suất chu trình: H=A/Q=750/8625 8,6% HẾT 0,5 0,5 PL45 Phụ lục 3.2 Đề kiểm tra kết thúc học chuyên đề SỞ GD & ĐT QUẢNG NGÃI TRƢỜNG THPT CHUYÊN KIỂM TRA KẾT THÚC CHUYÊN ĐÊ BỒI DƢỠNG NHIỆT HỌC MÔN: VẬT LÝ 10 LÊ KHIẾT Thời gian: 120 phút, không kể thời gian giao đề Bài (5 điểm) Bên xilanh kín hình trụ đặt cố định nằm ngang, cách nhiệt có chứa khối khí lí tƣởng lƣỡng nguyên tử Khối khí đƣợc chia thành hai phần giống pittơng mỏng, cách nhiệt nhƣ hình bên Ban đầu áp suất, thể tích nhiệt độ khí hai ngăn xilanh p0 , V0 T0 Pittơng chuyển động có ma sát dọc theo thành xilanh với lực ma sát trƣợt lực ma sát nghỉ cực đại Fms  p0S với S tiết diện xilanh Truyền nhiệt lƣợng cách từ từ cho ngăn bên phải để tăng nhiệt độ ngăn bên phải lên đến giá trị T a) Tìm giá trị T để thể tích khí ngăn bên trái giảm cịn nửa b) Tìm nhiệt lƣợng truyền cho khí ngăn bên phải để thực trình Bài (5 điểm) Một mol khí lí tƣởng đơn nguyên tử thực chu trình biến đổi có đồ thị nhƣ hình Trong q trình 1-2 đoạn parabol có đỉnh O, q trình 2-3 đoạn thẳng vng góc với trục OV trình 3-1 đoạn thẳng qua gốc tọa độ O Hãy xác định: a) Công mà khối khí thực chu trình theo T1, T2 số khí R V T1 Hình O T2 T b) Nhiệt dung khối khí q trình 1-2 Bài (5 điểm) Cho ba bình thơng tích lần lƣợt V1, V2 = 2V1, V3 = 3V1 nhƣ hình Ban đầu chứa lƣợng khí nhiệt độ T1 = 100K p0 = 0,5atm Sau giữ nguyên nhiệt độ bình một, nung bình hai lên đến V1 V2 V3 PL46 400K bình ba lên đến 600K (giữa bình có vách cách nhiệt) Tìm áp suất bình sau nung? Bài (5 điểm) Một mol khí thực có áp suất p , thể tích V , nhiệt độ tuyệt đối trình trạng thái Vander Waals T tuân theo phƣơng a   p  V2  ( V  b)  RT   a b số, R số khí Cho biết nội U mol khí có phƣơng trình trạng thái đƣợc xác định   p   dU  CV dT   T   p dV    T   p đạo hàm riêng phần p theo T T , CV nhiệt dung mol đẳng tích a) Vận dụng hai phƣơng trình phép biến đổi toán học cần thiết, chứng minh nội U mol khí tính U  CV T  a V b) Tìm hiệu Cp  CV theo T, V số a, b, R với Cp nhiệt dung mol đẳng áp c) Chứng tỏ phƣơng trình đoạn nhiệt khối khí theo hai thông số trạng thái T, V R CV T( V  b)  const d) Tính hiệu suất động nhiệt làm việc theo chu trình Carnot với tác nhân khí thực từ so sánh với hiệu suất động nhiệt làm việc theo chu trình Carnot nhƣng tác nhân khí lí tƣởng HẾT PL47 HƢỚNG DẪN CHẤM KIỂM TRA KẾT THÚC CHUYÊN ĐÊ NHIỆT SỞ GD & ĐT QUẢNG NGÃI TRƢỜNG THPT CHUYÊN MÔN: VẬT LÝ 10 LÊ KHIẾT Bài (5 điểm) a) Khí ngăn bên trái biến đổi đoạn nhiệt Áp dụng phƣơng trình Poison ta có  1  T V  p1  V0      21,4 ,    T0  V1  p0  V1   20,4 0,5 Quá trình biến đổi khí ngăn phải chia thành hai giai đoạn: + Giai đoạn 1: Biến đổi đẳng tích để tăng áp suất từ p0 đến lúc pittong bắt đầu dịch chuyển, áp suất khí 0,5 p21  1,5p0 Nhiệt độ khí kết thúc giai đoạn T21  p1 T0  1,5T0 p0 + Giai đoạn 2: Khí dãn nở để tăng thể tích từ 0,5 V0 đến 1,5V0 Áp suất khí ngăn bên phải kết thúc giai đoạn p22  p1  Fms  (21,4  0,5) p0  3,14 p0 S 0,5 Áp dụng phƣơng trình trạng thái p22 V22 p0V0  T22 T0 2 1,4 hay   0,5 1,5 T22   T22  1,5(21,4  0,5)T0  4,71T0 T0 0,5 0,5 PL48 b) Trong giai đoạn 1, nhiệt lƣợng truyền cho khí Q1  nCp  T21  T0   0,5 7 p0V0 (1,5  1)  p0V0 Trong giai đoạn 2, nhiệt lƣợng truyền cho khí 0,5 Q2  A2  U2  A2  nCv  T22  T21  Công A2 đƣợc tính theo cơng lực ma sát cơng khí bên ngăn trái A2    A1  Ams   U1  Ams  nCv  T1  T0   Fms 0,5 V0 2S Suy Q2  P0V0  20,4  1  P0V0  P0V0 1,5 21,4  0,5  1,5  9,07 p0V0   Và nhiệt lƣợng tổng cộng truyền cho khí 0,5 Q  Q1  Q2 1 0,82 p0V0 Bài (5 điểm) a) Ở trình 1-2, phụ thuộc T vào V có dạng: T  aV2 , với a  const (1) Đối với mol khí lí tƣởng, có: pV  RT (2) Từ (1) (2) suy ra: p  aR.V (3) 0,5 Do đó, hệ trục p  V đồ thị biểu diễn trình 1-2 đoạn thẳng kéo dài qua gốc tọa độ p p2 0,5 p1 = p3 O V V2 = V Hình3 V PL49 Cơng khối khí thực diện tích hình tam giác gạch chéo, A   p2  p1  V2  V1  0,5 A   p2 V2  p1V1  p1V2  p2 V1  (4) với p1V1  RT1 p2 V2  RT2 Mặt khác, từ (3), có: (5) p1 p2   p1V2  p2 V1 V1 V2 (6) Từ (5), suy ra: p1V2 p2 V1  R T1T2 (7) Từ (6) (7), suy ra: p1V2  p2 V1  R T1T2 (8) Thay (5) (8) vào (4), đƣợc: A  R  T2  T1  0,5 0,5 2 0,25 b) Xét q trình 1-2, có Q12  U12  A12 với U12    A12 R  T2  T1  0,5 0,5 1  p1  p2  V2  V1    p2V2  p1V1   R  T2  T1  2 Khi ta có: Q12  R  T2  T1   R  T2  T1   2R  T2  T1  2 Mặt khác, có Q12  C12  T2  T1  So sánh (9) với (10), đƣợc C12  2R Bài (5 điểm) Gọi m V khối lƣợng thể tích khí bình 0,5 (9) (10) 0,25 0,5 PL50 Lúc đầu: PV  Lúc sau: P  0,5 mRT1 m RT1  P0   V 1,0 m1RT1 m2 RT2 m3 RT3   (1) V1  (2V1 )  (3V1 ) 0,5 m  m1  m2  m3 0,5 V  V1  V2  V3  6V1 Với m1, m2, m3, V1, V2, V3 khối lƣợng, thể tích khí bình sau nung 0,5 m 6m1 P 6   P0 m m1  m2  m3  m2  m3 m1 m1 0,5 m2 T 2  m1 T2 Theo (1): 0,5 m3 T 3  m1 T3  1,0 P   P  3.0,5  1,5atm P0 Bài (5 điểm)   + Từ phƣơng trình Vander Waals  p  a ( V  b)  RT ta tìm đƣợc V2  p R 1 a    p  T V  b T  V  0,5   p    p dV dẫn đến + Thay vào phƣơng trình đề cho dU  CV dT   T     T   dU  CV dT  a dV V2 Tích phân hai vế phƣơng trình ta đƣợc kết 0,5 PL51 U  CV T  a V + Xét khối khí biến đổi trạng thái theo trình đẳng áp, lấy vi phân hai vế phƣơng trình Vander Waals ta đƣợc a 2ab  dV R   p  V2  V3  dV  RdT  dT  a 2ab      p  V2  V3    0,5 a dV trên,  Q  CpdT V2 (do trình xét trình đẳng áp)  A  pdV ta có đƣợc + Từ nguyên lí I dU   Q   A với dU  CV dT  Cp  CV  RT dV V  b dT Từ phƣơng trình Vander Waals rút p  RT a  kết hợp với hai phƣơng Vb V 0,5 trình ta đƣợc Cp  CV  R 2a( V  b)2 1 RTV3 + Nguyên lí I viết cho trình đoạn nhiệt dU   pdV Kết hợp với dU  CV dT  a RT a ta đƣợc dV phƣơng trình trạng thái p   V2 V  b V2 CV dT  0,5 dT R dV a a   RT  dV      dV hay T CV V  b V  Vb V  R + Tích phân hai vế ta đƣợc 0,5 T( V  b) CV  const + Từ nguyên lí I  Q  dU   A với dU  CV dT  a RT a dV , p   V2 V  b V2  A  pdV ta có đƣợc  Q  CV dT  RT dV Vb Nhiệt nhận vào trình đẳng nhiệt 1-2 0,5 PL52 V2 Q12   RT1 V1 V b dV  RT1 ln Vb V1  b Nhiệt nhả trình đẳng nhiệt 3-4 V b dV     RT2 Q34  RT2 ln Vb V4  b V3 V4 0,5 + Với hai trình đoạn nhiệt 2-3 3-4, sử dụng phƣơng trình đoạn nhiệt tìm đƣợc câu c ta có T1( V2  b) R CV  T2 ( V3  b) R CV T1( V1  b) R CV  T2 ( V4  b) R CV hay V2  b V3  b  V1  b V4  b 0,5  ta có Kết hợp với biểu thức tính Q12 Q34  T2 Q34  Q12 T1 Vậy hiệu suất chu trình H  1  Q34 T  1 Q12 T1 Biểu thức giống với hiệu suất khí lí tƣởng hoạt động theo chu trình Carnot HẾT 0,5 ... trình chuyên sâu Vật lí THPT chuyên - Xây dựng chuyên đề bồi dƣỡng học sinh giỏi cho học sinh chuyên Vật lí phần Nhiệt học - Xây dựng phƣơng án giảng dạy chuyên đề ? ?Nhiệt học? ?? xây dựng để bồi dƣỡng... trạng bồi dƣỡng học sinh chuyên, học sinh giỏi Vật lí trƣờng Trung học phổ thông chuyên 17 1.5 Các chuyên đề Vật lí với việc bồi dƣỡng học sinh chuyên Vật lí 19 1.5.1 Vị trí, chức chuyên. .. 1.3 Bồi dƣỡng học sinh giỏi Vật lí học sinh Trung học phổ thông chuyên 1.3.1 Khái niệm học sinh giỏi Vật lí học sinh Trung học phổ thông chuyên 1.3.2 Những lực, phẩm chất cần có học