8. Đóng góp của đề tài
2.2.2.Bài học2: Ba định luật chất khí
Trong chương trình vật lí 10, các định luật chất khí được xây dựng bằng con đường thực nghiệm va có thể dùng Thuyết động học phân tử chất khí để giải thích. Các bộ thí nghiệm đều có ở trường phổ thông, mặt khác việc tiến hành thí nghiệm là vừa sức với HS trung học phổ thông. Do đó, chúng tôi lựa chọn hình thức tổ chức hoạt động nhóm theo hình thức ghép hình để HS tự chủ chiếm lĩnh kiến thức.
2.2.2.1. Các câu hỏi và các kết luận tương ứng.
Câu hỏi 1: Khi nhiệt độ của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và thể tích khí có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Kết luận 1: Khi nhiệt độ của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích (định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt).
p ~ hay pV = hằng số
Câu hỏi 2: Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Kết luận 2: Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (định luật Sác-lơ).
p ~ T hay p
T =hằng số
Câu hỏi 3: Khi áp suất của một lượng khí xác định không đổi thì thể tích và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Kết luận 3: Khi áp suất của một lượng khí xác định không đổi thì thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối (định luật về quá trình đẳng áp).
V ~ T hay V
T =hằng số
2.2.2.2. Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức.
V 1 p O V T p O T V O
Hình2.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt
- Chất khí được đặc trưng bởi ba đại lượng: Thể tích V, áp suất p, nhiệt độ tuyệt đối T - Các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.
- Khi nhiệt độ của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và thể tích khí có mối quan hệ với nhau.
Khi nhiệt độ của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và thể tích khí có mối quan hệ với nhau như thế nào? Giải pháp 1: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí để suy luận Giải pháp 2: Sử dụng thí nghiệm để tìm kiếm.
Suy luận lí thuyết
Theo thuyết động học phân tử chất khí, thể tích của bình chứa tăng lên thì mật độ phân tử khí giảm, do đó số lần va chạm của các phân tử khí vào thành bình trong một đơn vị thời gian giảm đi dẫn tới áp suất sẽ giảm.
=>Vì vậy, áp suất và thể tích của một lượng khí xác định có mối quan hệ nghịch biến. Sử dụng thí nghiệm - Dụng cụ: Sử dụng bộ thí nghiệm chất khí – định luậtBôi- lơ – Ma-ri-ốt
- Tiến hành: Giữ không đổi nhiệt độ của lượng khí xác định, thay đổi giá trị thể tích của khí trong xilanh và đo giá trị áp suất tương ứng trên áp kế. Sau đó, xử lý số liệu để rút ra mối quan hệ.
Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích p ~ hay pV = hằng số
Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi là đường đẳng nhiệt. Đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p,V) là đường hypebol.
Hình 2.3. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức định luật Sác-lơ
- Chất khí được đặc trưng bởi ba đại lượng: Thể tích V, áp suất p, nhiệt độ tuyệt đối T - Các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.
- Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau.
Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi thì áp suất và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Giải pháp 1: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí để suy luận Giải pháp 2: Sử dụng thí nghiệm để tìm kiếm.
Suy luận lí thuyết
Theo thuyết động học phân tử chất khí, khi nhiệt độ tăng thì các phân tử khí chuyển động càng nhanh, do đó số phân tử khí va chạm vào thành bình trong một đơn vị thời gian tăng, đồng thời mỗi va chạm vào thành bình cũng mạnh hơn dẫn đến áp suất của chất khí lên thành bình sẽ tăng lên.
=>Vì vậy, áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí xác định có mối quan hệ đồng biến.
Sử dụng thí nghiệm
- Dụng cụ: Sử dụng bộ thí nghiệm chất khí – định luật Sác- lơ
- Tiến hành: Giữ không đổi thể tích của lượng khí xác định, thay đổi giá trị nhiệt độ của khí trong xilanh và đo giá trị áp suất tương ứng trên áp kế. Sau đó, xử lý số liệu để rút ra mối quan hệ.
Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
p ~ T hay = hằng số
Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ tuyệt đối khi thể tích không đổi là đường đẳng tích. Đường đẳng tích trong hệ toạ độ (p,T) là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.
Hình 2.4. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức định luật về quá trình đẳng áp (định luật Gay – Luy-xác).
- Chất khí được đặc trưng bởi ba đại lượng: Thể tích V, áp suất p, nhiệt độ tuyệt đối T - Các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.
- Khi áp suất của một lượng khí xác định không đổi thì thể tích và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau.
Khi áp suất của một lượng khí xác định không đổi thì thể tích và nhiệt độ tuyêt đối của khí có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Giải pháp 1: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí để suy luận Giải pháp 2: Sử dụng thí nghiệm để tìm kiếm.
Suy luận lí thuyết
Theo thuyết động học phân tử chất khí, khi nhiệt độ tăng thì các phân tử khí chuyển động càng nhanh, do đó số phân tử khí va chạm vào thành bình trong một đơn vị thời gian tăng, đồng thời mỗi va chạm vào thành bình cũng mạnh hơn nhưng do áp suất của chất khí lên thành bình không đổi nên thể tích của khí phải tăng lên. =>Vì vậy, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí xác định có mối quan
Sử dụng thí nghiệm
- Dụng cụ: Sử dụng bộ thí nghiệm chất khí – định luật về quá trình đẳng áp
- Tiến hành: Giữ không đổi áp suất của lượng khí xác định (bằng cách thay đổi thể tích sao cho áp suất không đổi), thay đổi giá trị nhiệt độ của khí trong xilanh và đo giá trị thể tích tương ứng. Sau đó, xử lý số liệu để rút ra mối quan hệ.
Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định , thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối
V ~ T hay = hằng số.
Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi là đường đẳng áp. Đường đẳng áp trong hệ toạ độ (V,T) là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.
2.2.2.3. Mục tiêu bài học.
Về kiến thức: HS
- nhận dạng được “trạng thái” và “quá trình”
- định nghĩa được quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp.
- phát biểu và viết được hệ thức của các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, định luật Sác-lơ, định luật về quá trình đẳng áp
- nhận dạng được dạng của đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p,V), đường đẳng tích trong hệ tọa độ (p, T), đường đẳng áp trong hệ tọa độ (V, T).
Về kĩ năng:HS
- giải thích được một số hiện tượng trong thực tế có liên quan đến bài học.
- vận dụng được phương pháp xử lí các số liệu thu được bằng thí nghiệm vào việc xác định mối liên hệ giữa p và V trong quá trình đẳng nhiệt, mối liên hệ giữa p và T trong quá trình đẳng tích và mối liên hệ giữa V và T trong quá trình đẳng áp.
- vận dụng được ba định luật chất khí để giải các bài tập .
Về thái độ:HS
- tiếp tục hình thành phương pháp làm việc theo nhóm.
- rèn luyện tính tích cực, hợp tác và trung thực trong khi làm việc.
2.2.2.4. Chuẩn bị của GV và HS
GV: - Các phiếu học tập dành cho nhóm chuyên gia và nhóm hợp tác (phụ lục2).
- Các dụng cụ thí nghiệm: bộ thí nghiệm về quá trình đẳng nhiệt và đẳng tích, chân đế, ống tiêm bằng thủy tinh, lọ thủy tinh, bình tràn, nhiệt kế, bình đun nước siêu tốc, dụng cụ kẹp ống nghiệm.
- Đề kiểm tra 10 phút cho lớp (phụ lục 2).
HS: - Ôn lại các kiến thức: Cấu tạo chất – thuyết động học phân tử chất khí.
- Đọc trước các nội dung liên quan đến Ba định luật chất khí ở SGK và các nguồn tài liệu khác.
2.2.2.5. Tổ chức hoạt động dạy học
Hoạt động 1: Tìm hiểu về thông số trạng thái của một lượng khí, quá trình biến đổi trạng thái và thống nhất các phương án nghiên cứu mối quan hệ giữa các đại lượng trong các đẳng quá trình (10 phút, làm việc chung cả lớp)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Chúng ta đang nghiên cứu về chất khí nên cần biết khối khí được đặc trưng bởi những đại lượng nào?
- Các đại lượng Thể tích V, áp suất p, nhiệt độ tuyệt đối T được gọi là thông số trạng thái của một lượng khí.
- Các thông số trạng thái của một lượng khí có mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình.
- Trong hầu hết các quá trình tự nhiên, cả ba thông số trạng thái đều thay đổi. Do đó công việc nghiên sẽ khá khó khăn nên để dễ dàng hơn họ sẽ cho một thông số không đổi và nghiên cứu mối quan hệ giữa hai đại lượng còn lại. Những quá trình này được gọi là đẳng quá trình. - Quá trình đẳng nhiệt, quá trình đẳng tích, đẳng áp là?
- Trong quá trình đẳng nhiệt thì nhiệt độ không đổi nên chúng ta sẽ nghiên cứu mối quan hệ giữa hai đại lượng nào? - Tương tự với quá trình đẳng tích và đẳng áp chúng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa hai đại lượng nào?
- Một khối khí được đặc trưng bởi ba đại lượng: Thể tích V, áp suất p, nhiệt độ tuyệt đối T
- Quá trình biến đổi mà nhiệt độ không đổi thì ta gọi là quá trình đẳng nhiệt - Quá trình biến đổi mà thể tích không đổi thì ta gọi là quá trình đẳng tích.
- Quá trình biến đổi mà áp suất không đổi thì ta gọi là quá trình đẳng áp.
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khí
- Với quá trình đẳng tích, chúng ta nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất khí.
- Làm thế nào để tìm được mối quan hệ giữa hai thông số nhiệt của một lượng khí xác định trong các đẳng quá trình? Nếu HS không đưa ra được thì GV gợi ý + Phương án 1: Chúng ta có thể dựa vào lí thuyết đã học tìm ra mối liên hệ.
+ Phương án 2: Sử dụng thí nghiệm để tìm kiếm mối quan hệ giữa hai đại lượng trong các đẳng quá trình.
- Chúng ta sử dụng lí thuyết đã học nào để tìm mối quan hệ giữa hai đại lượng trong các đẳng quá trình?
cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích khí.
- HS suy nghĩ để đưa ta các phương án để mối quan hệ giữa hai đại lượng trong các đẳng quá trình.
- Tiếp nhận các giải pháp do GV đưa ra.
- Sử dụng thuyết động học phân tử chất khí
Hoạt động 2: Tìm hiểu ba định luật chất khí (65 phút)
Bài học “Ba định luật chất khí” gồm ba đơn vị kiến thức nhỏ, đó là - Quá trình đẳng nhiệt – Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt
- Quá trình đẳng tích – Định luật Sác-lơ
- Quá trình đẳng áp – Định luật về quá trình đẳng áp.
Chúng tôi chia lớp thành 5 nhóm, mỗi nhóm 6 HS có sự khác nhau về trình độ và được gọi là nhóm hợp tác. Trong mỗi nhóm hợp tác, mỗi HS sẽ chịu trách nhiệm tìm hiểu một vấn đề. Các HS trong các nhóm hợp tác mà cùng tìm hiểu một vấn đề sẽ hợp thành một nhóm, gọi là nhóm chuyên gia. Các HS trong nhóm chuyên gia cùng làm việc với nhau để tìm hiểu vấn đề mà mình được giao, sau đó các thành viên trong nhóm chuyên gia về nhóm hợp tác và trình bày lại những gì mình tìm hiểu được cho các thành viên trong nhóm hợp tác. Cuối cùng, nhóm hợp tác sẽ làm việc cùng nhau để hoàn thành phiếu học tập được giao. Qui trình làm việc được tóm tắt như sau:
Bảng 2.3. Các bước làm việc nhóm theo hình thức ghép hình
Bước làm
việc Phân công công việc
Nhóm chuyên gia làm việc Nhóm hợp tác làm việc GV khái quát kiến thức- Kiểm tra
cá nhân
Suy luận lí thuyết để tìm mối quan hệ giữa:
Thảo luận cùng một vấn đề Giảng bài cho nhau, hoàn thành phiếu học tập HS 1 nhóm hợp tác HS 2 nhóm hợp tác HS 3 nhóm hợp tác + Áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt. + Áp suất và nhiệt độ trong quá trình đẳng tích. + Áp suất và nhiệt độ trong quá trình đẳng tích. + Thể tích và nhiệt độ trong quá trình đẳng áp. + Áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt. + Thể tích và nhiệt độ trong quá trình đẳng áp Nhóm 1: gồm các HS 1 Nhóm 2: gồm các HS 2 Nhóm 3: gồm các HS 3 Các HS từ 1 đến 6 trở về nhóm và lần lượt giảng cho các bạn về vấn đề mà mình nghiên cứu. Sau đó hoàn thành phiếu học tập Điểm HS là trung bình cộng của điểm nhóm chuyên gia và bài kiểm tra cá nhân. Thực hiện thí nghiệm để tìm mối quan hệ giữa:
HS 4 nhóm hợp tác HS 5 nhóm hợp tác HS 6 nhóm hợp tác Áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt Áp suất và nhiệt độ trong quá trình đẳng tích Thể tích và nhiệt độ trong quá trình đẳng áp. Nhóm 4: gồm các HS 4 Nhóm 5: gồm các HS 5 Nhóm 6: gồm các HS 6
Hoạt động 2A: Hoạt động của nhóm chuyên gia (30 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Chia nhóm hợp tác: chia lớp thành 5 nhóm hợp tác với sự khác nhau về trình độ, đánh số thứ tự các thành viên trong nhóm (HS 1, HS 2,…., HS 6).
- Chia nhóm chuyên gia: Các thành viên có số thứ tự giống nhau tạo thành nhóm chuyên gia.
- Yêu cầu các thành viên của các nhóm ổn định chỗ làm việc.
- Các HS trong cùng một nhóm chuyên gia về địa điểm được phân công, bầu nhóm trưởng và thư kí.
- Yêu cầu các nhóm nhanh chóng bầu nhóm trưởng và thư kí.
- Phát phiếu học tập cho các nhóm chuyên gia.
- Phát các bộ thí nghiệm cho các nhóm: + Nhóm 4: Bộ thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (điều chỉnh với giá trị áp suất và thể tích ban đầu là p = 105 Pa, V = 2 đơn vị) + Nhóm 5: Bộ thí nghiệm định luật