khí lý tởng trong ch” ơng trình Vật lý 10 THPT–
2.4.1.1. Nội dung của chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t“ ởng”
trong SGK Vật lý 10 THPT–
Chơng “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng” đợc trình bày trong 5 tiết (51, 52, 53, 54, 55). SGK trình bày theo cấu trúc sau:
- Phân tử và một số thuộc tính của phân tử - Các trạng thái cấu tạo chất
- Định luật Bôilơ - Mariôt - Định luật Saclơ
- Độ không tuyệt đối và nhiệt giai Kelvin. Định luật Saclơ viết theo độ K. - Từ định luật Bôilơ - Mariôt và định luật Saclơ viết theo độ K xây dựng ph- ơng trình trạng thái của khí lý tởng viết theo độ K. Định luật Gay Luyxắc.
Nội dung của chơng này nghiên cứu chủ yếu là các định luật về chất khí và phơng trình trạng thái của khí lý tởng. Các định luật về chất khí đều là những định luật đợc rút ra từ thực nghiệm. Nội dung cụ thể của các tiết học trong ch- ơng này nh sau:
●Đ 51. Phân tử và một số thuộc tính của phân tử
Đầu tiên SGK nêu lại thuyết động học phân tử về cấu tạo chất mà HS đã đ- ợc học ở lớp 7 - THCS. Sau đó SGK khẳng định về sự tồn tại của các phân tử và đa ra một số ví dụ cụ thể về kích thớc và khối lợng của phân tử.
Cuối cùng SGK đa ra một đại lợng mới trong hệ thống đo lờng quốc tế là l- ợng chất (có đơn vị là mol). Đây là một trong 7 đại lợng vật lý cơ bản của hệ thống đo lờng quốc tế SI. Cuối cùng SGK đa ra số Avôgađrô. Cần nhấn mạnh cho HS biết đợc ý nghĩa của việc tìm ra số Avôgađrô.
●Đ 52. Các trạng thái cấu tạo chất
ở lớp 7, HS đã đợc học kiến thức cơ bản về các trạng thái cấu tạo chất. Vào bài, SGK đa ra trạng thái khí – khí lý tởng và khí thực.
Có thể dựa vào hai hiện tợng sau đây để rút ra đặc điểm của trạng thái khí: - Chất khí có khối lợng riêng rất nhỏ chứng tỏ các phân tử khí ở rất xa nhau. - Chất khí có thể nén đợc dễ dàng chứng tỏ lực liên kết giữa các phân tử khí rất yếu. Cần nhấn mạnh cho HS biết rằng trong khi chuyển động hỗn độn về mọi phía các phân tử khí va chạm vào thành bình gây ra áp suất lên thành bình.
Cần nói rõ cho học sinh biết trong điều kiện nào thì chất khí có thể coi là khí lý tởng. Ví dụ nh không khí và các chất khí ở điều kiện bình thờng về nhiệt độ và áp suất đều có thể coi là khí lý tởng. Các chất khí ở áp suất và nhiệt độ cao là khí thực. Sở dĩ SGK chỉ đi sâu vào nghiên cứu khí lý tởng vì khí lý tởng đơn giản hơn khí thực nên việc nghiên cứu các tính chất của khí này dễ dàng hơn. Từ các tính chất của khí lý tởng ta có thể suy ra gần đúng các tính chất của khí thực.
Tiếp theo, SGK đa ra trạng thái rắn. Cần lu ý học sinh rằng ngoài vật rắn có cấu tạo tinh thể còn có vật rắn vô định hình (sẽ học ở lớp 11).
Cuối cùng, SGK nêu ra trạng thái lỏng. GV cần làm cho học sinh thấy rõ trạng thái lỏng là trạng thái trung gian của trạng thái khí và trạng thái rắn.
●Đ 53. Hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi nhiệt độ không đổi. Định luật Bôilơ - Mariôt.
Đầu tiên SGK đa ra khái niệm quá trình đẳng nhiệt: đó là quá trình biến đổi trạng thái nhiệt của một lợng khí trong đó thể tích và áp suất thay đổi còn nhiệt độ không đổi. Sau đó SGK trình bày thí nghiệm dùng để thiết lập hệ thức giữa thể tích và áp suất của một khối lợng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.
Qua thí nghiệm rút ra định luật: “ở nhiệt độ không đổi áp suất và thể tích của một khối lợng khí xác định tỉ lệ nghịch với nhau.”
12 2 2 1 V V p p =
Biểu thức trên có thể viết: p1V1 = p2V2 hay pV = const
Do đó định luật Bôilơ - Mariôt còn có thể phát biểu nh sau: “ở nhiệt độ không đổi tích của thể tích và áp suất của một khối lợng khí xác định là một hằng số .”
SGK chỉ rõ: Định luật này đợc nhà Vật lý ngời Anh tìm ra năm 1662 và nhà Vật lý ngời Pháp tìm ra năm 1676 hoàn toàn độc lập với nhau.
Tiếp theo, SGK biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi bằng đồ thị (đờng đẳng nhiệt). Cuối cùng, SGK nêu lên phạm vi ứng dụng của định luật.
●Đ 54. Hệ thức giữa áp suất và nhiệt độ của chất khí khi thể tích không đổi. Định luật Saclơ.
Đầu tiên SGK trình bày thí nghiệm cho phép xác định sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lợng khí xác định khi thể tích không đổi rồi từ đó đa ra biểu thức: t p p pt γ = − 0 0
; trong đó γ = 1/273 là hệ số tăng áp suất trong quá trình đẳng tích.
Biểu thức trên có thể viết lại nh sau: pt = p0 (1 + γt). Từ đó phát biểu định luật: “Khi thể tích không đổi, áp suất của một khối lợng khí xác định biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ .”
Định luật này đợc Saclơ tìm ra năm 1787 bằng thực nghiệm. Sau đó SGK biểu diễn đồ thị của định luật.
Tiếp theo SGK định nghĩa khái niệm độ không tuyệt đối và nhiệt giai Kelvin: T = (t + 273) K, sau đó đa ra biểu thức của định luật Saclơ viết theo nhiệt độ tuyệt đối nh sau:
21 1 2 1 T T p p
= và phát biểu định luật theo độ K:
“Khi thể tích không đổi, áp suất của một khối lợng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối .”
Cuối cùng SGK đa ra phạm vi ứng dụng của định luật.
●Đ 55. Phơng trình trạng thái của khí lý tởng
SGK xây dựng phơng trình trạng thái từ các định luật Bôilơ - Mariôt và định luật Saclơ chỉ viết theo nhiệt độ K.
SGK xây dựng phơng trình trạng thái của khí lý tởng bằng cách dùng đồ thị để biểu diễn các quá trình, từ đó rút ra phơng trình trạng thái:
22 2 2 1 1 1 T V p T V p =
Từ phơng trình trạng thái, SGK suy ra định luật Gay Luyxăc:
21 1 2 1 V V T T = .
Phát biểu định luật: Khi áp suất không đổi, thể tích của một khối lợng khí xác định tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
Cần lu ý HS rằng định luật này đợc nhà bác học ngời Pháp Gay Luyxăc tìm ra bằng thực nghiệm năm 1802.
Kết thúc bài, SGK đa ra sơ đồ tổng kết về phơng trình trạng thái và các đẳng quá trình.
2.4.1.2. Vị trí và vai trò của chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t“ - ởng trong ch” ơng trình Vật lý 10 THPT.–
Chơng này là phần đầu tiên của chơng trình nhiệt học ở bậc THPT nhng lại là phần cuối của SGK Vật lý 10. ở THCS, HS đã đợc học những kiến thức cơ bản về nhiệt học. Chơng này phát triển và kế thừa những hiểu biết đó của HS để tìm hiểu các tính chất của khí lý tởng. Chơng này có hai nội dung chính là “thuyết động học phân tử” và “các định luật chất khí”.
Nội dung đầu HS đã đợc học ở THCS. Nội dung thứ hai hoàn toàn mới đối với HS. Chơng “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng” đợc trình bày trong 5 tiết, trong đó ở 2 tiết 51 và 52, HS ôn tập và hoàn thiện các kiến thức đã học ở THCS về thuyết động học phân tử và các trạng thái cấu tạo chất. Phần “các định luật chất khí” đợc trình bày trong 3 tiết và chỉ đợc đa vào một lần trong chơng trình Vật lý THPT nhng kiến thức của phần này liên quan đến rất nhiều hiện tợng Vật lý thờng gặp trong tự nhiên và đời sống. Mặt khác, nó còn là những kiến thức làm cơ sở cho việc lĩnh hội các nội dung tiếp theo của phần “Vật lý phân tử và nhiệt học”. Vì thế, việc làm cho học sinh hiểu và nắm đợc nội dung kiến thức phần này là rất cần thiết.
Nội dung của chơng “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng” đợc trình bày khá chi tiết về mặt định lợng. Công cụ toán học đợc sử dụng nhiều trong các định luật chất khí. Trong quá trình dạy học chơng này, HS đợc tiếp xúc với hai phơng pháp nghiên cứu đặc thù của Vật lý học là phơng pháp thực nghiệm và phơng pháp t duy lý thuyết. Qua đó bồi dỡng cho HS những kiến thức về phơng pháp nhận thức khoa học và các thao tác t duy quan trọng nh phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch Ch… ơng “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng” mặc dù đợc trình bày trong thời gian không nhiều với lợng kiến thức vừa phải nhng nó có vị trí, vai trò quan trọng trong phần nhiệt học nói riêng và Vật lý học nói chung.
Để dạy học phần này đạt hiệu quả cao, GV cần phải có phơng pháp, PTDH thích hợp thì mới có thể kích thích đợc hứng thú học tập của HS và từ đó mới nâng cao đợc chất lợng của quá trình học tập.