7. Các đóng góp của luận văn
2.4.1. Giáo án tiết thứ nhất
67
Câu hỏi tổng quát – Nội năng và sự biến thiên nội năng
I. Mục tiêu dạy học
1. Kiến thức cần xây dựng
- Khái niệm nội năng của vật chất. Các cách làm biến thiên nội năng.
- Ý nghĩa của việc làm biến thiên nội năng với sự chuyển hóa năng lượng trong động cơ nhiệt.
2. Mục tiêu trong quá trình học
- Học sinh hiểu được câu hỏi khái quát, qua đó xác định vấn đề chính cần giải quyết là tìm hiểu cấu tạo và hoạt động cơ bản của một động cơ nhiệt.
- Học sinh xác định được hướng tìm hiểu thứ nhất về vấn đề chuyển hóa năng lượng trong động cơ thông qua câu hỏi bài học thứ nhất.
- Học sinh bắt đầu giải quyết nhiệm vụ đầu tiên thông qua câu hỏi nội dung 1,2,3,4 (phần CHBH-1) và tiếp thu được kiến thức về nội năng.
- Học sinh nảy sinh nhiệm vụ tiếp theo. 3. Mục tiêu đối với kết quả học
- Học sinh chiếm lĩnh được kiến thức liên quan đến nội năng thông qua việc giải quyết các CHND 1,2,3,4 cho CHBH-1.
- Phát biểu được khái niệm nội năng.
- Mô tả và cho ví dụ minh hoạ các cách làm biến thiên nội năng.
II. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: Giới thiệu, chia nhóm và phổ biến kế hoạch (8 phút)
a. Giới thiệu
Khi học tập theo mô hình IBL, người học phải ở vị trí trung tâm, tìm hiểu về một vấn đề tổng quát. Người học hoàn toàn chủ động trong việc xác định những nội dung có liên quan để tìm hiểu, nghiên cứu và vận dụng. Khi một câu hỏi nhỏ được giải quyết, người học sẽ tiếp thu được một kiến thức cần thiết nhằm mục tiêu là giải quyết cho vấn đề chính. Kết thúc quá trình học, người học sẽ chiếm lĩnh được một lượng kiến thức liên quan chặt chẽ với nhau đáp ứng câu trả lời cho vấn đề chính đã đặt ra. Do đó, học sinh phải làm việc theo nhóm và chủ động trong việc tìm hiểu thông tin.
Làm việc theo nhóm -Thảo luận.
68
-Trao đổi và thực hiện các nhiệm vụ GV yêu cầu.
Không phụ thuộc hoàn toàn vào SGK, mà phải chủ động tìm hiểu theo nhu cầu hiểu biết của mình.
Tìm kiếm tư liệu từ nhiều nguồn thông tin khác ngoài SGK.
Vai trò của giáo viên: Giáo viên là người hỗ trợ học sinh trong quá trình các em đi tìm kiến thức. Giáo viên không làm thay công việc của học sinh, không hoàn toàn thuyết trình kiến thức cho học sinh trong quá trình học tập.
Vai trò của học sinh: Học sinh phải chủ động suy nghĩ và tìm hiểu dưới sự định hướng và giúp đỡ của giáo viên.
Tiêu chí đánh giá: Đánh giá theo nhóm và theo cá nhân trong quá trình học tập ở lớp và ở nhà.
b. Chia nhóm:
- Lớp thực nghiệm (10D1) có 30 học sinh, được chia làm 4 nhóm và mỗi nhóm bầu ra nhóm trưởng và thư kí.
- Mỗi nhóm sẽ cùng tìm hiểu về một vấn đề do giáo viên yêu cầu và trình bày dưới hình thức một bài tiểu luận.
- Trong các tiết học trên lớp, các nhóm sẽ hoạt động thảo luận theo định hướng của giáo viên để giải quyết các nhiệm vụ khám phá tại lớp.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 2: Xây dựng câu hỏi khái quát (8 phút)
Giáo viên dẫn dắt: Trong phần đầu của chương trình vật lí lớp 10, các em đã được tìm hiểu về cơ học. Những kiến thức về cơ học đã giúp các em giải quyết những vấn đề liên quan đến chuyển động, đến tương tác cơ học giữa các hệ. Phần tiếp theo của chương trình là Nhiệt học. Vậy nhiệt học sẽ giúp chúng ta giải quyết những vấn đề gì?
Kiến thức trong lĩnh vực này sẽ giúp các em giải quyết các vấn đề liên quan đến nhiệt độ, áp suất, nhiệt lượng hay cấu tạo vật chất, các tính chất tổng quát của vật chất…
Lắng nghe.
+ Trả lời theo suy nghĩ bản thân.
69
Tuy chưa được tìm hiểu ngành nhiệt học, nhưng trong cuộc sống, các em đã thấy và tiếp cận không ít những ứng dụng của ngành này. Một trong những ứng dụng gần gũi và phổ biến là ĐỘNG CƠ NHIỆT.
? Các em có biết động cơ nhiệt nào không? Trong thực tế, chúng ta có thể tìm thấy động cơ nhiệt ở đâu?
? Có bao giờ các em thắc mắc vì sao xe máy có thể duy trì chuyển động liên tục hay không?
? Tại sao có động cơ thì xe máy có thể chuyển động liên tục? Động cơ nhiệt có vai trò như thế nào?
Chúng ta đã biết, lực ma sát luôn sinh công âm làm cản trở chuyển động của vật. Để vật có thể chuyển động liên tục, ta cần có một hệ thống liên tục sinh công có íchđể duy trì chuyển động của một vật.
Động cơ xăng trong xe máy, hay tổng quát là động cơ nhiệt chính là hệ thống liên tục sinh công mà ta mong muốn.
? Có phải là chỉ cần mua xe máy về là chúng ta sử dụng được ngay không?
Động cơ xe máy không tự nhiên sinh công mà cần phải có nhiên liệu là xăng. Như vậy, bên trong động cơ xăng phải có một sự chuyển hóa năng lượng để chuyển hoá nhiên liệu xăng thành công cơ học. Sự chuyển hóa này liên quan trực tiếp đến ngành nhiệt học, hay nói cách khác động cơ nhiệt hoạt động dựa trên những nguyên lí cơ bản của ngành nhiệt học.
Muốn hiểu về động cơ nhiệt thì chúng ta phải hiểu những nguyên lí cơ bản này. Động cơ nhiệt ngày nay càng được cải tiến và hoàn thiện về nhiều mặt, nhưng
+ Trả lời tùy theo sự hiểu biết: xe máy, ô tô, tàu lửa,…
+ Các phương tiện đi lại có gắn động cơ.
+ Học sinh bắt đầu cảm thấy lúng túng.
+ Phải đổ xăng thì xe mới chạy được.
70
chắc chắn rằng bất kì một động cơ nhiệt nào cũng phải được cấu tạo và hoạt động dựa trên những kiến thức nhiệt học cơ bản này.
Do đó trong hai chương sắp tới, các em sẽ tìm hiểu và cùng nhau trả lời câu hỏi:
? Động cơ nhiệt được cấu tạo và hoạt động dựa trên những nguyên lí vật lí cơ bản nào để có thể liên tục sinh công cơ học? (Câu hỏi tổng quát)
Cho học sinh thảo luận ngắn gọn về những vấn đề cần tìm hiểu để trả lời câu hỏi này.
Ở mức độ phổ thông, các em sẽ chưa có nhu cầu chế tạo hay nghiên cứu sâu hơn về động cơ nhiệt. Tuy nhiên, đây là những kiến thức cơ bản để giúp các em hiểu thêm về một phát minh rất có giá trị trong cuộc sống. Các em sẽ thấy rằng, những nguyên lí chúng ta học rất đơn giản, nhưng nó lại là kiến thức nền tảng đầu tiên của ngành công nghiệp chế tạo động cơ nhiệt.
Học sinh thảo luận nhóm:
- Những điều học sinh biết về động cơ nhiệt (cụ thể và phổ biến là động cơ xe máy).
- Những vấn đề cần tìm hiểu về động cơ nhiệt để trả lời câu hỏi được đặt ra.
Hoạt động 3: Vấn đề về sự chuyển hóa năng lượng trong động cơ nhiệt (5 phút)
Như chúng ta đã biết, động cơ xe máy sử dụng nhiên liệu xăng để di chuyển. Trong cuộc sống hiện nay, vấn đề về nhiên liệu xăng rất được quan tâm. Nguồn nhiên liệu này được biết là đang ngày càng hiếm.
? Các em có biết động cơ xe máy (hay một động cơ nhiệt) sử dụng nhiên liệu xăng như thế nào để hoạt động không?
Như vậy động cơ nhiệt phải chuyển hóa năng lượng nhận được từ nhiên liệu xăng để chuyển hóa thành cơ năng, tức là làm bánh xe chuyển động. Chuyển hóa năng lượng nhận được thành công cơ học là một nhiệm vụ quan trọng của động cơ nhiệt.
+ Nhiên liệu xăng bị đốt.
71
? Vậy theo các em vấn đề đầu tiên chúng ta cần phải tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt là gì?
+ Quá trình chuyển hóa năng lượng trong động cơ nhiệt diễn ra như thế nào và tuân theo những nguyên lí vật lí nào?
(CHBH-1)
Hoạt động 4: Khái niệm nội năng (12 phút)
Yêu cầu học sinh làm việc nhóm theo phiếu học tập nhóm số 1.
? Cơ chế nào giúp chúng ta nghĩ đến việc có thể chuyển hóa nhiệt lượng nhận được thành công? Biểu diễn thí nghiệm đốt nóng khí trong xi lanh.
Động cơ nhiệt là thiết bị chuyển hóa nhiệt thành công.
? Dựa vào cách thức cơ bản đã xác định thì theo các em một động cơ nhiệt muốn chuyển hóa nhiệt thành công thì cần phải có bộ phận cơ bản nào?
- Nguồn cung cấp nhiệt lượng nguồn nóng. - Khối khí sinh công tác nhân.
? Vì sao một khối khí xác định (tức khối khí bị nhốt lại) khi nhận nhiệt lượng thì có thể sinh công?
? Khi khối khí giãn nở để sinh công, liệu rằng có tính chất nào đặc trưng cho khối khí bị biến đổi hay không?
Học sinh thảo luận nhóm và trình bày ý kiến nhóm.
Quan sát thí nghiệm và nhận xét.
+ Đun nóng khối khí trong xilanh, pittong bị dịch chuyển ra ngoài. Như vậy khối khí đã bị giãn nở và sinh công.
+ Nguồn cung cấp nhiệt lượng và khối khí nhận nhiệt này để sinh công.
+ Khối khí bị giãn nở vì nhiệt.
72
Giáo viên hình thành khái niệm nội năng của một khối khí nói riêng, và của vật chất nói chung.
Một động cơ nhiệt muốn hoạt động thì tác nhân làm nhiệm vụ sinh công sẽ có sự biến thiên nội năng.
? Có mấy cách để làm biến thiên nội năng của một khối khí hay của một vật nói chung?
PHIẾU HỌC TẬP NHÓM SỐ 1
Cơ chế cơ bản để chuyển hóa nhiệt lượng thành công cơ học
Nhóm:………. Lớp: ………..
Nhiệm vụ Kết quả làm việc nhóm
1. Kể tên một số động cơ nhiệt và nhiên liệu mà động cơ nhiệt sử dụng để sinh công mà em biết.
2. Theo các em, năng lượng động cơ nhiệt nhận được từ các nhiên liệu dưới dạng gì?
3. Động cơ nhiệt là loại thiết bị chuyển hóa năng lượng gì?
4. Giả sử ta có một xi-lanh bên trong chứa khí và được giới hạn bằng một pít-tông. Em có thể dịch chuyển pít- tông bằng cách nào?
5. Ngoài cách dùng tay trực tiếp kéo pít-tông, ta có cách nào khác để làm dịch chuyển pittong mà không cần tác dụng trực tiếp kéo hoặc đẩy pít-tông hay không?
6.Qua thí nghiệm tưởng tượng trên, các em có suy đoán được một cơ chế cơ bản để chuyển hoá nhiệt lượng thành công hay không?
7.Như vậy, theo các em để chuyển hóa nhiệt thành công thì trong thiết bị thực hiện quá trình chuyển hóa đó, chúng ta cần phải có những yếu tố cơ bản nào?
73
Hoạt động 5: Các cách làm biến đổi nội năng (8 phút)
Yêu cầu học sinh thảo luận nhóm để trình bày về các cách làm biến đổi nội năng và cho ví dụ.
Giáo viên giới thiệu về 2 cách làm biến đổi nội năng, đặc biệt là đối với một khối khí xác định.
? Đối với một động cơ nhiệt, sự biến đổi nội năng diễn ra theo cách nào?
Học sinh thảo luận nhóm và trình bày ý kiến nhóm.
Hoạt động 6: Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà (5 phút)
Ta đã biết, động cơ nhiệt chuyển hóa nhiệt thành công thông qua nội năng của một tác nhân (cụ thể là một khối khí). Trong quá trình đó, nội năng của khối khí có sự thay đổi.
Vấn đề mới:
- Liệu sự thay đổi nội năng của khối khí có tuân theo nguyên lí vật lí cơ bản nào hay không?
- Có phải toàn bộ nhiệt lượng truyền cho khối khí sẽ biến thành công hay không?
Giao nhiệm vụ cho học sinh thông qua phiếu học tập ở nhà số 1.
Lắng nghe.
Nhận nhiệm vụ về nhà.
PHIẾU HỌC TẬP Ở NHÀ SỐ 1
Tên:………Nhóm:……… Lớp:…………
(Chuẩn bị cho bài hai nguyên lí của nhiệt động lực học)
Hãy ôn tập lại phần kiến thức các em vừa học, suy nghĩ và trả lời các câu hỏi sau.
Câu hỏi Trả lời
Giả sử ta có một xi-lanh hoàn toàn kín (thành cách nhiệt với môi trường bên ngoài).
1. Ta ấn pít-tông xuống, tức là ta thực hiện công lên khối khí. Phần công thực hiện lên khối khí có tác dụng gì? Nội năng của khối khí biến đổi ra
74 sao?
2. Cũng với xi-lanh trên, nhưng lúc này ta sẽ cố định vị trí pít-tông, sau đó đốt nóng xi-lanh. Phần nhiệt lượng ta cung cấp có tác dụng gì và làm nội năng khối khí biến đổi ra sao?
3. Nếu ta vừa ấn pít-tông xuống (tức vừa thực hiện công), vừa đốt nóng xi-lanh (vừa truyền nhiệt) thì phần nội năng biến thiên của khối khí được xác định như thế nào?
4. Có trường hợp nào mà khối khí được nhận nhiệt rồi lại phải thực hiện công lên đối tượng bên ngoài hay không?
5.Có trường hợp nào mà khối khí được nhận công do bên ngoài thực hiện lên nó rồi phải truyền nhiệt ra môi trường không?