C húng tôi đã sắp xếp được nội dung và xây dựng được cấu trúc của chương
2.4.3.3. Phương pháp sử dụng đồ thị như một mô hình
Phương pháp sử dụng đồ thị như một mô hình ở dây thực chất không khác gì
phương pháp đồ thị mà ta vẫn quen dùng. Sự khác nhau chủ yếu ở những khía
cạnh mà ta muốn nhấn mạnh.
a) Trong phương pháp đồ thị ta chú ý đến mối quan hệ hàm số đã được xác lập
rõ ràng, chính xác giữa hai đại lượng vật lý. Trong phương pháp mô hình - đồ
thị, chúng tôi nhấn mạnh đến chức năng mô tả sự diễn biến một quá trình bằng
đồ thị.
b) Muốn khai thác đồ thị như một mô hình thì ta phải cung cấp đầy đủ thông
tin về mô hình để có thể vận hành được nó.
2.5.Thiết kế một số giáo án sử dụng phương pháp mô hình Giáo án 1:
Đ79 Phân tử và một số thuộc tính của phân tử
a) Về kiến thức:
- Học sinh hiểu được cấu trúc vật chất qua việc nhận biết, ghi nhớ các mệnh
đề của thuyết động học phân tử (mô hình cấu tạo chất).
- Biết về khái niệm mô hình.
- Biết được cỡ kích thước và khối lượng của phân tử.
- Hiểu khái niệm lượng chất, phân tử gam, nguyên tử gam và số Avôgađrô.
b) Về kỹ năng:
- Có kỹ năng vận dụng mô hình để giải thích và tiên đoán được một số hiện tượng vật lý
- Làm được một số thí nghiệm đơn giản kiểm tra tính chân thực của mô hình cấu tạo chất.
Chuẩn bị:
+ ảnh chụp kính hiển vi điện tử và ảnh chụp một số phân tử bằng kính hiển vi điện tử.
+ Phần mềm mô hình mô phỏng các trạng thái cấu tạo chất (mô hình truyền
nhiệt, dẫn nhiệt, đối lưu...), mô hình chuyển động Braonơ.
B.Tiến trình giảng dạy
Đặt vấn đề: Con người luôn khát khao tìm hiểu, giải thích và cải tạo thế giới.
Có hai hướng để nghiên cứu tìm hiểu:
- Hướng thứ nhất là vươn thật xa vào vũ trụ để hiểu vũ trụ rộng lớn đến mức
nào và gồm những gì. Đi theo hướng này gồm các nghành: thiên văn học, thám
hiểm vũ trụ...
- Hướng thứ hai đi thật sâu vào cấu tạo của vật chất. Vật chất được cấu tạo như thế nào? Ví dụ đập vỡ quả núi được hòn đá, đập vỡ hòn đá được viên đá
nhỏ hơn...cứ tiếp tục nghiền nhỏ đến mức cuối cùng ta thu được gì? các em có
muốn trả lời câu hỏi trên không?
Một câu hỏi nữa khá thú vị: nhiệt là gì? cốc nước sôi và cốc nước mát về mặt
Những câu hỏi thú vị đó các em sẽ tìm được câu trả lời khi chúng ta học
chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng”
Chương X. Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng
Đ79. Phân tử và một số thuộc tính của phân tử
Thuyết động học phân tử về cấu tạo chất
GV: - Các nhà bác học thời kỳ cổ đại đã có những quan điểm rất khác nhau về
cấu tạo vật chất. Tuy nhiên có thể sắp xếp những quan điểm này theo hai nhóm
đối lập nhau: vật chất được cấu tạo một cách liên tục từ một số chất cơ bản và
vật chất được cấu tạo một cách gián đoạn từ các hạt.
Ngay từ thời kỳ cổ đại, người ta đã biết những biểu hiện đơn giản của tác
dụng nhiệt như sự bay hơi, sôi, nóng chảy, đông đặc...Tuy nhiên những cố gắng
nhằm giải thích các hiện tượng này đã không đem lại kết quả nào đáng kể. Chỉ
đến thế ký 17 khi đã chế tạo và hoàn thiện được nhiệt kế, nhờ đó có thể khảo sát
một cách định lượng nhiều hiện tượng về nhiệt, vấn đề của nhiệt trở thành cấp
thiết đối với các nhà khoa học thời bấy giờ. Có hai quan điểm đối lập nhau về
bản chất của nhiệt: nhiệt là một chất lỏng đặc biệt và nhiệt là kết quả chuyển động của các hạt vật chất.
Trong các quan điểm nêu trên, quan điểm nào đúng? để lựa chọn quan điểm
đúng, các em hãy nhớ lại ở cấp 2, các em đã được học về cấu tạo chất. Vật chất
được cấu tạo như thế nào mà:
- Khi lăn viên phấn qua giọt mực, giọt mực bị thấm vào viên phấn. ?
- Bỏ nhẹ nhàng một ít thuốc tím và cốc nước, thuốc tím tan ra và loang vào
cốc nước. Nếu cốc nước càng nóng thì sự loang ra càng nhanh hơn ?
- Tại sao có sự dính ớt các chất lỏng của vật rắn?
-Tại sao các chất khí lại gây ra áp suất lên thành bình chứa?
HS:
- Vật chất được cấu tạo từ các phân tử riêng biệt.
- Các phân tử tương tác với nhau bằng các lực hút và lực đẩy phân tử.
- Vận tốc trung bình của chuyển động hỗn độn của các phân tử cấu tạo nên
vật chất càng lớn thì nhiệt độ của vật càng cao.
GV: Đó chính là nội dung của thuyết động học phân tử về cấu tạo chất (còn gọi
đó là mô hình cấu trúc vật chất).
Để hiểu mô hình là gì, chúng ta có thể hình dung như sau: ta được tăng một
gói quà. Muốn biết bên trong có gì, ta mở gói quà ra. Song người tặng quà có ý tinh nghịch, lại gói quà trong một hộp nhỏ hơn nữa. Ta lại tiếp tục mở và thấy
bên trong là một hộp nhỏ hơn nữa...Ta hình dung thế giới vật chất như người
tặng quà tinh nghịch, giấu cấu trúc của mình trong một hộp nhỏ tới mức ta
không thể nào mở ra được nữa. Để biết cấu trúc vật chất như thế nào người ta
phải dùng một cái gì đó tương tự dể mô tả. Cái tương tự đó là mô hình. Đọc 4
mệnh đề thuyết động học phân tử ta hiểu vật chất được cấu tạo như thế nào. Vậy
4 mệnh đề của thuyết là mô hình cấu trúc vật chất. Mô hình này cho biết các hạt
vật chất (phân tử) luôn chuyển động hỗn độn nên gọi là mô hình động học.
Trước đó, Bôilơ đã đưa ra mô hình tĩnh học về cấu tạo chất. Theo ông, chúng
được cấu tạo từ những hạt vật chất hình cầu, đứng yên và đàn hồi như cao su.
Mô hình này giải thích được vì sao khi bị nén áp suất của chất khí lại tăng lên. Tuy nhiên không thể dùng mô hình này để giải thích hàng loạt các hiện tượng
khác về chất khí. Ví dụ mở nút của một bình đựng khí thì chất khí có thể tự giãn
nở, chiếm một khoảng không gian rất rộng trong thời gian rất ngắn; không cần
giảm thể tích, chỉ cần tăng nhiệt độ thì áp suất của chất khí cũng tăng lên...Vì vậy mô hình tĩnh học bị loại bỏ và thay bằng mô hình động học phân tử.
Mô hình động học phân tử về cấu tạo chất được coi là phản ánh đúng cấu trúc
vật chất nếu nó giải thích được những hiện tượng đã biết và tiên đoán những
hiện tượng chưa biết khác mà sau này thực nghiệm mới tìm ra. Chừng nào thực
nghiệm mâu thuẫn với mô hình thì khi đó mô hình phải điều chỉnh, hoặc thay
Với mô hình trên, chúng ta cần phân biệt khái niệm vận tốc trung bình dùng
trong cơ học với khái niệm vận tốc trung bình dùng trong vật lý phân tử. Vận tốc
trung bình ở đây được hiểu là trung bình cộng của độ lớn của vận tốc các phân
tử.
- GV cho HS tranh luận để giải thích được: Tại sao lăn viên phấn qua giọt
mực, giọt mực bị thấm vào phấn (mệnh đề1); bỏ nhẹ nhàng một ít thuốc tím vào
nước, thuốc tím tan ra và loang dần vào nước, nếu cốc nước nóng hơn thì sự loang ra nhanh chóng hơn (mệnh đề 2); hiện tượng dính ướt các chất lỏng của
vật rắn (mệnh đề 3). Cũng từ mô hình đó, chúng ta có thể tiên đoán được cơ chế
của hiện tượng áp suất (mệnh đề 4).
HS xem mô hình mô phỏng các trạng thái cấu tạo chất được thực hiện trên máy vi tính (hình 9) và mô hình chuyển động Braonơ (Hình 5).
Hình
9: MH mô phỏng các trạng thái cấu tạo chất (được thực hiện trên máy vi tính)
- GV: Vật chất được cấu tạo từ các phân tử riêng biệt, vậy kích thước của các
phân tử đó bằng bao nhiêu?- thực nghiệm đã bắt được phân tử, chụp ảnh được
phân tử, đo được khối lượng và kích thước của phân tử. Chúng ta xem xét các
bằng chứng thực nghiệm của mô hình động học phân tử về cấu tạo chất.
2.Kích thước và khối lượng phân tử [15]
GV cho HS xem ảnh chụp kính hiển vi điện tử và ảnh chụp một số phân tử bằng
- Phân tử các chất khác nhau có kích thước khác nhau nhưng đều vào cỡ
10-10m.
Chẳng hạn, nếu coi phân tử như những quả cầu thì bán kính phân tử nước vào khoảng: rH201,9.10-10m.
- Nhà bác học Peranh người Pháp (1870-1942) là người đầu tiên xác định được khối lượng của phân tử.
+ Khối lượng một phân tử ôxi có độ lớn: m02 5,3.10-26kg. + Khối lượng một phân tử nước có độ lớn: m 0
2
H 3,0.10-26kg .
GV: Sau đây là một số thí dụ để minh hoạ cho kích thước và khối lượng phân tử.
Nếu xếp 100 triệu phân tử hyđrô nối tiếp nhau thì cũng chỉ được một hàng
dài chưa đầy vài cm.
Nếu tưởng tượng mỗi vật đều lớn lên một triệu lần, nghĩa là con muỗi trở
thành một sinh vật khổng lồ cao 10km thì kích thước của mỗi phân tử trong con
muỗi cũng không lớn hơn một dấu chấm.
Vì kích thước của các phân tử rất nhỏ nên số phân tử có trong vật rất lớn. Số
phân tử có trong một giọt nước gấp hàng tỉ lần số người đang sống trên Trái Đất.
Nếu lấy số gạch bắng số phân tử chứa trong 1cm3 không khí ở điều kiện thường
để phủ kín Trái Đất thì chiều cao của lớp gạch này lên tới 120m.
Hoặc để hình dung kích thước và khối lượng của phân tử nhỏ bé như thế nào, ta có thể dùng hình ảnh sau đây: Kích thước và khối lượng của quả cam so với kích thước và khối lượng Trái Đất như thế nào thì kích thước và khối lượng
phân tử so với khích thước và khối lượng quả cam như thế.
-GV: Một bằng chứng thực nghiệm nữa khẳng định sự đúng đắn của mô hình thuyết động học phân tử về cấu tạo chất, đó là sự phát hiện ra số Avôgađrô.
Avôgađrô (1766-1856), nhà bác học người Italia.
3.Lượng chất và mol-Số Avôgađrô [15].
GV: Lượng chất là một trong 7 đại lượng vật lý cơ bản của hệ thống đo lường
quốc tế (SI). Sáu đại lượng cơ bản của vật lý là: chiều dài (đơn vị m), khối lượng
(đơn vị kg), thời gian (đơn vị giây), cường độ dòng điện (đơn vị ampe), nhiệt độ
(đơn vị kelvin), cường độ ánh sáng (đơn vị candela). Đại lượng thứ 7 mới đưa vào là lượng chất (đơn vị mol).
Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số phân tử hay nguyên tử
chứa trong vật ấy.
Mol của một chất nào đó là lượng chất của 6,02.1023 hạt (nguyên tử, phân tử)
chất đó.
GV: các em hãy lấy một số ví dụ về mol của một số chất và khối lượng của 1
mol chất đó.
HS: lấy các ví dụ như trong SGK.
b) Số Avôgađrô.
Số 6,02.1023 hạt chứa trong một mol chất gọi là số Avôgađrô, và được ký hiệu
là:
NA=6,02.1023mol-1.
Đó là số nguyên tử chứa trong 12 gam các bon 12, được lấy làm chuẩn về lượng chất.
GV: Bằng chứng thực nghiệm: năm 1908, nhà bác học Peranh đã tiến hành nhiều thí nghiệm đo số Avôgađrô đều thu được những giá trị về số Avôgađrô
phù hợp với nhau trong phạm vi sai số.
Cho đến nay, người ta đã đưa ra hàng chục phép xác định khác. Một phương
pháp được xem là chính xác và nhanh nhất, đó là phương pháp liên hệ số
Avôgađrô với các hằng số đặc trưng của cấu trúc tinh thể, các hằng số này có thể
xác định một cách rất chính xác bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên tinh thể:
d ka nM N A 3 Trong đó:
MA là nguyên tử gam của nguyên tố được đo.
k là hằng số mạng (phụ thuộc dạng ô tinh thể).
a là cạnh (hằng số mạng).
d là tỉ trọng của tinh thể.
GV: nhờ có số này mà người ta có thể xác định được khối lượng và kích cỡ
phân tử làm cho phân tử từ chỗ là một giả thuyết đã trở thành một thực thể vật lý
có những thuộc tính xác định.