8. Phát biểu kết luận IV Gia
2.2.2. Phân tích nội dung kiến thức chương " Chất rắn và chất lỏng Sự chuyển thể"
Sự chuyển thể"
- Hệ thống kiến thức chương "Dòng điện trong các môi trường chuyển thể" được trình bày sau khi học sinh đã nghiên cứu các kiến thức cơ bản về cấu tạo chất. So với sách giáo khoa cũ, các kiến thức này được tập trung vào một chương, được xét theo quan điểm thống nhất. Đi sâu vào giải thích các hiện tượng với kiến thức nền tảng là ... Nhờ đó giúp việc hệ thống hoá và so sánh một cách rõ ràng các hiện tượng.
- Khi dạy - học về đề tài này học sinh làm quen với nhiều dạng khác nhau của các chất rắn và các hiện tượng khác nhau. Trong bài "Chất rắn kết tinh và Chất rắn vô định hình"; ta phải phân biệt được thế nào là chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình dựa vào tính chất vĩ mô và cấu trúc vi mô của chúng. Phân biệt được chất đa tinh thể và chất đơn tinh thể dựa vào tính dị hướng và đẳng hướng. Trong bài biến dạng cơ của vật rắn: nêu được nguyên nhân rây ra biến dạng cơ của vật rắn và phân biệt được hai loại biến dạng (Biến dạng đàn hồi và biến dạng không đàn hồi (biến dạng dẻo)) dựa trên tính chất giữ nguyên hình dạng và kích thước của chúng để từ đó phân biệt được các kiểu biến dạng kéo và nén của vật rắn dựa trên đặc điểm (điểm đặt, phương, chiều) tác dụng của ngoại lực gây nên biến dạng và phát biểu được nội dung, viết được biểu thức của định luật Húc. ở bài sự nở vì nhiệt của vật rắn: phát biểu và viết được công thức nở dài của vật rắn, viết được công thức xác định quy luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích của vật rắn. Đồng thời nêu được ý nghĩa vật lý và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối.
Còn với bài các hiện tựơng bề mặt của chất lỏng: mô tả được thí nghiệm về hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. Nói rõ được phương, chiều và độ lớn của lực căng về mặt và nêu được ý nghĩa, đơn vị đo của hệ số căng bề mặt và mô tả được thí nghiệm về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt của chất lỏng. Sơ bộ giải thích được sự tạo thành mặt khung của bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó trong hai trường hợp: Dính ướt và không dính ướt. Giúp học sinh phân biệt rõ các hiện tượng hơi khô và hơi bão hoà. Giải thích được nguyên nhân của trạng thái hơi bão hoà dựa trên quá trình cân bằng động giữa bay hơi và ngưng tụ. Phân biệt được bản chất của sự bay hơi và sự sôi.
Đối với chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình: Cho học sinh quan sát các tranh ảnh và các mô hình của vài loại đơn tinh thể như muối ăn, kim cương, than chì tiếp đó cho học sinh biết về cấu trúc tinh thể của chất rắn. Đặc điểm của cấu trúc tinh thể là các hạt (Nguyên tử, phân tử, iôn) cấu tạo nên chất rắn được xắp xếp theo một trật tự xác định tuần hoàn trong không gian. Tính chất tuần hoàn trong không gian của tinh thể được biểu diễn bằng mạng tinh thể. Ví dụ mạng tinh thể muối ăn NACL gồm các ô mạng cơ sở có dạng hình lập phương, trong đó khoảng cách giữa các ion Na+ hoặc giữa các ion Cl- là a = 0,563 nm. Như vậy khi chọn vị trí cân bằng của các ion Na+ làm các nút mạng của tinh thể muối ăn thì vị trí cân bằng của các ion Cl- không trùng với các nút của mạng tinh thể này. So sánh chất rắn vô định hình với chất rắn kết tinh về cấu trúc vi mô: mọi chất rắn kết tinh đều có cấu trúc tinh thể; về tính chất vĩ mô: mọi chất rắn kết tinh đều nóng chảy (hoặc đông đặc) ở nhiệt độ xác định. Còn đối với chất rắn đơn tinh thể và chất rắn đa tinh thể, cách xắp xếp của các tinh thể theo trật tự nhất định hoặc hỗn độn. Một số tính chất vĩ mô: có tính dị hướng hoặc có tính đẳng hướng.
Đặc biệt ta phải nhấn mạnh với học sinh về cấu trúc tinh thể là yếu tố có ảnh hưởng quyết định đối với tính chất của các chất rắn. riêng các chất rắn kết tinh mới có nhiệt độ nóng chảy xác định. Hơn nữa những chất rắn kết tinh cấu tạo bởi cùng loại hạt (nguyên tử, phân tử, ion) nhưng có cấu trúc tinh thể không giống nhau thì tính chất của chúng cũng rất khác nhau (kim cương và than chì chẳng hạn). Mặt khác kích thước to nhỏ của các tinh thể và những khuyết tật, tức là những sai hỏng trong mạng tinh thể (do mạng tinh thể bị biến dạng, do một số nút mạng bị chiếm bởi các tạp chất hoặc bị bỏ trống .... ) cũng là những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến các chất của chất rắn. Đặc biệt cách sắp xếp các tinh thể theo một trật tự xác định trong chất rắn đơn tinh thể đã tạo ra tính chất dị hướng. Tính chất này giúp ta phân biệt chất rắn đơn tinh thể với chất rắn đa tinh thể.
Các chất rắn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống cũng như trong nhiều ngành khoa học và công nghệ khác nhau do chúng có nhiều đặc tính quý báu: Kim cương rất cứng, các chất bán dẫn đơn tinh thể có tính dị hướng, kim loại và hợp kim có độ bền cơ học cao. Thuỷ tinh và Pôlime chịu được tác dụng của axít và nước biển .
Đối với biến dạng cơ của vật rắn: chỉ cần thông qua những thí nghiệm đơn giản với một lá thép, một thanh tre, một sợi dây cao xu ... để minh hoạ được cả ba giai đoạn của biến dạng cơ.
VD: Với sợi dây cao xu nhỏ (dùng buộc hàng) có độ dài ban đầu khoảng 5:6cm và bị kéo dãn bởi trọng lực của các quả nặng treo ở đầu dưới của dây ta thấy:
+ Sợi dây sẽ bị biến dạng đàn hồi khi treo vào nó các quả nặng từ 50g đến 300g.
+ Sợi dây sẽ bị biến dạng không đàn hồi (hay biến dạng dẻo) khi treo vào nó các quả nặng trên 300g.
+ Sợi dây sẽ bị đứt khi treo vào nó các quả nặng trên 1000g.
Bài này ta không đi giải thích cơ chế vi mô của các kiểu biến dạng cơ mà phải so sánh để thấy rõ đặc điểm (điểm đặt, phương, chiều) tác dụng của ngoại lực gây nên mỗi kiểu biến dạng. Về mặt định lượng nêu lên định luật Húc về biến dạng đàn hồi, kéo hoặc nén của vật rắn. Cần nhấn mạnh cho học sinh thấy rõ độ cứng K của vật rắn không chỉ phụ thuộc tính chất của vật rắn (đặc trưng bởi xuất đàn hồi E) mà còn phụ thuộc tiết diện S và độ dài ban đầu Lo của vật rắn vì L = l lo nên khi l = 1 tức là l = 2lo thì E = ö . Như
l 0
vậy xuất đàn hồi có độ cứng bằng ứng xuất gây ra biến dạng kéo hoặc nén làm cho độ dài của vật rắn tăng gấp đôi (hoặc giảm một nửa) so với độ dài ban đầu của nó.
Hiện tượng căng bề mặt: là hiện tượng các phân tử ở bề mặt của chất lỏng luôn có xu hướng bị kéo vào trong chất lỏng. Muốn duy trì diện tích bề mặt không đổi, cần phải thực hiện công để kéo dài các phần tử trong khối chất lỏng lên bề mặt của khối chất lỏng. Công này làm tăng thế năng của các phần tử tổng thế năng tăng thêm khi các phân tử tạo thành lớp bề mặt của chất lỏng gọi là năng lượng bề mặt. Muốn làm diện tích bề mặt của khối chất lỏng tăng càng nhiều thì năng lượng bề mặt phải càng lớn. Nói cách khác thì năng lượng bề mặt tỉ lệ với độ tặng diện tích bề mặt của chất lỏng. Bề mặt của chất lỏng sẽ ở trạng thái cân bằng bền khi năng lượng bề mặt có giá trị cực tiểu do đó khối chất lỏng luôn có xu hướng co lại tới diện tích nhỏ nhất ứng với giá trị cực tiểu của năng lượng bề mặt. Như vậy, nguyên nhân gáy nên lực căng brrg mặt là do những lực hút giữa các phân tử nằm trên bề mặt chất lỏng tăng lên khi có một số phân tử ở bề mặt bị hút vào trong chất lỏng, làm tăng khoảng cách giữa các phân tử trên bề mặt của nó.
Với hiện tượng dính ướt và không dính ướt: tại đường giới hạn bề mặt chất lỏng có sự tiếp xúc giữa chất lỏng với chất rắn của thành bình và chất khí ở phía trên mặt thoáng. Nhưng vì chất khí có mật độ phân tử rất nhỏ so với chất rắn và chất lỏng nên để đơn giản khi giải thích cơ chế của hiện tượng dính ướt và không dính ướt, người ta chỉ chú ý đến lực tương tác giữa các phân tử chất rắn của thành bình với các phân tử chất lỏng và lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng, bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử chất khí với các phân tử chất lỏng.
Cần phân biệt rõ sự bay hơi với sự sôi: Sự bay hơi là sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) sảy ra trên bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ bất kỳ, còn sự sôi là sự chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) sảy ra cả trên bề mặt và cả bên trong chất lỏng ở nhiệt độ xác định không đổi. Giải thích rõ nguyên nhân của sự bay hơi theo cơ chế vi mô dựa trên chuyển động nhiệt của các phân tử chất lỏng và chất khí ở trạng thái cân bằng động để giúp học sinh nhận thức sâu sắc hơn về bản chất của các hiện tượng tự nhiên. Trên cơ sở đó học sinh dễ dàng phân biệt được trạng thái hơi khô với trạng thái hơi bão hoà, hơn nữa có thể suy đoán về những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi của chất lỏng, ảnh hưởng đến áp xuất hơi bão hoà và thời gian sôi của chất lỏng.
Hơi bão hoà cũng gây ra áp xuất trên thành bình (giống như chất khí). áp xuất này phụ thuộc vào số các phân tử khí có trong một đơn vị thể tích của bình chuyển động tới va chạm vào thành bình và phụ thuộc cường độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí. Do đó áp xuất Po của hơi bão hoà phụ thuộc vào mật độ No của phân tử khí và phụ thuộc vào nhiệt độ T của khối khí theo công thức gần đúng: Po = k no T, với k là một hằng số.Rõ ràng áp suất hơi bão hoà Po không phụ thuộc thể tích chứa hơi này. Thực vậy, giả sử nếu giảm thể tích chứa hơi thì áp xuất của hơi sẽ tăng lên, làm tăng tốc độ ngưng tụ của các phân tử hơi và làm giảm tốc độ bay hơi của các phân tử chất lỏng. Kết quả là
trạng thái cân bằng động giữa bay hơi và ngưng tụ trước khi giảm thể tích lại được tái lập và áp xuất hơi bão hoà giữ nguyên độ lớn của nó. ngoài ra có thể nói thêm cho học sinh biết các cách làm biến đổi hơi khô thành hơi bão hoà và ngược lại. Muốn biến hơi khô thành hơi bão hoà ta phải làm tăng tốc độ ngưng tụ và giảm tốc độ bay hơi để một phần hơi chuyển thành chất lỏng bằng cách tăng áp suất hoặc giảm nhiệt độ
Ta biết một phần hai phân tử là bề mặt của trái đất bị nước bao phủ, lượng nước này không ngừng bay hơi tạo thành một lớp hơi nước trong khí quyển dày từ 10 đến 17km . Hơi nước tạo thành mây, mưa, tuyết, sương mù và ảnh hưởng rất nhiều đến khí hậu của trái đất, đến đời sống của con người , của động vật và thực vật. Hơi nước trong không khí làm gỉ sét.. làm mốc các dụng cụ quang học, làm hỏng các linh kiện điện và điện tử .... đo đó làm giảm đáng kể tuổi thọ của các dụng cụ và máy móc cơ khí, quang học, điện và điện tử. Vì vậy, việc khảo sát độ ẩm của không khí có ý nghĩa rất quan trọng đối với đời sống.
Độ ẩm tuyệt đối của không khí cho biết khối lượng hơi nước (tính ra gam) có trong một 1m3 không khí. độ ẩm cực đại cho biết khối lượng hơi nước bão hoà (tính ra gam) có trong 1m3 không khí. Rõ ràng độ ẩm tuyệt đối không cho biết trạng thái của hơi nước trong không khí có gần trạng thái bão hoà hay không, tức là không cho biết khối lượng hơi nước trong không khí còn có thể tăng thêm được nữa hay không? muốn trả lời điều này ta cần phải so sánh độ ẩm tuyệt đối với độ ẩm cực đại của hơi nước trong không khí ở cùng một nhiệt độ bằng cách lập tỉ số giữa chúng và hình thành khái niệm độ ẩm tỉ đối của không khí để mô tả mức độ ẩm của không khí ở nhiệt độ tương ứng. Độ ẩm tỉ đối càng lớn, hơi nước trong không khí càng gần trạng thái bão hoà của nó và nước càng khó tiếp tục bay hơi thêm vào trong không khí. Do đó việc dự báo thời tiết đòi hỏi phải xác định đồng thời cả độ ẩm tuyệt đối và
độ ẩm tỉ đối của không khí. Khi nhiệt độ của không khí tăng lên thì độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực đại đều tăng theo, nhưng độ ẩm cực đại tăng nhanh hơn nên độ ẩm tỉ đối sẽ giảm. Vì vậy, độ ẩm tuyệt đối vào buổi trưa thường lớn hơn so với buổi sáng sớm và chiều tối, hoặc độ ẩm tuyệt đối ở miền nhiệt đới thường lớn hơn so với ở miền ôn đới? ngược lại độ ẩm tỷ đối vào buổi trưa thường nhỏ hơn so với buổi sáng sớm và chiều tối, hoặc độ ẩm tỷ đối về mùa đông thường lớn hơn về mùa hè. ở nước ta về mùa mưa độ ẩm tỷ đối thường rất lớn, tính trung bình vào khoảng 85% đến trên 95% tuỳ theo vùng địa lý.
Độ ẩm tỷ đối ảnh hưởng rất nhiều đến sức khoẻ con người. Thực vậy, tốc độ bay hơi qua lớp da phụ thuộc độ ẩm tỷ đối của không khí và sự bay hơi này lại có vai trò quyết định đến việc điều hoà thân nhiệt. Về mùa hè ở 300C, ta vẫn cảm thấy dẽ chịu nếu độ ẩm tỷ đối chỉ đạt khoảng 25%, nhưng sẽ cảm thấy oi bức khó chịu nếu độ ẩm tỷ đối vượt quá 80%. Còn về mùa đông ở 180C, ta cảm thấy lạnh nếu độ ẩm tỷ đối chỉ đạt khoảng 25%, nhưng sẽ cảm thấy mát mẻ nếu độ ẩm tỷ đối vượt qúa 60%.
Như vậy nội dung kiến thức chương "Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể" trong chương trình SGK - THPT là cũng rất cơ bản và quan trọng, đòi hỏi người giáo viên phải nắm vững kiến thức cơ bản và những kiến thức liên quan. Do vậy việc nghiên cứu để tìm ra cách giảng dạy có một ý nghĩa quan trọng.
2.3. Thiết kế một só tình huống học tập và định hướng hoạt độngnhận thức của học sinh vào các bài học