ĐỘNG LỰC HỌC
§58 - NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU:
1. Nhận thức:
- Hiểu được khái niệm nội năng (hiểu được khi hệ đứng n vẫn có khả năng sinh cơng do có nội năng. Nội năng bao gồm các dạng năng lượng nào? Nội năng phụ thuộc vào các thông số trạng thái nào của hệ?)
- Biết được hai cách làm biến đổi nội năng và biết được sự tương đương giữa nhiệt và công
- Hiểu và phát biểu được nguyên lý I Nhiệt động lực học
2. Kỹ năng:
- Vận dụng được phương trình của nguyên lý I để giải bài tập
II. CHUẨN BỊ:
Giáo viên:
- Chuẩn bị vài đồng tiền kim loại, cây nến và hộp diêm Học sinh:
- Ôn lại các khái niệm: cơng, nhiệt lượng và năng lượng
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC:
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh 1) Tạo tình huống học tập
- Vì sao khi đổ xăng thì xe máy chạy được? Động cơ xe máy hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
- Lắng nghe để nắm bắt tình huống 2) Tìm hiểu khái niệm nội năng và
giá trị của nó.
- Yêu cầu học sinh đọc phần 1a trong sách giáo khoa
- Yêu cầu học sinh trả lời các câu hỏi sau:
+ Phân tích q trình truyền năng
- Đọc để nắm bắt các hiện tượng - Trả lời
làm dịch chuyển cạnh di động của khung ở thí nghiệm 53.2b trang 260 sách giáo khoa? Các phân tử nước xà phòng này mang dạng năng lượng nào? (Giáo viên ghi nhận lên bảng: thế năng)
- Giáo viên thông báo: tổng hai dạng năng lượng này của vật hay khối chất gọi là nội năng
- Yêu cầu học sinh nêu định nghĩa nội năng trong sách giáo khoa và cho học sinh ghi định nghĩa vào tập - Mở rộng: khái niệm nội năng ở đây chỉ là gần đúng, có thể dùng để giải tốn ở bậc phổ thơng, khi u cầu độ chính xác cao hơn thì chúng ta phải tính thêm năng lượng bên trong phân tử (năng lượng liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử,...)
- Yêu cầu học sinh đọc mục 1c trong sách giáo khoa và trả lời các câu hỏi + Giải thích vì sao nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ?
+ Tại sao nội năng phụ thuộc vào thể tích?
+ Vậy nội năng phụ thuộc vào mấy yếu tố? Ta có thể viết hàm nội năng theo hai biến T và V trong trường hợp tổng quát như thế nào?
- Giáo viên giải thích thêm cho học sinh hàm U=f(T,V) bằng cách lấy ví dụ cụ thể y=2x+3 suy ra y=f(x). Ở đây, f là một hàm số có chứa biến bất kỳ, từ đó suy ra cho trường hợp U phụ thuộc vào (T,V) suy ra U=f(T,V).
- Cho học sinh ghi hàm U=f(T,V)
- Lắng nghe để tiếp thu khái niệm nội năng
- Ghi định nghĩa
- Lắng nghe để chính xác hố khái niệm nội năng
- Đọc mục 1c - Trả lời - Trả lời
- Ghi nhận 3) Tìm hiểu hai cách làm biến đổi nội
năng, sự tương đương giữa công và nhiệt lượng
- Dựa vào hàm U=f(T,V) nêu các cách làm biến đổi nội năng của một vật?
- Giáo viên yêu cầu học sinh đọc
phần 2 trong sách giáo khoa và trả lời các câu hỏi
+ Nêu cách thứ nhất làm biến đổi nội năng của vật? Lấy một ví dụ trong đó nội năng của vật tăng? Yêu cầu học sinh làm thí nghiệm biểu diễn với đồng xu và nhận xét kết quả?
- Cho học sinh ghi cách thứ nhất làm biến đổi nội năng của hệ
+ Tương tự đối với cách 2 và yêu cầu học sinh làm thí nghiệm với cây nến và hộp diêm (tiêm đèn cháy truyền nhiệt sang sáp làm sáp nóng lên và chảy ra)
- Cho học sinh ghi nhận cách làm biến đổi nội năng của hệ
- Giáo viên rút ra kết luận: Hai cách làm biến đổi nội năng thực hiện công và truyền nhiệt, bản chất chính là sự thay đổi nhiệt độ và thể tích
- Thơng báo: vì cơng và nhiệt lượng đều là những cách biến đổi nội năng nên chúng tương đương nhau. Giáo viên giới thiệu thêm thí nghiệm điều này do Jun thực hiện và chỉ cho học sinh tham khảo sách giáo khoa trang 292
- Trả lời, làm thí nghiệm biểu diễn và nhận xét
- Ghi vào tập
- Trả lời, làm thí nghiệm biểu diễn và nhận xét
- Ghi vào tập
- Lắng nghe để hiểu bản chất của cách làm biến đổi nội năng
4) Giới thiệu nguyên lý I Nhiệt động lực học. Biểu thức toán học, phát biểu và hệ quả của nó
- Giáo viên thông báo cho học sinh: nguyên lý là sự khái quát các kết quả thực nghiệm
- Yêu cầu học sinh đọc mục 3 sách giáo khoa
- Hướng dẫn học sinh lĩnh hội kiến thức theo một hệ thống các câu hỏi sau
+ Biểu thức của nguyên lý I Nhiệt động lực học được thiết lập dựa vào
(Giáo viên nhấn mạnh cho học sinh phần này)
+ Dựa vào biểu thức phát biểu nguyên lý I Nhiệt động lực học + Dựa vào sách giáo khoa nêu một hệ quả của nguyên lý I và lấy ví dụ cụ thể (hơi nước sơi làm bật nắp ấm) - Giáo viên yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi tình huống đầu giờ?
5) Củng cố và dặn dò
- Trả lời các câu hỏi trong sách giáo khoa
- Làm bài tập từ 1 đến 3 trang 291 sách giáo khoa
- Trả lời câu hỏi - Ghi bài tập về nhà
§59 - ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO KHÍ LÝ TƯỞNG
I. MỤC TIÊU: 1. Nhận thức:
- Hiểu được nội năng của khí lý tưởng U=f(T) - Biết cơng thức tính cơng khí lý tưởng
- Dự đốn được cơng mà khối khí thực hiện trong một q trình qua diện tích trên đồ thị P-V tương ứng với q trình
2. Kỹ năng:
- Tính cơng mà khối khí thực hiện, tính nhiệt lượng trao đổi và tính độ biến thiên nội năng trong một số q trình của khí lý tưởng
II. CHUẨN BỊ:
Giáo viên:
- Chuẩn bị bảng tổng hợp trong sách giáo viên trang 255 Học sinh:
- Ơn lại các cơng thức tính cơng và tính nhiệt lượng
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC:
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh 1) Kiểm tra bài cũ
- Lý thuyết: câu hỏi 1, 2, 3 trang 205, bài tập 2/205
- Lý thuyết: câu hỏi 4 trang 205, bài tập 4 trang 205
2) Tạo tình huống học tập
- Giáo viên giới thiệu nội dung của bài học khí lý tưởng là mơ hình đơn giản nhất, ta sẽ áp dụng nguyên lý 1 nhiệt động lực học cho một số q trình của khí lý tưởng và để có những kết quả đối với khí thực người ta sẽ hiệu chỉnh lại những kết quả này. 3) Tìm hiểu nội năng và cơng của khí lý tưởng
- Giáo viên ghi lại lần lượt các đề
+ Khí lý tưởng có thế năng tương tác khơng? Từ đó suy ra định nghĩa nội năng khí lý tưởng
+ U phụ thuộc vào những đại lượng nào? Nêu cách biểu U theo đại lượng đó.
- Yêu cầu học sinh đọc phần 1b - Hỏi
+ Vẽ hình 59.1 và mơ tả lại thí nghiệm
+ Tính cơng do khối khí tác dụng lên pittơng, đẩy pittơng
+ Lúc đó khối khí nhận cơng là bao nhiêu?
- Giáo viên cho học sinh thiết lập cơng thức tính cơng theo các gợi ý trên
- Yêu cầu học sinh đọc phần 1c - Hỏi
+ Nêu cách tính cơng trên hệ toạ độ P-V? (Giáo viên giải thích thêm cho học sinh trong phần chia nhỏ quá trình)
- Đọc 1b
- Trả lời câu hỏi
- Thiết lập vào tập - Đọc 1c và trả lời
4) Áp dụng nguyên lý I cho các q trình của khí lý tưởng
- Hỏi
+ Nêu các đẳng q trình của khí lý tưởng?
* Đẳng tích:
+ Vẽ đồ thị biểu diễn q trình đẳng tích 1 sang 2 trong hệ P-V. Tính cơng của của khối khí trong q trình này? + Tìm hiểu nguyên lý I trong quá trình đẳng tích và phát biểu nó.
* Đẳng áp:
+ Đặt câu hỏi tương tự như đẳng tích * Đẳng nhiệt
+ Vẽ đồ thị trong hệ toạ độ P-V? + Tính độ biến thiên nội năng của khí lý tưởng
+ Tìm biểu thức của nguyên lý I và phát biểu nó
* Chu trình
+ Chu trình là gì? Cho ví dụ?
- Đọc sách giáo khoa và thực hiện các yêu cầu của sách giáo khoa
+ Vẽ một chu trình trong hệ P-V và tính cơng của khối khí thực hiện trong một chu trình? Trả lời C2 + Tìm độ biến thiên nội năng của khối khí?
+ Tính nhiệt lượng mà hệ nhận được hoặc toả ra trong một chu trình? + Giáo viên chỉnh sửa và cho học sinh ghi theo ý các câu hỏi
5) Bài tập áp dụng
- Yêu cầu học sinh làm bài tập trong sách giáo khoa
- Giáo viên cho hai đề tương tự với hai bội số liệu khác nhau và phân cơng cho các nhóm làm
- Gọi hai học sinh trong hai nhóm làm đề khác nhau lên trình bày bảng - Giáo viên nhận xét và cho học sinh ghi vào tập
- Làm việc theo nhóm. Chia lớp ra 5 nhóm
- Đọc và nêu thắc mắc - Thảo luận nhóm
- Các em khác lắng nghe để rut kinh nghiệm và làm vào tập
6) Củng cố và dặn dị
- Kẻ bảng có các hàng và cột như sách giáo viên trang 255 và yêu cầu học sinh lên điền vào bảng
- Làm bài tập 1 đến 4 trang 299 sách giáo khoa
- Điền các công thức - Ghi bài tập về nhà
§60 - NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT & MÁY LÀM LẠNH -
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức
- Biết được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt và máy làm lạnh. - Có khái niệm về nguyên lý II Nhiệt động lực học, liên quan đến chiều diễn biến của các quá trình trong tự nhiên, bổ sung cho nguyên lý I.
2. Về kỹ năng
- Hiểu và tính được hiệu suất của động cơ nghiệt, hiệu năng của máy làm lạnh.
- Phân biệt được nguồn nóng, nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, công sinh ra hay nhận vào ở động cơ nhiệt hay máy làm lạnh trong thực tế (động cơ ôtô, xe máy, tủ lạnh gia đình)
II. CHUẨN BỊ
Giáo viên
- Tranh vẽ Hình 60.2 và Hình 60.3 sách giáo khoa. Học sinh
- Ôn lại kiến thức về động cơ nhiệt ở lớp 8, nguyên lý I ở bài trước.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh 1) ĐỘNG CƠ NHIỆT
a) Nguyên tắc hoạt động
- Giới thiệu động cơ nhiệt: Thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang cơng. - Giới thiệu mơ hình động cơ nhiệt đơn giản dùng nâng vật nặng M từ 1 lên 2
- Nêu yêu cầu: làm cách nào để tăng áp suất khí để đẩy píttơng nâng vật M - Nêu tiếp vấn đề: để động cơ tiếp tục làm việc phải đưa píttơng xuống trở lại vi trí ban đầu bằng cách nào? + Bây giờ khảo sát sự trao đổi nhiệt và thực hiện cơng trong chu trình . + Cần các bộ phận nào để tạo thành động cơ nhiệt?
+ Nhiệm vụ của mỗi bộ phận?
- Đề xuất cách tăng áp suất khí để đẩy pit tông nâng vật M lên (thảo luận chung cả lớp)
→ Đốt nóng khí để tăng áp suất - Đề xuất cách đưa píttơng xuống: → Nén khí? Giảm áp suất? Cách nào?
→ giảm nhiệt độ bằng cách phun nước vào đáy xylanh
+ Khi đốt nóng khí: truyền nhiệt lượng Q1 cho khí
+ Cho học sinh thiết lập sơ đồ nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt (Hình 60.2)
+ Cho học sinh phát biểu nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt
- Chỉ rõ nguồn nóng, nguồn lạnh,tác nhân trong động cơ xe máy, đèn kéo quân (cũng là một loại động cơ nhiệt đơn giản)
b)Hiệu suất của động cơ nhiệt
- Động cơ nhiệt hoạt động càng tốt (hiệu suất cao) khi tạo được công A chiếm tỉ lệ càng lớn trong nhiệt lượng Q1 nhận từ nguồn nóng.
- Hiệu suất nên được xác định như thế nào?
- Trong thực tế, hiệu suất củacác động cơ nhiệt vào khoảng từ 25% → 40%
C.1 Hiệu suất động cơ nhiệt có thể lớn hơn 1 hay không?
+ Khi phun nước làm giảm nhiệt độ khí: khí nhả ra nhiệt lượng Q2
- Lớp thảo luận đưa ra đúc kết:
- Động cơ nhiệt gồm ba bộ phận: + Nguồn nóng: cung cấp nhiệt lượng + Nguồn lạnh: Thu nhiệt toả ra từ động cơ
+ Tác nhân trung gian: giữ vai trị nhận nhiệt, sinh cơng và tỏa nhiệt. - Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng, biến một phần thành công A và tỏa phần nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh.
- Thảo luận để đưa ra cơng thức tính hiệu suất 1 H Q A = 1 2 1 1 2 1 -Q H Q A Q Q Q Q A = = ⇒ = 2) MÁY LÀM LẠNH
- Giới thiệu máy làm lạnh: là thiết bị làm giảm nhiệt độ ở ngăn, buồng lạnh để bảo quản thực phẩm, hạn chế hoạt động của vi khuẩn,tạo không gian làm việc, nghỉ ngơi mát mẻ . a) Nguyên tắc hoạt động.
- Máy lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác nóng hơn nhờ nhận cơng từ các vật ngồi
- Cho học sinh phân tích sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy lạnh (Hình 60.3)
- So sánh với sơ đồ nguyên tắc hoạt
- Học sinh so sánh 2 sơ đồ để nêu ra các nhận xét
* Cũng có nguồn nóng, nguồn lạnh và tác nhân trung gian
* Chiều trao đổi Nhiệt, trao đổi Công là ngược lại so với động cơ nhiệt: - Nguồn lạnh cung nhiệt Q2 cho tác nhân
- Trình bày nguyên tắc hoạt động của tủ lạnh dựa vào hình 60.4.
- C.2 Máy điều hịa nhiệt độ có phải là một máy lạnh khơng?
b) Hiệu năng của máy lạnh
- Máy lạnh hoạt động càng tốt khi lấy được càng nhiều nhiệt lượng Q2 từ nguồn lạnh với một công A nhận từ bên ngoài.
- Hiệu năng nên được xác định như thế nào?
- C.3 Hiệu năng của máy lạnh có thể lớn hơn 1 hay khơng?
→ Lí do dùng từ hiệu năng thay vì hiệu suất
hoạt động của tủ lạnh.
- Thảo luận để đưa ra công thức tính hiệu năng: A Q2 = ε Với Q1 = Q2 + A thì: 2 1 2 2 Q Q Q A Q − = = ε - Vì Q2 có thể lớn hơn A nên ε có thể (và trong thực tế là ln luôn) lớn hơn 1.
3) NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Nêu các câu hỏi dẫn dắt:
- Trong động cơ nhiệt nếu ngăn tác nhân tiếp xúc với nguồn lạnh thì động cơ có thể hoạt động khơng? Như đưa đèn kéo qn vào một thùng kín thì đèn có cịn quay?
- Như vậy tác nhân có thể biến đổi tồn bộ nhiệt lượng nhận từ nguồn nóng thành cơng được khơng?
- Trong máy lạnh tác nhân có thể khơng nhận cơng từ ngồi nhưng vẫn lấy nhiệt từ nguồn lạnh truyền sang nguồn nóng được khơng?
- Q trình ngược lại với hai q trình trên có thể tự động xảy ra hay khơng? (Cơng - cơ năng biến hồn tồn thành nhiệt, nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh.) Cho ví dụ? - Đây là các q trình có một chiều tự diễn tiến, chiều ngược lại không thể tự động xảy ra mà cần có tác động từ