Thiết kế tiến trình dạy học bài Định luật Bôi-lơ

8. Cấu trúc luận văn

2.7.2. Thiết kế tiến trình dạy học bài Định luật Bôi-lơ– Ma-ri-ốt

2.7.2.1. Ý tưởng sư phạm

* Nội dung quan trọng nhất của bài học này là xây dựng định luật Bôi- lơ-Ma-ri-ốt. Chúng ta dùng thực nghiệm để dẫn đến định luật này giúp HS nắm bắt vấn đề nhanh nhất và khắc sâu được kiến thức. Còn về cơ sở khoa học đúng đắn của định luật thì phải dựa vào nhiều thí nghiệm khác tinh vi hơn đã được công bố và được thừa nhận từ hơn hai thế kỉ.

Nếu GV dạy học bài này bằng dạy học giải quyết vấn đề thì sẽ phát huy được tính tích cực chủ động sáng tạo của học sinh thông qua việc:

+ GV tạo tình huống có vấn đề vào bài, kích thích hứng thú học tập của HS.

+ Để giải quyết vấn đề đặt ra thì:

- GV tiến hành thí nghiệm, hướng dẫn HS quan sát, thu thập số liệu. - Bằng những câu hỏi gợi mở, HS đưa ra phương án thí nghiệm.

- Sử dụng chuỗi câu hỏi nhận thức tổng quát hóa để đưa HS tự tìm ra công thức định luật đi kèm gợi ý làm HS tích cực hoạt động hơn.

- Nêu ứng dụng kỹ thuật trực tiếp của định luật để HS hiểu rõ và vận dụng được vào giải quyết những vấn đề tương tự khác trong cuộc sống làm HS phát triển được năng lực tư duy, năng lực nhận thức sáng tạo.

* Do lúc này HS đã được trang bị một số kiến thức về chất khí từ bài trước và từ chương trình lớp 8.Hơn nữa thí nghiệm về định luật Bôi-lơ—Ma- ri-ốt cũng khá trực quan, dễ quan sát. Tuy nhiên, đây là phương pháp học mới nên áp dụng ở mức độ hai là hợp lý.

2.7.2.2. Chuẩn bị nội dung dạy học

* Các vấn đề trong nội dung dạy học

- HS đã biết sự tạo ra áp suất của chất khí tác dụng lên thành bình theo thuyết động học phân tử. Vấn đề đặt ra xét sự biến đổi của thể tích V của một lượng khí khi áp suất p tác dụng lên khí (cũng là áp suất của khí) thay đổi còn nhiệt độ thì không đổi.

+ Khi HS đã biết, hiểu được nội dung định luật Bôi-lơ-Mariôt. Vấn đề đặt ra là đi vận dụng định luật này để giải quyết một số vấn đề tương tự trong đời sống, giải quyết các bài tập vấn đề khác.

- Nội dung định luật Bôi-lơ − Ma-ri-ốt: Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số.

pV = hằng số.

- Trong hệ toạ độ (p, V), đường đẳng nhiệt là đường hypebol.

* Kĩ năng mà HS dùng để xây dựng kiến thức mới

+ Mức độ kiến thức của HS:

- HS đã biết được tỉ lệ thuận của áp suất p tác dụng lên thành bình và số va chạm trong đơn vị thời gian.

- Thuyết động học phân tử chất khí.

- Quan sát thí nghiệm rút ra nhận xét kết luận. - Kỹ năng tính toán, kỹ năng vẽ đồ thị.

+ HS sẽ sử dụng những kiến thức này để

- Vận dụng giải thích định tính định luật Bôi-lơ-Mariôt.

- Rút ra nhận xét kết luận của thí nghiệm kiểm chứng định lượng định luật Bôi-lơ-Mariôt.

- Kỹ năng tính toán dùng để giải bài tập, vẽ đồ thị, lấy số liệu kiểm chứng kết quả định lượng của định luật.

* Xác định các vấn đề hướng dẫn của GV

+ Xác định vấn đề cần hướng dẫn.

- Trong bài này, kết hợp phương pháp nêu vấn đề, phương pháp thực nghiệm và vấn đáp.

1. Xây dựng ĐL: GV nêu vấn đề, yêu cầu HS nêu giả thuyết, nêu phương án TN, GV tiến hành thí nghiệm, HS xử lí kết quả TN và nhận xét, GV rút ra kết luận.

2. Đường đẳng nhiệt: dùng phiếu học tập, suy luận toán học để rút ra dạng của đường đẳng nhiệt.

3. Để kiểm tra tính phù hợp của định luật trong thực tế: Giới thiệu về van (van xe đạp) để HS giải quyết được những vấn đề vận dụng của định luật Bôi-lơ – Mariôt.

+ Dự kiến hình thức hướng dẫn.

- Dựa vào thí nghiệm thật đưa đến định luật Bôi-lơ-Mariôt, hướng dẫn HS quan sát, hiểu mục đích của thí nghiệm là theo dõi sự biến đổi áp suất của một lượng khí trong bình khi thể tích thay đổi còn nhiệt độ không đổi và phải làm chậm (để nhiệt độ của khí không đổi) Rút ra kết luận kiểm chứng định luật Bôi-lơ – Mariôt.

- Dựa vào biểu thức định luật giải thích cho HS hiểu rõ hơn, sâu hơn và chỉ ra điều kiện áp dụng định luật cũng như các chú ý trong việc áp dụng định luật để HS vận dụng vào giải bài tập tình huống mới.

- Giới thiệu về van (van xe đạp) để HS giải quyết được những vấn đề vận dụng của định luật Bôi-lơ – Mariôt.

+ Hệ thống câu hỏi:

1. Vì sao chất khí có thể gây áp suất lên thành bình?

2. Áp suất của chất khí có thể phụ thuộc những yếu tố nào? Giải thích? 3. Áp suất phụ thuộc vào thể tích, nhiệt độ. Để khảo sát phụ thuộc của áp suất vào thể tích thì ta cần phải giữ yếu tố nào không đổi?

4. Thảo luận tìm phương án thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa thể tích và áp suất của cùng một lượng khí?

5. Dựa vào bảng số liệu tìm mối liên hệ giữa thể tích và áp suất?

(GV gợi ý: Để tìm mối liên hệ giữa thể tích và áp suất, ta thường xét tính hoặc thương giữa chúng).

6. Điều kiện áp dụng của định luật ?

7. Hằng số trong công thức pV = hằng số có phụ thuộc vào nhiệt độ không?

8. Áp dụng thuyết động học phân tử chất khí, giải thích t2> t1?

9. Dùng thuyết động học phân tử chất khí giải thích định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt?

10. Dùng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, hãy giải thích tại sao khi bơm xe đạp, trong một lần ta đẩy tay bơm để thể tích thân bơm giảm thì lại làm tăng áp suất khí trong săm (ruột) của bánh xe?

11. Trong cuộc sống các em chắc đã được quan sát nhiều về van xe đạp

và van kiêm pit-tông trong thân bơm. Trong quá trình hoạt động của hai van khi bơm, chúng có gì khác nhau?

2.7.2.3. Grap tiến trình hình thành kiến thức cơ bản của bài

Sơ đồ 2.4. Grap tiến trình hình thành kiến thức cơ bản của bài

2.7.2.4. Thiết kế tiến trình dạy học bài: Định Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Hướng dẫn HS nêu dự đoán áp suất p phụ thuộc thể tích V, nhiệt độ T

Giữ nhiệt độ T không đổi, khảo sát áp suất p theo thể tích V

Làm thí nghiệm

Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Đường đẳng

nhiệt Điều kiện áp dụng

Vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

I. Mục tiêu dạy học

+ Về kiến thức:

- Phát biểu và hiểu nội dung của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt.

- Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất và nhiệt độ trên đồ thị p,V.

+ Về kỹ năng:

- HS phát triển được tư duy thông qua việc quan sát thí nghiệm để rút ra kết luận kiểm chứng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt.

- 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.

- Vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt để giải quyết một số hiện tượng và giải bài tập.

+ Về thái độ:

- Nghiêm túc, tập chung trong học tập. - Rèn luyện ý thức chủ động trong tính toán.

- Khách quan khi theo dõi thí nghiệm, hứng thú học Vật lý, tích cực hoạt động, nghiên cứu khoa học.

II. Chuẩn bị điều kiện dạy học

+ Giáo viên:

- Bộ thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt.

- Phần trình chiếu nội dung bài học, câu hỏi GV đặt cho HS. - Phiếu học tập.

+ Học sinh:

Bài cũ (thuyết động học phân tử chất khí, tính chất của chất khí), thước kẻ, máy tính bỏ túi.

III. Tiến trình dạy học

©: Trình chiếu câu hỏi 1, 2, 3 lên màn hình (để đồng thời kiểm tra bài cũ và đặt vấn đề nhận thức).

? Câu 1. Hãy phát biểu nội dung của thuyết động học phân tử chất khí?  HS suy nghĩ, phát biểu.

? Câu 2. Vì sao chất khí có thể gây áp suất lên thành bình?

 Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng, trong bình

chứa, chúng chuyển động va chạm vào thành bình, bị phản xạ và truyền động lượng cho thành bình. Rất nhiều phân tử va chạm với thành bình tạo nên một lực đẩy vào thành bình. Lực này tạo ra áp suất của chất khí lên thành bình.

? Câu 3. Áp suất tác dụng lên thành bình chứa của chất khí có thể phụ thuộc những yếu tố nào? Giải thích?

HS thảo luận đưa ra các dự đoán:

- Áp suất phụ thuộc nhiệt độ: theo thuyết ĐHPT chất khí thì khi nhiệt độ càng cao thì vận tốc chuyển động hỗn loạn càng lớn, dẫn đến va chạm vào thành bình càng mạnh. Và do đó áp suất lên thành bình càng lớn.

- Áp suất phụ thuộc thể tích: Khi thể tích giảm, số va chạm của các phân tử khí với thành bình tăng lên, do đó áp suất sẽ thay đổi.

 Bài 45: ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ – MA-RI-ỐT

1. Thí nghiệm

Hoạt động 2 (15 phút): Làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết

? Áp suất có thể phụ thuộc nhiệt độ và thể tích. Nhiệm vụ của chúng ta là khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích thì ta phải giữ nguyên yếu tố nào?

 Giữ nguyên nhiệt độ.

? Các nhóm thảo luận đưa ra phương án thí nghiệm (các thiết bị cần có)?

 Các nhóm thảo luận và sau đó nói cho cả lớp về phương án thí

nghiệm của nhóm.

 HS quan sát thí nghiệm và ghi kết quả thí nghiệm vào phiếu học tập. ? Với số liệu thu được, HS thảo luận trong nhóm để xem quan hệ giữa áp suất và thể tích giữa lượng khí mà chúng ta khảo sát có quan hệ gì?

 Các nhóm tính toán.

 Nhóm HS được chỉ định lên trình chiếu kết quả và nhận xét: Khi nhiệt độ không đổi, tỉ số giữa áp suất và thể tích không cho ta mối quan hệ gì. Tích số giữa giữa áp suất và thể tích là gần như là không đổi trong các lần đo.

© GV kết luận: Như vậy qua kết quả thí nghiệm chúng ta thấy: Khi nhiệt độ không đổi, tích số giữa giữa áp suất và thể tích là không đổi. Đây là nội dung định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt do hai nhà bác học Robert Boyle (Anh), bằng nhiều thí nghiệm ông đã tìm ra và công bố nó vào năm 1662 và Edme Mariotte (Pháp) bằng những nghiên cứu của mình ông cũng đã tìm ra mối liên hệ giữa p và V khi T không đổi và công bố ở Pháp vào năm 1676.

* Nội dung định luật: Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số.

pV = hằng số.

? Điều kiện áp dụng của định luật ?

 Nhiệt độ không đổi, khối lượng khí xác định (không đổi).  * Điều kiện áp dụng định luật:

- Khối lượng khí xác định (không đổi) - Nhiệt độ không đổi.

? Hằng số trong công thức pV = hằng số, có phụ thuộc vào nhiệt độ không? © GV gợi ý: Nếu làm nóng khí trong một cái bình thông với khí quyển qua một ống nhỏ trong có một giọt nước (SGK vật lý 6, bài 20), giọt nước chuyển động, thể tích khí tăng còn áp suất thì không đổi. Tích pV có một số hạng p giữ nguyên, số hạng V tăng. Vậy pV bằng hằng số C, hằng số này tăng theo nhiệt độ.

- Lượng khí xác định là lượng khí có khối lượng hay số phân tử khí là xác định không thay đổi theo thời gian.

- ĐL Boyle – Mariotte được áp dụng cho quá trình đẳng nhiệt (là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí xác định trong đó p và V thay đổi còn T không đổi).

- Hằng số trong phương trình (*) phụ thuộc vào nhiệt độ.

- ĐL Boyle – Mariotte là định luật áp dụng với khí lí tưởng, với khí thực ĐL Boyle – Mariotte chỉ là định luật gần đúng.

Hoạt động 3 (10 phút): tìm hiểu về đường đẳng nhiệt

 HS vẽ đồ thị trên phiếu học tập.

© GV chiếu đồ thị lên màn hình và kết luận: Bằng thực nghiệm chính xác, người ta thu số liệu và vẽ được đường biểu diến sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích khi nhiệt độ không đổi đúng là một đường cong, theo toán học nó có dạng là cung hypebol và được gọi là đường đẳng nhiệt.

 Đường đẳng nhiệt là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi.

? Áp dụng thuyết động học phân tử chất khí, giải thích t2> t1?

Hoạt động 4 ( 15 phút): Củng cố, vận dụng, dặn dò

Câu 1: Dùng thuyết động học phân tử chất khí giải thích định luật Bôi- lơ – Ma-ri-ốt?

- Theo TĐHPT chất khí, áp suất gây ra do đâu? (do va chạm của các phân tử khí vào thành bình).

- Số va chạm của các phân tử khí vào thành bình và áp suất có mối liên hệ như thế nào? (Số va chạm của các phân tử khí vào thành bình càng tăng thì áp suất tăng).

- Khi thể tích giảm thì số va chạm đó như thế nào? (Khi thể tích giảm thì mật độ phân tử khí tăng và do đó số va chạm tăng).

HS thảo luận trả lời:

Theo TĐHPT chất khí, áp suất p tỉ lệ thuận với số va chạm của phân tử khí lên thành bình trong 1 đơn vị thời gian.

Số va chạm tỉ lệ với mật độ phân tử khí. Do đó khi thể tích giảm thì mật độ phân tử khí tăng.

Câu 2: Biểu thức nào trong các biểu thức sau không phù hợp với định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt?

A. p ∼V1 . B. V ∼ p. C. V ∼1p. D. p1V1 = p2V2.

HS suy nghĩ chọn đáp án.

Câu 3: Dùng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, hãy giải thích tại sao khi bơm

Thiết kế tiến trình dạy học bài Định luật Bôi-lơ– Ma-ri-ốt

Vấn đề, tình huống có vấn đề

DHGQVĐ trong các loại bài học vật lý