6. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1.1. Thí nghiệm định tính
a) Mục đích thí nghiệm
- Thí nghiệm “quảbong bóng co giãn”, “hút nước từ chai nhựa”, “mẹo tách lòng đỏ trứng gà nhanh nhất”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của một khối khí xác định khi giữ nguyên nhiệt độ.
- Thí nghiệm “mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một khối khí xác định khi giữ nguyên thể tích.
- Thí nghiệm “lon nước biến dạng”, “dòng nước chảy ngược”, “bơm bong bóng từchai”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ, áp suất của một khối khí xác định.
b) Dụng cụ thí nghiệm
Bảng 2.1: Dụng cụ các thí nghiệm định tính.
Thí nghiệm Dụng cụ Hình ảnh
Quá trình đẳng nhiệt –Định luật Boyle – Mariotte
Quả bong bóng co giãn. - Bong bóng - Ống kim tiêm Hút nước từ chai nhựa. - Chai nước - Cốc đựng nước
Mẹo tách lòng đỏ trứng gà nhanh nhất. - Chai nước - Quả trứng gà Quá trình đẳng tích –Định luật charles Mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ. - Quả trứng cút chín - Bình thủy tinh - Bông tẩm cồn
Phương trình trạng thái –Định luật Gay Lussac
Lon nước biến dạng. - Lon nước - Đèn cồn - Đồ gắp thức ăn - Nước đá Dòng nước chảy ngược. - Chai thủy tinh - Ống hút - Phẩm màu (nếu có) - Nút đậy - Chai nhựa
Bơm bong bóng từ chai.
- Quả bong bóng
c) Tiến hành thí nghiệm và kết quả
c.1. Quá trình đẳng nhiệt –Định luật Boyle – Mariotte
c.1.1. Thí nghiệm quả bong bóng co giãn a) Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: bịt kín đầu ống xi lanh bằng keo nến. - Bước 2: Bỏ quả bong bóng nhỏ vào ống xi lanh. - Bước 3: Đặt pittong ở vị trí 60ml.
- Bước 4: Đẩy nhẹ từ từ pittong xuống vịtrí 30ml và quan sát kích thước quả bong bóng.
- Bước 5: Kéo pittong lên vịtrí ban đầu và quan sát kích thước quả bong bóng.
Hình 2.1: Bong bóng co, giãn trong xi lanh khi kéo, đẩy pittong
b) Kết quả:
- Khi ta đẩy pittong xuống, quả bong bóng sẽ co lại (thể tích giảm). - Khi ta kéo pittong lên, quả bong bóng sẽ nở ra (thểtích tăng).
c) Giải thích:
- Khi ta đẩy pittong xuống, thể tích khí trong xi lanh giảm, mật độ phân tử khí
trong xi lanh tăng lên, do đó áp suất khí cũng tăng lên dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quảbong bóng tăng làm cho bong bóng co lại hay thể tích quả bong bóng giảm.
- Khi ta kéo pittong lên, thểtích khí trong xi lanh tăng, mật độ phân tử khí trong xi lanh giảm, do đó áp suất khí cũng giảm xuống dẫn đến lực tác dụng của các phân tử
khí lên bề mặt quả bong bóng giảm làm cho bong bóng nở ra hay thể tích quả bong bóng
tăng lên.
d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm:
- Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề
hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle –Mariotte”.
- Hành vi năng lực hướng đến:
+ Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí.
+ Đặt câu hỏi/ vấn đềliên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức:
Hoạt động của GV Hoạt động của học sinh
+ GV phát phiếu học tập, một cái xi lanh kín có pittong di chuyển và một quả
bong bóng nhỏ, hướng dẫn HS làm TN nén khí trong xi lanh đã bịt kín, yêu cầu HS làm TN và trả lời các câu hỏi ở trong phiếu học tập:
•Em có nhận xét gì về kích thước quả bong bóng?
+ Lắng nghe hướng dẫn, làm TN và viết câu trả lời vào phiếu học tập.
- Khi ta đẩy pittong trong xi lanh xuống thì thấy quả bong bóng co lại (thể tích
•Khối khí trong xi lanh có xác định không?
•Thông số nào của khối khí không
đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? Giải thích?
+ Quan sát HS làm việc đểđánh giá.
+ Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn
đề mà chúng ta cần giải quyết ởđây là gì?
+ Nhận xét câu trả lời của HS.
giảm), khi kéo pittong lên lại vị trí ban đầu thì thấy quả bong bóng giãn ra (thể tích tăng).
- Khối khí trong xi lanh xác định. - T không đổi, V giảm, p tăng.Vì:
Khi ta đẩy pittong xuống, thể tích khí trong xi lanh giảm, mật độ phân tử khí trong xi lanh tăng lên, do đó áp suất khí cũng tăng lên dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng tăng làm cho bong bóng co lại hay thể tích quả bong bóng giảm. Khi ta kéo pittong lên, thểtích khí trong xi lanh tăng, mật độ phân tử khí trong xi lanh giảm, do đó áp suất khí cũng giảm xuống dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng giảm làm cho bong bóng nở ra hay thể tích quả bong bóng tăng lên.
+ HS suy nghĩ, trả lời:
Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào?
c.1.2. Hút nước từ chai nhựa a) Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 2: Đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu và quan sát hiện tượng xảy ra.
Hình 2.2: Nước được hút vào chai khi bóp, thả chai
b) Kết quả: Nước từ từđược hút vào chai.
c) Giải thích:
- Ban đầu ta bóp chai nhựa và đặt miệng chai vào nước làm cho khí trong chai
không đổi. Khi ta đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, thểtích trong chai tăng lên, khi đó mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai cũng giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất trong và ngoài miệng chai. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp
suất khí bên trong chai, tạo lực đẩy nước từngoài vào bên trong chai đến khi nào áp suất khí bên trong cân bằng với áp suất bên ngoài.
d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm:
- Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề
hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle –Mariotte”.
- Hành vi năng lực hướng đến:
+ Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí.
+ Đặt câu hỏi/ vấn đềliên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức:
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
+ GV chia lớp thành 6 nhóm, phát phiếu học tập, một chai nhựa, thau nước, lọ thủy tinh có chứa quả bong bóng nhỏ,
GV đặt nhiệm vụ cho các nhóm dùng chai nhựa để lấy nước từthau nước cho vào lọ
thủy tinh. Nhóm nào lấy được quả bong bóng trong lọ thủy tinh nhanh nhất là
nhóm đó thắng.
+ GV yêu cầu HS tiến hành TN. + Sau khi thực hiện nhiệm vụ, GV yêu cầu HS mô tảcách để lấy nhiều nước nhất và trả lời các câu hỏi ở trong phiếu học tập:
•Em có nhận xét gì về thể tích và áp suất của khí trong chai trong quá trình
nước chảy vào trong chai ?
•Khối khí trong chai có thay đổi
không khi đặt miệng chai vô nước?
•Thông số nào của khối khí không
đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? Giải thích?
+ Quan sát HS làm việc đểđánh giá.
+ Lắng nghe hướng dẫn, làm TN và viết câu trả lời vào phiếu học tập.
- Thểtích khí trong chai tăng khi ta bóp chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài chai nên nước bị hút vào trong chai.
- Khối khí trong chai xác định. - T không đổi, V tăng, p giảm. Vì: Ban đầu ta bóp chai nhựa và đặt miệng chai vào nước làm cho khí trong chai không đổi. Khi ta đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, thể tích trong chai tăng lên, khi đó mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai cũng giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất trong và ngoài miệng chai. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất khí bên trong
+ Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn
đề mà chúng ta cần giải quyết ởđây là gì?
+ Nhận xét câu trả lời của HS.
chai, tạo lực đẩy nước từ ngoài vào bên trong chai đến khi nào áp suất khí bên trong cân bằng với áp suất bên ngoài.
+ HS suy nghĩ, trả lời:
Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào?
c.1.3. Mẹotách lòng đỏ trứng gà nhanh nhất a) Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: Đập trứng vào dĩa.
- Bước 2: Bóp chai nhựa lại rồi đặt miệng chai nhựa lên lòng đỏ quả trứng. - Bước 3: Từ từ thả tay thôi bóp chai và quan sát hiện tượng.
Hình 2.3: Thí nghiệm tách lòng đỏ trứng gà
b) Kết quả: Lòng đỏ trứng lọt vào trong chai.
c) Giải thích:
- Ban đầu ta bóp chai nhựa lại và đặt miệng chai lên lòng đỏ trứng, điều này giữ cho lượng khí trong chai không đổi. Khi ta thôi bóp chai nhựa, thể tích chai nhựa tăng
lên, mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai giảm tạo ra
áp suất khí bên trong chai, tạo ra lực đẩy từ ngoài vào trong khiến cho lòng đỏ trứng “tự chui” vào trong chai.
d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm:
- Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề
hoặc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle –Mariotte”.
- Hành vi năng lực hướng đến:
+ Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí.
+ Đặt câu hỏi/ vấn đềliên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức:
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
+ GV chia lớp thành 6 nhóm, phát phiếu học tập, một quả trứng, 1 chai nhựa,
GV đặt nhiệm vụ cho các nhóm: “Làm cách nào để lấy được lòng đỏ trứng gà chỉ
từ một chai nhựa?”
+ GV yêu cầu các nhóm thực hiện
được mô tả lại tiến trình làm của nhóm mình.
+ GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi
ở trong phiếu học tập:
•Em có nhận xét gì về thể tích và áp suất của khí trong chai trong quá trình lấy
lòng đỏ trứng?
•Trong quá trình thực hiện, khối khí
trong chai có xác định không?
+ Lắng nghe.
+ Mô tả lại tiến trình thực hiện:
Bóp chai nhựa lại rồi đặt miệng chai nhựa lên lòng đỏ quả trứng. Sau đó, từ từ thảtay thôi bóp chai, khi đó lòng đỏ trứng sẽ lọt vô chai.
+ Khi ta bóp chai nhựa và đặt miệng chai lên lòng đỏ trứng, sau đó thôi bóp chai nhựa thì thểtích khí trong chai tăng lên, áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa bên ngoài và bên
•Thông số nào của khối khí không
đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? Giải thích?
+ Quan sát HS làm việc đểđánh giá.
+Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn đề
mà chúng ta cần giải quyết ởđây là gì?
trong chai nên lòng đỏ trứng bị hút vào trong chai.
+ Trong quá trình thực hiện, khối khí trong chai xác định.
+ T không đổi, V tăng, p giảm. Vì:
Ban đầu ta bóp chai nhựa lại và đặt miệng chai lên lòng đỏ trứng, điều này giữ cho lượng khí trong chai không đổi. Khi ta thôi bóp chai nhựa, thể tích chai nhựa tăng lên, mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong chai. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn áp suất khí bên trong chai, tạo ra lực đẩy từ ngoài vào trong khiến cho lòng đỏ trứng “tự chui” vào trong chai.
+ HS suy nghĩ, trả lời:
Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào?
c.2. Quá trình đẳng tích. Định luật charles
c.2.1. Mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ: a) Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 2: Đặt quả trứng cút lên miệng bình thủy tinh và quan sát hiện tượng xảy ra.
Hình 2.4: Thí nghiệm mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ.
b) Kết quả: Quả trứng cút sẽ lọt vô bình thủy tinh.
c) Giải thích:
- Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình thủy tinh, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ khí bên trong bình giảm xuống làm cho chuyển động của các phân tử khí trong bình giảm dẫn tới áp suất khí trong bình giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong bình. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong tạo nên lực đẩy từ ngoài vô trong làm cho quả trứng chui lọt vào bên trong bình.
d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm:
- Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề
hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles”.
- Hành vi năng lực hướng đến:
+ Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí.
+ Đặt câu hỏi/ vấn đềliên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức:
+ GV chia lớp thành 6 nhóm, phát phiếu học tập, bộTN “mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ” và hướng dẫn HS làm thí nghiệm.
+ GV yêu cầu HS làm TN và trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập:
•Em có nhận xét gì về kết quả thí nghiệm?
•Khi đặt quả trứng lên miệng lọ,
lượng khí trong lọcó thay đổi hay không?
•Thông số nào của khối khí không
đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? Giải thích?
+ GV quan sát HS làm việc để đánh
giá.
+ Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây
là gì?
+ Thống nhất, điều chỉnh câu trả lời của học sinh.
+ HS lắng nghe GV hướng dẫn.
+ HS thực hành TN và điền câu trả lời vào phiếu học tập.
- Khi bông tẩm cồn trong lọ cháy hết, đặt quả trứng cút lên miệng lọ, ta thấy quả trứng cút chui lọt vô lọ.
- Khi đặt quả trứng lên miệng lọ, lượng khí trong lọkhông thay đổi.
- V không đổi, T giảm, p giảm. Vì: Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình thủy tinh, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ khí bên trong bình giảm xuống làm cho chuyển động của các phân tử khí trong bình giảm dẫn tới áp suất khí trong bình giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong bình. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong tạo nên lực đẩy từ ngoài vô trong làm cho quả trứng chui lọt vào bên trong bình.
+ HS suy nghĩ, trả lời
Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng tích của một khối khí xác định,
áp suất và nhiệt độ tuyệt đối T có mối liên