2.6.1. Các cơ sở phân loại bài tập vật lí
Khi tiến hành phân loại các bài tập vật lí, ta thường dựa trên 3 cơ sở chính sau đây:
Phân loại theo nội dung: bài tập vật lí được chia thành các dạng bài tập như bài tập có nội dung lịch sử, bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tượng,
bài tập dưới dạng đề tài vật lí, bài tập kỹ thuật tổng hợp.
Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy: bài tập vật lí được chia thành bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo.
Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải: bài tập
vật lí được chi thành bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm, bài tập trắc nghiệm khách quan.
Tuy nhiên khi tiến hành phân loại bài tập cho một nội dung, một đề tài, một
phần cụ thể chúng ta có thể kết hợp việc phân loại theo các cơ sở trên tùy theo nội dung, mục đích sử dụng bài tập, trình độ xuất phát của học sinh và thời
gian sử dụng các bài tập.
2.6.2. Phân loại bài tập chương “Chất khí”- Vật lí 10 ban cơ bản cho
TTGDTX
Dựa trên cơ sở phân loai bài tập vật lí theo mục 1.1.3. chương 1, để xây
dựng hệ thống bài tập chương “Chất khí” cho phù hợp với học viên Trung TGDTX Ứng Hòa chúng tôi chọn loại bài tập phân loại theo phương thức
cho điều kiện và phương thức giải. Có thể sử dụng sơ đồ sau đây để trình bày
cho các dạng bài tập chương “Chất khí” mà chúng tôi xây dựng và thực hiện
Sơ đồ 2.1. Phân loại các bài tập vật lí theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải CHẤT KHÍ Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải
Bài tập định tính: Sử dụng thuyết động học phân tử
về cấu tạo chất khí để giải thích các hiện tượng liên quan Bài tập định lượng: - Áp dụng các biểu thức của các quá trình: đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp và sử dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng để giải các
bài tập
Bài tập thí nghiệm: Thiết kế phương án
thí nghiệm kiểm tra
các đẳng quá trình
theo các định luật
thực nghiệm.
Bài tập trắc nghiệm khách quan
Bài tập đồ thị: - Vẽ đồ thị của các quá trình nhiệt động trên các giản đồ P –V, P – T và V - T - Đọc đồ thị của các đẳng quá trình trên giản đồ Loại 1: Áp dụng cho một lượng khí xác định Loại 2: Áp dụng
cho khối lượng khí thay đổi khi biến đổi trạng thái
Loại1: Vẽ đồ thị
cho một đẳng quá
trình
Loại 2: Vẽ đồ thị
cho nhiều đẳng quá
trình kế tiếp nhau
Loại 1: Cho sẵn dụng cụ
thí nghiệm
Loại 2: Học viên tự lựa
chọn các dụng cụ thí
2.7. Xây dựng hệ thống bài tập chương “chất khí” vật lí 10 ban cơ ban theo hướng tiếp cập hoạt động theo hướng tiếp cập hoạt động
* Hệ thống bài tập theo hướng tiếp cận hoạt động
Dựa trên sơ đồ phân loại bài tập chương “chất khí” vật lí 10 ban cơ bản trên
đây. Sau nhiều năn công tác thực tiễn ở TTGDTX và dựa trên nhu cầu thực tế như
dẫ trình bày ở chương 1. Chúng tôi đã xây dựng được hệ thống bài tập gồm:
- Bài tập định tính; - Bài tập định lượng; - Bài tập đồ thị; - Bài tập thí nghiệm; - Bài tập trắc nghiệm.
Từ các dạng bài tập này GV cần hướng dẫn HV giải bài tập một cách
chủ động theo hướng tiếp cận hoạt động (hoạt động của HV là chủ đạo dưới
sự hướng dẫn của giáo viên). Sau đây là sự chi tiết hóa từng dạng bài tập đã xây dựng cho TTGDTX của chúng tôi.
2.7.1. Bài tập định tính
- Mục đích: Sử dụng thuyết động học phân tử về cấu tạo chất khí để giải
thích các hiện tượng liên quan.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định tính và hướng dẫn gợi mở
cho từng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
a. Bài tập mẫu:
Tại sao chất khí dễ bị nén, dễ bị dãn nở, còn chất lỏng không nén được?
+ Hướng dẫn giải bài tập theo hướng tiếp cận hoạt động
Sơ đồ 2.2. Quá trình tiếp cận hoạt động giữa GV và HV ở TTGDTX
Hướng dẫn giải bài tập theo phương pháp tiếp cận hoạt động:
Hoạt động của GV Hoạt động của HV
- Để học viên chủ động giải thích được hiện tượng này, GV cần yêu cầu
HV thực hiện các bước sau:
+ Yêu cầu HV đọc kỹ đầu bài + Phân tích bài:
Nêu cấu tạo chất?
So sánh lực tương tác của các phân
tử chất lỏng và chất khí ?
+ Từ hai yếu tố trên yêu cầu học viên rút ra nhận xét để trả lời câu hỏi.
+ GV nhận xét kết quả
- HV chủ động nhớ lại kiến thức và thực hiện theo các bước GV yêu cầu. + HV đọc đầu bài và phân tích
- HV trả lời câu hỏi của đề bài: Cấu
tạo của chất lỏng và khí là khác nhau. Các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau
giữa chúng có lực đẩy và lực hút giữ
cho các phân tử chất lỏng không thể
tiến gần và cũng không thể xa nhau
quá nên chất lỏng luôn có hình dạng thay đổi theo bình chứa nhưng thể
tích của nó không thay đổi. Còn chất
khí có thể dễ gần nhau mà cũng dễ xa nhau, do đó chất khí dễ bị nén và cũng dễ bị giãn nở. GV KT HV
Chú ý: Dựa vào mục đích cần đạt được khi giải bài tập định tính mà GV cần hướng dẫn cho HV giải thích các bài tập liên quan tương tự như bài tập
mẫu được lấy làm ví dụ trên đây. Từ đó HV có thể lấy làm phương pháp chung để giải các bài tập định tính cho chương “chất khí”.
b. Bài tập vận dụng( Biên soạn cho học sinh tự giải )
Bài 1:Thả một xúc tác muối ăn vào một bình nước, sau một thời gian các
phân tử muối phân bố đều trong toàn thể tích nước. Hãy giải thích hiện tượng?
Lời giải:
Đầu tiên muối hòa tan trong nước. Mật độ phân tử muối ở chỗ thả muối cao hơn chỗ khác nên phân tử muối khuếch tán đến nơi có mật độ phân tử
muối thấp hơn, cho đến khi mật độ phân tử muối mọi chỗ đều như nhau.
Bài 2: Hãy quan sát một tia nắng lọt vào phòng tối qua lỗ nhỏ và nhận xét
gì về các hạt bụi ? Giải thích hiện tượng ?
Lời giải:
Qua lỗ nhỏ ta dễ dàng thấy các hạt bụi bay lơ lửng, tung hoành trong không khí. Nguyên nhân là do các phân tử không khí chuyển động hỗn loạn,
không ngừng liên tiếp va chạm vào các hạt bụi.
Bài 3: Tại sao khi bơm xe, bơm bóng thì lốp xe và quả bóng lại căng lên ?
Lời giải:
Số phân tử khí tăng, áp suất tăng lên làm lốp xe và quả bóng căng lên.
Bài 4: Giải thích tại sao ruột ( săm ) xe đạp còn tốt, sau khi đã bơm căng, để lâu ngày ruột xe xẹp dần ?
Lời giải:
Ruột ( săm ) xe đạp bề ngoài như liền, nhưng giữa các phân tử của chất
làm ruột săm xe vẫn có khoảng cách nên các phân tử không khí vẫn có thể
Bài 5:Sau khi bóp vụn viên phấn thành những hạt nhỏ. Một em học sinh
gọi bụi phấn ấy là những nguyên tử, phân tử. Ý kiến ấy là sai, em hãy giải
thích cho bạn ?
Lời giải:
Các hạt phấn như những hạt bụi nhỏ, tuy vậy vẫn chưa thể gọi là nguyên tử, phân tử được bởi các nguyên tử, phân tử còn nhỏ hơn rất nhiều mà bằng
mắt thường không thể nhìn thấy được.
Bài 6: Tại sao lốp xe đạp để ngoài trời nắng thời gian lâu, lốp xe lại căng
lên ?
Lời giải:
Chất khí để trong bình kín các phân tử khí chuyển động hỗn loạn va chạm
vào thành bình gây nên áp suất lên thành bình. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử
chuyển động nhanh hơn làm cho áp suất lên thành bình tăng lên. Lốp xe lúc này căng ra do để ngoài trời nắng nhiệt độ tăng lên.
Bài 7: Khi giữ nguyên thể tích nhưng tăng nhiệt độ thì áp suất chất khí tăng hay giảm ? Cho biết tác dụng của van bảo hiểm trong các nồi hơi, nồi áp
suất…
Lời giải:
Tăng nhiệt độ thì vận tốc của các phân tử tăng, vì vậy áp suất của chất khí tăng. Van bảo hiểm trong các nồi hơi, nồi áp suất… giữ an toàn cho nồi
không bị nổ tung trong trường hợp áp suất tăng lên quá mức cho phép.
Bài 8:Giải thích tại sao quả bóng bay dù được buộc chặt, để lâu ngày vẫn
bị xẹp ?
Lời giải:
Giữa các phân tử làm vỏ bóng có khoảng cách nên các phân tử không khí
2.7.2. Bài tập định lượng
a) Loại 1: Áp dụng cho khối lượng khí xác định (không thay đổi khi
chuyển trạng thái).
- Mục đích: Áp dụng các biểu thức của các đẳng quá trình nhiệt động cho một khối lượng khí xác định và áp dụng công thức của phương trình trạng thái
của khí lí tưởng.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định lượng và hướng dẫn
gợi mở cho từng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
- Bài tập mẫu:
Một lượng khí ở nhiệt độ 18o
C có thể tích 1m3
và áp suất 1 atm. Người ta nén đẳng nhiệt khí với áp suất 3,5atm. Tính thể tích khí nén.
Hướng dẫn giải theo phương pháp tiếp cận hoạt động:
Hoạt động của GV Hoạt động của HV
- Để học viên chủ động giải được
bài tập GV cần gợi mở nhiều vấn đề
sau:
+ Yêu cầu HV đọc, tóm tắt đầu bài
+ Đổi đơn vị của các đại lượng
+ Trong quá trình biến đổi trạng thái đại lượng nào không thay đổi ?
Biến đổi trạng thái theo quá trình nào?
+ Dựa vào quá trình nhiệt động đã
xác định, áp dụng công thức để giải
bài tập
+ Nhận xét bài làm của HV và khắc
sâu lại mục đích giải bài tập
- HV tóm tắt đầu bài và đưa đơn vị về
một hệ đồng nhất.
- HV chủ động nhớ lại kiến thức và trả
lời câu hỏi GV gợi ý
-HV trả lời câu hỏi của đề bài. Với bài tập mẫu trên đây HV cần áp dụng công
thức của quá trình đẳng nhiệt:
P V = P V 1 1 2 2 Với P 1 1= atm, 3 V =1m 1 và P2=3,5atm, 2 V = ? Suy ra: V =P V1 1= 1.1= 0, 286m3 2 P 3,5 2 )
b) Loai 2: Áp dụng cho khối lượng khí thay đổi trong quá trình biến đổi trạng thái.
- Mục đích: Áp dụng các biểu thức của các đẳng quá trình cho các quá trình mà lượng khí thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, và áp dụng công thức
của phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định lượng và hướng dẫn gợi mở
cho từng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
- Bài tập mẫu
Một phòng có kích thước 8m x 5m x 4m. Ban đầu không khí trong phòng ở điều
kiện chuẩn ( p0 = 76 cmHg, T0 = 273 K ), sau đó nhiệt độ của không khí tăng lên tới 10o
C, trong khi áp suất là 78 cmHg.
a) Tính thể tích khí trong phòng ban đầu?
b) Tính thể tích của lượng khí sau khi nhiệt độ tăng 10o
C ? c) Tính thể tích của lượng khí đã ra khỏi phòng ?
Hướng dẫn giải theo phương pháp tiếp cận hoạt động:
Hoạt động của GV Hoạt động của HV
- Để học viên chủ động giải được
bài tập GV cần gợi mở các vấn đề
sau:
+ Yêu cầu HV tóm tắt đầu bài và
đổi đơn vị của các đại lượng về
một hệ đồng nhất ?
+ Yêu cầu HV xác định xem
trong quá trình biến đổi trạng thái lượng khí có thay đổi không?
- HV tóm tắt đầu bài và đưa đợn vị về đồng nhất.
-HV chủ động nhớ lại kiến thức và trả lời
các câu hỏi GV gợi ý
- Áp dụng công thức của phương trình trạng
thái cho các quá trình mà lượng khí thay đổi
từ trạng thái này sang trạng thái khác.
-HV trả lời câu hỏi của đề bài
Với bài mẫu trên đây có thể hướng dẫn
+ Trong quá trình biến đổi trạng thái đại lượng p,T có thay đổi
không ?
+ Dựa vào quá trình biến đổi
trạng thái từ đó áp dụng công
thức để giải bài tập
+ Nhận xét bài làm của HV và khác sâu lại mục đích giải bài tập
a) Lượng không khí trong phòng ở trạng thái ban đầu (điều kiện chuẩn) : p0 = 76 cmHg, T0 = 273 K và V0 = 5.8.4 = 160 m3
b) Lượng không khí trong phòng ở trạng
thái 2: p2 = 78 cmHg; T2 = 283 K; V = ?2 Áp dụng phương trình trạng thái ta có: 0 0 2 2 0 2 3 0 0 2 2 0 2 p V p V = T T p V T 76.160.283 V = = 161, 60m T p 273.78 ® »
c) Thể tích không khí thoát ra khỏi
phòng:
3 2 0 161, 6 160 1, 6
V V V m
D = - = - =
Chú ý: Dựa vào mục đích giải bài tập định lượng mà GV hướng dẫn cho
HV giải các bài tập dạng tương tự như bài mẫu. Từ đó HV lấy làm phương pháp chung để giải bài tập định lượng loại 1 và 2 chương “chất khí”.
Bài tập vận dụng( Biên soạn cho học viên tự giải)
Bài 1: Trong xilanh của một động cơ đốt trong có 2dm3
hỗn hợp khí dưới
áp suất 1 atm và nhiệt độ 470
C. Pít tông nén xuống làm cho thể tích của hỗn
hợp khí chỉ còn 0,2 dm3 và áp suất tăng lên tới 15 atm. Tính nhiệt độ hỗn hợp
của khí nén.
Bài 2 :Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ 250
C dưới áp suất 0,566. 5
10 Pa.
Khi đèn cháy sáng, áp suất khí trong đèn là 0,959. 5
10 Pa và không làm vỡ
bóng đèn. Tính nhiệt độ khí trong đèn khi cháy sáng ra t0C. Coi thể tích của bóng đèn là không thay đổi.
Đáp số: 2320C
Bài 3 : Một xilanh chứa 150cm3 khí ở áp suất 2. 105Pa Pít-tông nén khí trong xilanh xuống còn 3
100cm . Tính áp suất của khí trong xilanh lúc này, coi nhiệt độ như không đổi.
Đáp số: 3. 5
10 Pa
Bài 4 : Trước khi nén, hỗn hợp khí trong xilanh một động cơ có áp suất là 1 at, nhiệt độ 400
C. Sau khi nén, thể tích giảm đi 6 lần và áp suất là 10 at. Tìm nhiệt độ sau khi nén.
Đáp số: 2490C
Bài 5: Người ta bơm không khí với áp suất 1 atm vào bình có dung tích 10 lít. Tính áp suất không khí trong bình sau 50 lần bơm. Cho biết mỗi lần bơm được 250cm3 không khí. Trước khi bơm áp suất không khí trong bình là áp 1atm và trong khi bơm nhiệt độ không khí trong bình không thay đổi.
Đáp số: 2,25 atm
Bài 6:Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ. Khi đèn sáng, nhiệt độ của bóng đèn là 4000
C, áp suất khí trong bóng đèn bằng áp suất không khí 1 atm. Tính
áp suất khí trong bóng đèn khi chưa phát sáng, ở 220
C.
Đáp số: 0,44 atm
Bài 7:Một bình cầu thủy tinh chứa một khối khí ở 150
C. Hỏi áp suất khí sẽ
giảm đi bao nhiêu lần nếu 40% khí thoát ra khỏi bình cầu đồng thời nhiệt độ
giảm đến 80
C.
Đáp số: 1,7 lần
Bài 8: Khi nén đẳng nhiệt từ thể tích 3 lít đến 2 lít, áp suất khí tăng thêm
0,5 atm. Áp suất ban đầu của khí là bao nhiêu ?
Bài 9:Một chất khí có áp suất 5 2
5.10 N m/ đựng trong một ống nghiệm. Mở
van cho 3/5 khối lượng khí này thoát ra. Áp suất khí trong ống nghiệm sau khi