8. Cấu trúc luận văn
2.2. Phân tích cấu trúc nội dung của chương “Chất khí” trong chương
2.2.1. Đặc điểm của chương “Chất khí” vật lí 10 Nâng cao
Chương “Chất khí” là chương đầu tiên của phần Nhiệt học. Nội dung của chương đề cập đến cấu trúc phân tử cũng như tính chất nhiệt của vật chất ở trạng thái khí. Đây là cấu trúc và tính chất tương đối đơn giản so với cấu trúc và tính chất của chất ở hai trạng thái kia.
Vì tương tác phân tử trong chất khí, chất lỏng và chất rắn là khác xa nhau nên ta không thể trình bày chung một thuyết động học cho mọi trạng thái. Chương này trình bày thuyết động học phân tử của chất khí trước, sau đó bổ sung một phần đối với chất lỏng và chất rắn. Học tiếp chương sau thì HS mới có khái niệm đầy đủ, ở mức độ phổ thông về thuyết động học phân tử của vật chất. Nội dung thuyết động học phân tử chất khí, cấu tạo phân tử chất được trình bày trong SGK vật lý 10 Nâng cao khá rõ ràng, đơn giản, phù hợp với HS phổ thông.
Đối với chất khí, có thể thiết lập được mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc phân tử và tính chất nhiệt. Tuy nhiên việc này vượt ra ngoài quy định của chương trình phổ thông. Chương này chỉ giải thích định tính những định luật chất khí bằng thuyết động học phân tử. Trong khi đó, các tính chất và định luật về chất khí được khảo sát và thiết lập chủ yếu bằng thực nghiệm. Ba định luật về chất khí: Boyle Mariotte, Sác-lơ, Gay - Luy-sac đều đã được phát hiện bằng thực nghiệm. Ta có thể tiến hành thí nghiệm để tìm ra cả ba định luật hoặc chỉ cần tìm ra hai trong ba định luật rồi dùng suy luận để có được định luật còn lại thông qua phương trình trạng thái khí lí tưởng.
Chương Chất khí là cơ sở để nghiên cứu các phần kiến thức tiếp theo. HS từ đây có thể hiểu được những hiện tượng, tính chất, quy luật của chất khí ở cả cấp độ vi mô và vĩ mô. Có thể nói chương này là nhịp cầu nối giữa kiến thức cơ học (cấp độ vĩ mô) với những nội dung về cấu tạo chất, sự chuyển thể (cấp độ vi mô). Vì vậy, chương này có tầm quan trọng nhất định trong chương trình Vật lí 10 NC.
Trong quá trình dạy học, bồi dưỡng phương pháp nhận thức đặc thù của vật lí học là một trong những mục tiêu cần đạt đến trong chương trình vật lí THPT. Kiến thức không phải là mục đích cuối cùng và duy nhất của việc dạy học, nó là phương tiện để ta nhận thức và tư duy. Ở chương này các kiến thức chủ yếu được xây dựng từ thực nghiệm, trong đó có một số kiến thức có thể xây dựng theo các giai đoạn của PPTN như các định luật về chất khí. Điều quan trọng là phải lực chọn PPDH phù hợp với đặc điểm kiến thức, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển năng lực trí tuệ, phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS. Để làm được
những yêu cầu trên, ta có thể chọn việc tổ chức HĐNT cho HS theo các giai đoạn của PPTN – một trong những phương pháp nhận thức đặc thù và quan trọng nhất của vật lí khi dạy chương này.
Quá trình học tập chương này đòi hỏi và cho phép HS làm quen với PPTN, một phương pháp đặc thù và rất quan trọng trong vật lí học. Bên cạnh các nội dung, hiện tượng, khái niệm, định luật mà HS cần nắm vững thì chương Chất khí còn là phương tiện để rèn luyện kĩ năng thực hành thí nghiệm, qua đó phát huy năng lực sáng tạo của HS.
2.2.2. Sơ đồ logic các kiến thức chương “Chất khí” vật lý 10 Nâng cao
Chất khí
Cấu tạo chất.
Thuyết động học phân tử chất khí
Ba định luật chất khí
Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ôt: T không đổi:
pV = hằng số.
Đường đẳng nhiệt, họ đường đẳng nhiệt Định luật Sác-lơ: V không đổi thì p = p0(1 + γt) hay T p = hằng số Nhiệt giai Kelvin, đường đẳng tích, họ đường đẳng tích
Định luật Gay - Luy-sac: p không đổi: T V = hằng số. Đường đẳng áp, họ đường đẳng áp
Phương trình trạng thái của khí lí tưởng:
T pV = hằng số hay 1 1 1 T V p = 2 2 2 T V p Phương trình Clapeyron-Mendeleev: T pV = nR Khí lí tưởng
* Diễn giải sơ đồ:
Chương “Chất khí” đề cập đến các vấn đề sau: - Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí. - Khái niệm khí thực, khí lí tưởng, nhiệt giai Kelvin. - Ba định luật chất khí.
- Phương trình trạng thái của khí kí tưởng. - Phương trình Clapeyron-Mendeleev.
Trước tiên ta nghiên cứu về thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lí tưởng theo quan điểm vi mô. Sau đó, từ nội dung của thuyết động học phân tử chất khí tìm được mối quan hệ giữa các thông số trạng thái, từ đó có thể xây dựng được ba định luật chất khí. Từ hai trong số ba định luật chất khí ta xây dựng phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Đây là con đường lí thuyết rất khó, đòi hỏi tư duy sâu rộng.
Theo SGK Vật lí 10 NC trình bày, định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ôt và định luật Sác- lơ được xây dựng bằng con đường thực nghiệm; phương trình trạng thái của khí lí tưởng được xây dựng bằng con đường suy luận từ hai định luật trên, từ đó suy ra được định luật Gay - Luy-sac về mối liên hệ giữa thể tích V và nhiệt độ T trong quá trình đẳng áp p = const (mặc dù thực chất định luật Gay - Luy-sac được tìm ra bằng thực nghiệm).
Sự thiết lập ba định luật chất khí trong SGK được mô tả bằng sơ đồ :
Lưu ý rằng dấu mũi tên vẽ ở đây không có nghĩa định luật Gay - Luy-sac là hệ quả suy ra từ định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ôt và định luật Sác-lơ, chiều mũi tên chỉ thể hiện cách xây dựng ba định luật theo con đường của SGK Vật lí 10 NC. Trên thực tế, ba định luật này được xây dựng hoàn toàn độc lập với nhau, thông qua con đường thực nghiệm. Do tính độc lập của ba định luật nên từ hệ thức của định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt và định luật Gay luy-xác có thể suy ra phương trình trạng thái của khí lí tưởng bằng con đường suy luận rồi suy ra hệ thức của định luật Sác-lơ; tương tự ta cũng xây dựng được phương trình trạng thái của khí lí tưởng từ hệ thức của định luật Sác-lơ và định luật Gay luy-xác rồi suy ra hệ thức của định luật Bôi- lơ -
Ma-ri-ốt thông qua con đường suy luận.
Một điểm cần lưu ý nữa: bằng nhiều thí nghiệm Sác-lơ tìm được hệ thức
p = p0(1 + γt) và cách phát biểu nguyên thủy của định luật Sác-lơ là: “Hệ số tăng áp suất khi thể tích không đổi của mọi chất khí đều bằng nhau và bằng 1/273”. Tuy nhiên trong SGK Vật lí 10 cơ bản định luật Sác-lơ được phát biểu một cách đơn giản như là mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối: “Trong quá trình đẳng tích, áp suất của một lượng khí tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối” (do đó có giới thiệu cả thí nghiệm được sử dụng trong sách cơ bản nhằm mục đích tìm mối quan hệ trực tiếp giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối). Hai cách phát biểu trên về định luật Sác-lơ là hoàn toàn tương đương.
Trình độ nhận thức Nội dung
kiến thức