TRẠNG THÁI
VẬT CHẤT ĐẶC ĐIỂM
Thể rắn
-Ở thể rắn: Các phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các
phân tử có kích thước phân tử). Lực tương tác giữa các phân tử chất rắn rất mạnh, nên giữ được các phân tử này ở vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh
vị trí cân bằng. Do đó, các vật rắn có thể tích và hình dạng xác định riêng.
Thể lỏng
- Ở thể lỏng: Thể lỏng được coi là trạng thái trung gian giữa thể khí và thể rắn. Lực tương tác giữa các phân tử lớn hơn ở thể khí nên giữ được các phân tử không chuyển động
phân tán ra xa nhau. Nhờ đó, chất lỏng có tích riêng xác
định. Tuy nhiên lực này chưa đủ lớn như các chất rắn để giữ
các phân tử ở những vị trí xác định. Các phân tử ở thể lỏng
cũng dao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những
vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng
khơng có hình dạng riêng mà có hình dạng của bình chứa
nó.
Thể khí
- Ở thể khí: Các phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các
phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng) lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. Do đó chất khí khơng có hình dạng và thể tích riêng xác định. Chất khí ln ln chiếm
Có thể nói: Khoảng cách và lực tương tác giữa các phân tử của vật chất
quyết định sự tồn tại của chúng ở trạng thái nào: Rắn, lỏng hoặc khí.
2.3.1.2. Thuyết động học phân tử chất khí
Thuyết động học phân tử chất khí bao gồm các nội dung cơ bản sau đây:
- Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so
với khoảng cách giữa chúng.
- Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn khơng ngừng. Chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao (Đó là chuyển động nhiệt của các
phân tử).
- Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí va chạm nhau và va chạm với
thành bình.
- Mỗi phân tử va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực
không đáng kể, nhưng tổng các lực của vơ số phân tử khí va chạm vào thành bình lại trở thành một lực đáng kể. Lực này gây ra áp suất của chất khí lên thành bình.
Tăng nhiệt độ
a. Ở nhiệt độ T1 b. Ở nhiệt độ T2 >T1
Hình 2.2. Chuyển động nhiệt của các phân tử ở những nhiệt độ khác nhau
2.3.1.3. Khí lý tưởng. Các định luật về khí lý tưởng
a. Khái niệm về khí lý tưởng:
Như trên đã trình bày, ở thể khí các phân tử xa nhau nên thể tích riêng của
các phân tử khí rất nhỏ so với thể tích của bình chứa. Vì thế để đơn giản ta có
1
v
ur
2
thể bỏ qua thể tích riêng của các phân tử, coi chúng như các chất điểm. Mặt
khác, khi chưa va chạm thì lực tương tác giữa các phân tử khí rất yếu, nên cũng có thể bỏ qua. Từ khái niệm này có thể đưa ra định nghĩa sau đây:
Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác
khi va chạm được gọi là khí lý tưởng.
Trạng thái của khí lý tưởng được đặc trưng bởi ba thơng số: Nhiệt độ (T),
áp suất (P), thể tích (V)
b. Định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt và quá trình đẳng nhiệt.
Nội dung của định luật này được mơ tả q trình biến đổi của một chất khí
từ trạng thái này sang trạng thái khác khi nhiệt độ khơng thay đổi. Q trình
như vậy gọi là q trình đẳng nhiệt.
Bơi-lơ – Ma-ri-ốt làm thực nghiệm với chất khí và đưa ra định luật sau đây:
Khi một lượng khí nhất định thực hiện quá trình đẳng nhiệt (T = const) áp
suất chất khí tỉ lệ nghịch với thể tích của nó.
Biểu thức tổng quát của định luật là:
PV = const ( 2.1)
Nếu gọi p V1, 1là áp suất và thể tích của một chất khí ở trạng thái 1; p V,
2 2 là áp suất và thể tích của một chất khí ở trạng thái 2 thì biểu thức mơ tả định
luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt là:
1 1 2 2
p V = p V ( 2.2 )
Từ phương trình ( 2.2 ) có thể suy ra phương trình mơ tả trường hợp tổng
quát một chất khí ( một hệ nhiệt động gọi tắt là một hệ) biến đổi qua n trạng
thái theo quá trình đẳng nhiệt là:
1 1 2 2 ... n n onst
p V = p V = =p V =c ( 2.3 )
Phương trình ( 2.3 ) mơ tả định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt trong q trình đẳng
nhiệt có thể biểu diễn trên giản đồ ( P,T ) và giản đồ ( P,V ) như hình 2.3a và hình 2.3b
P p 1 p 1 p1 1 T 2 p 2 p2 2 0 T V1 V2 V Hình 2.3a Hình 2.3b Hình 2.3a: Quá trình đẳng nhiệt biểu diễn trên giản đồ P - T
Hình 2.3b: Quá trình đẳng nhiệt biểu diễn trên giản đồ P - V Nhận xét:
-Đường đẳng nhiệt trên giản đồ P – T là đường thẳng song song với trục P,
còn trên giản đồ P - V, đường đẳng nhiệt là một đường hypebol.
-Ứng với các nhiệt độ khác nhau của một chất khí có các đường đẳng nhiệt
khác nhau.
- Các đường đẳng nhiệt trên giản đồ P – Vứng với các nhiệt độ cao hơn là
các đường hypebol ở xa các trục tọa độ.
c. Định luật Sác-Lơ và q trình đẳng tích.
Định luật này mơ tả q trình biến đổi của một chất khí biến đổi từ trạng
thái này sang trạng thái khác khi thể tích của nó khơng thay đổi. Quá trình
này được gọi là q trình đẳng tích.
Định luật Sác – Lơ được phát biểu như sau: Trong q trình đẳng tích của
một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.
Biểu thức của định luật:
onst
p = c T
Nếu gọi P1, T1 là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí một hệ ở trạng
thái 1 biến đổi đẳng tích sang trạng thái 2 có P2, T2là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối
của lượng khí đó, thì phương trình mơ tả định luật Sác-Lơ được viết như sau:
p p
1= 2
T T
1 2
( 2.4 )
Trường hợp tổng quát: nếu hệ biến đổi qua n trạng thái theo q trình đẳng
tích ta viết được: 1 2 1 2 onst n n P P P c T =T = P = ( 2.5 )
Quá trình đẳng tích có thể biểu diễn trên giản đồ P – T và P – V như hình 2.4. P P 2 p 2 p2 2 1 1 p a p1 1 b 0 T1 T2 T 0 V Hình 2.4
a: Đường đẳng tích trên giản đồ P - T b: Đường đẳng tích trên giản đồ P - V Nận xét:
Quá trình đẳng tích trên trên giản đồ ( P,V) là một đường song song trục P.
Q trình đẳng tích biểu diễn trên giản đồ (P,T) là một đường tuyến tính.
Các thể tích khác nhau của cùng một lượng khí cho những đường đẳng tích
khác nhau theo chiều kim đồng hồ. Đường nằm ở phía trên (V1) ứng với thể
d. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Định luật Gay Lussac
* Phương trình trạng thái của khí lí tưởng:
Để thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng, ta chuyển lượng khí từ
trạng thái 1(P1, V1, T1) sang trạng thái 2 (P2, V2, T2) qua trạng thái trung gian
'
1(P' , V2 , T1 ).
Xét lượng khí chuyển từ trạng thái 1( P1 , V1 , T1 ) sang trạng '
1 ( '
P , V2 , T1) theo quá trình đẳng nhiệt (T1=const). Theo định luật Bôi - lơ - Ma - ri -ốt ta có:
' 1 1 2
p V = p V ( 2.6 )
Tiếp theo đó, lượng khí chuyển từ trạng thái '
1( '
P, V2, T1 ) sang trạng thái 2 (P2, V2, T2) theo quá trình đẳng tích (V2=const). Theo định luật Sác – lơ :
' p p 2 = T T 1 2 ( 2.7 ) Nhân hai phương trình ( 2.6 ) và ( 2.7 ) với nhau ta được :
2 1 1 2 1 2 P P PV P V T T ¢= ¢ ( 2.8a) Hay 1 1 2 2 1 2 P P T = T V V (2.8b) Từ phương trình ( 2.8b ) có thể suy ra dạng tổng quát của phương trình
P onst T V c = ( 2.9a) Hay 1 1 2 2 n 1 2 n P P P ... onst T = T T n V V V c = = = ( 2.9b)
Phương trình (2.9b) là phương trình trạng thái của khí lí tưởng
* Định luật Gay Lussac :
Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng ( 2.9 ), ta có thể suy ra: nếu P1 = P2
thì biểu thức này mơ tả q trình chuyển trạng thái của một lượng khí khi áp
Định luậtGay Lussac mơ tả q trình đẳng áp phát biểu như sau:
Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỷ lệ thuận
với nhiệt độ tuyệt đối.
Phương trình mơ tả định luật là:
1 2 1 2 n ... onst T = T T n V V V c = = = ( 2.10 )
Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất khơng đổi gọi là đường đẳng áp. Đường này được biểu diễn trên giản đồ (T-V) và giản đồ (P-V) như các hình 2.5a và 2.5b. V P p 1 2 p = const a b 0 T 0 V1 V2 V Hình 2.5
a: Đường đẳng áp biểu diễn trên giản đồ (V – T)
b: Đường đẳng áp biểu diễn trên giản đồ ( P – V) Nhận xét:
- Đường đẳng áp trên giản đồ V – T là một đường tuyến tính
- Đường đẳng áp trên giản đồ P – V là một đường song song với trục hồnh Tóm lại: Có thể biểu diễn chung các q trình đẳng nhiệt, đẳng tích và đẳng
P P đẳng nhiệt đẳng tích đẳng tích đẳng áp đẳng áp a b đẳng nhiệt 0 T 0 V V đẳng nhiệt đẳng áp đẳng tích c 0 T Hình 2.6
a: Các quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích và đẳng áp biểu diễn trên giản đồ P – T. b: Các quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích và đẳng áp biểu diễn trên giản đồ P – V. c: Các q trình đẳng nhiệt, đẳng tích và đẳng áp biểu diễn trên giản đồ V – T.
2.4. Mục tiêu dạy học chương “Chất khí” vật lí 10 ban cơ bản+ Hiểu được sơ bộ cấu trúc phân tử của chất khí và của vật chất. + Hiểu được sơ bộ cấu trúc phân tử của chất khí và của vật chất.
+ Có khái niệm về khí lí tưởng, về nhiệt độ tuyệt đối.
+ Nắm được định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt, Sác-lơ về chất khí và phương trình trạng thái hay phương trình Cla-pê-rơn là tổng hợp nội dung của các định
2.5. Mục tiêu dạy bài tập chương “Chất khí” vật lí 10 ban cơ bản+ Giải thích được các hiện tượng trong thực tế về chất khí. + Giải thích được các hiện tượng trong thực tế về chất khí.
+ Vận dụng được các định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ và phương trình trạng thái hay phương trình Cla-pê-rơn để giải các bài tập.
+ Rèn luyện kỹ năng giải bài tập.
2.6. Phân loại bài tập chương “Chất khí” vật lí 10 ban cơ bản2.6.1. Các cơ sở phân loại bài tập vật lí 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 Hịa chúng tơi 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 tơi 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 q 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 q 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 tơi 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 tơi.
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, cịn chất lỏng khơng 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