HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP TỰ LỰC CHO HỌC SINH
Bài 3: Bài 3: “Hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi
4. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG DAY HỌC CỤ THỂ
4.2 Vấn để nhận thức 1: Thuyết động học phân tử về cấu tạo chất
% Ở lớp 8, các em đã được học một số nội dung cơ bản của thuyết
động học phân tử về cấu tạo chất. Hôm nay, chúng ta sẽ vừa ôn lại, vừa mở rộng
thêm một số kiến thức có liên quan đến thuyết mà các em sẽ phải sử dụng để giải thích một số đặc điểm của chất ở các bài sau.
®& Hình thành luận điểm |: “Vật chất được cấu tạo bởi một số rất lớn những
nguyên tử, phân từ riêng biệt, có kích thước rất nhỏ".
% Các em hãy quan sát viên phấn sau. Các em có thể chia viên phấn
này ra thành những khúc nhỏ hơn được không?
> Được.
* Những khúc phấn nhỏ này không thể dùng tay bẻ được nữa. Vậy có
cách nào làm cho những khúc phấn nhỏ này trở nên nhỏ hơn được nữa không?
> Đập vụn những khúc phấn nhỏ ra thành bột phấn.
9⁄72: Uguyén “tục Ugen. rang 67
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 - 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
* Vậy các em có thể chia nhỏ mãi mãi bột phấn này thành những cái
vô cùng nhỏ nữa được không?
>?
* Hiện nay, cdc nhà khoa học vẫn chưa trả lời được câu hỏi: “Vat chất có thể chia nhỏ mãi được không?”. Tuy nhiên, trong chương trình Vật lí 10, các em sé chia nhỏ bột phấn trên (vật chất) đến giới han nhỏ nhất là nguyên tử, phân tử. Thực tế, các nguyên tử, phân tử còn được cấu tạo bởi những hạt nhỏ hơn. và những hạt nhỏ nhất hiện nay là các hạt quark.
Như vậy, trong chương trình Vật lí 10, giới hạn nhỏ nhất của vật chất
mà các em được học đó là nguyên tử, phân tử. Còn trong nguyên tử, phân tử có
cấu tạo như thế nào, các em sẽ được học ở các lớp trên.
Trong Hóa học, các em đã học nhiều vé phân tử. Vậy các em hiểu
phân tử là gì?
> Phân tử là phần tử nhỏ nhất của các chất còn có đủ những tính chất
hóa học của chất đó (ví dụ: phân tử H;O là phân tử nhỏ nhất của nước mang đầy đủ những tính chất hóa học của nước), và phân tử được cấu tạo từ nhiều nguyên
tử liên kết lại với nhau.
Vidu: Phân tử được cấu tạo từ 1 nguyên tử: He, Ne, Zn, ...
Phân tử được cấu tạo từ 2 nguyên tử: Hạ, O;, Cl;....
Phân tử được cấu tạo từ 3 nguyên tử: CO;, H;O, SO), ...
% Phân tử rất nhỏ, vậy phân tử có kích thước và khối lượng không?
> Phân tử có kích thước và khối lượng.
4% Hãy lấy một vài số liệu cụ thể để chứng tỏ là phân tử có kích thước
và khối lượng?
> dụ =2,1.10'm, dạ, =3,56.10°"m.
dự „ =4.10'"'m. Myo = 2.9.10”" Kg.
SOTA: Hguyen “7Zhục Uyen. Trang 68
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA 2001 - 2005 GVHD: Thay Nguyễn Mạnh Hùng
“ Từ số liệu trên, các em thấy phân tử của các chất khác nhau có kích
thước và khối lượng khác nhau nhưng tất cả đều vào cỡ !0'”m và 10 kg, tức là
phân tử có kích thước và khối lượng cực kì nhỏ. Để hình dung được kích thước và khối lượng phân tử nhỏ đến mức độ nào, sách giáo khoa đã sử dụng một hình ảnh so sánh như sau: "Kích thước và khối lượng của quả cam so với kích thước và khốt lượng của Trái Đất như thế nào thì kích thước và khối lượng của phân từ so
với kích thước và khối lượng của quả cam như thé.” Các em hiểu như thế nào về
su so sánh trên”
>?
% Trở lai thí nghiệm về viên phấn, giả sử các em có đẩy đủ những dụng cụ hiện đại, các em có thể chia nhỏ viên phấn thành một số rất lớn phân tử
phấn cực kì nhỏ hay không?
> Được.
s* Ngược lại, viên phấn được cấu tạo từ cái gì?
> Viên phấn được cấu tạo từ một số rất lớn các phân tử có kích thước
rất nhỏ.
Tổng quát, vật chất được cấu tạo từ đâu?
> Vật chất được cấu tạo từ một số rất lớn các phân tử, nguyên tử riêng biệt có kích thước rất nhỏ.
+ Vật chất được cấu tạo như thế nào? Đó là câu hỏi được đặt ra từ rất lâu khi con người bắt đầu tìm hiểu thế giới xung quanh. Cách đây hơn 2400 năm, nhà Triết học cổ Hy Lạp Demokritos (460-370 trước Công nguyên) đã đưa ra những suy đoán về cấu tạo của các chất. Theo Demokritos, cơ sở để tạo thành thế giới vật chất là nguyên tử. Nguyên tử là những hạt vật chất vô cùng nhỏ, chúng không thể bị chia nhỏ, không biến đổi, tổn tại vĩnh viễn và chuyển động
vĩnh viễn, Mặc dù quan niệm của ông có một số chỗ không đúng nhưng đây là
một quan niệm cực kì sáng tạo và tiến bộ của các nhà Triết học lúc bấy giờ.
SOTH: Ugayén Thue (lên. Frang 69
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 ~ 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
Nguyên nhân của những sai lắm trên phan lớn là do: nguyên tử, phân tử có kích thước cực kì bé mà thời đại của Demokritos không có những thiết bị hiện đại để phát hiện sự tổn tại của chúng, phải từ thế kỷ 18 trở đi, quan niệm vẻ cấu tạo chất của Demokritos mới được thực nghiệm kiểm nghiệm và khẳng định.
e Hình thành luận điểm 2: Các nguyên tử, phân từ chuyển động hỗn loạn
không ngừng.
s* Khi nhìn hình dạng bên ngoài của vật (như viên phấn. cai bàn..), ta
có cảm giác là các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật hoàn toàn đứng yên vì vật
chẳng có dấu hiệu gì chứng tỏ các phần tử bên trong chúng chuyển động cả. Như
vậy, nếu dựa trên sự quan sát bằng mắt thường của chúng ta, chúng ta kết luận ning: “Các nguyên từ, phân ut được sắp xếp rất sát nhau (không có khoảng cách)
va hoàn toàn đứng yên”. Liệu rằng kết luận trên có đúng hay không?
Đầu tiên, muốn biết giữa các nguyên tử, phân tử có khoảng cách không, các em hãy quan sát thí nghiệm sau: Đổ một lít rượu vào một lít nước, các em hãy dự đoán xem hỗn hợp rượu — nước trên có thể tích là bao nhiêu?
> Có nhiều ý kiến đưa ra.
Các em quan sát thấy kết quả thí nghiệm như thế nào?
> Thể tích hỗn hợp nhỏ hơn hai lít.
% Tại sao lại có sự thiếu hụt thể tích như trên?
Giáo viên cho học sinh thảo luận để đi đến kết luận: “Giữa các nguyên
từ và phân wt có khoảng cách”.
SOTH: (À(guuến “Thục Ugéen. Frang 70
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 - 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
s* Để hình dung giữa các nguyên tử, phân tử có khoảng cách, giáo viên có thể giúp học sinh tưởng tượng mô hình thí nghiệm sau: Ban đầu, cho sỏi vào đẩy một cái chậu, sau đó, ta vẫn có thể cho cát vào, thậm chí tiếp tục cho nước vào. Quan sát ta thấy: Thể tích của hỗn hợp ba chất trên rõ ràng là nhỏ hơn tổng thể tích của ba chất (vì cát và nước không bị trần ra ngoài). Nguyên nhân là do:
giữa các viên sỏi có khoảng cách nên ta có thể đổ cát vào các khe hở; và giữa các viên sỏi, cát vẫn có những khoảng cách rất nhỏ mà nước có thể len vào
được.
Vậy, nếu giữa các nguyên tử, phân tử có khoảng cách thì chúng có
chuyển động không? Nếu có thì chúng chuyển động như thế nào?
s* Khi quan sát chuyển động của các hạt bụi trong không khí dưới ánh nắng Mặt Trời, các em thấy các hạt bụi này chuyển động như thế nào?
> Các hạt bụi chuyển động rất hỗn loạn.
+ Chuyển động hỗn loạn của các hạt bụi nhỏ bé trong không khí gọi là
chuyển động Brown. Chuyển động Brown được nhà sinh vật học người Anh -
ROBERT BROWN phát hiện ra khi ông quan sát chuyển động của các hạt phấn
hoa trong nước bằng kính hiển vi. Ông thấy các hạt phấn hoa chuyển động hỗn
loạn không ngừng với quỹ đạo là một đường gấp khúc không theo bất cứ một
quy luật nào cả giống như chuyển động của các hạt bụi trong không khí. Và
những hạt nhỏ bé trên được gọi là hạt Brown.
Vấn để đặt ra: Vì sao các hạt phấn hoa lại chuyển động hỗn loạn không
ngừng?
e Mức 1; Nguyên nhân chuyển động của hat Brown đã được giáo viên cho
các em đọc trước ở nhà. Giáo viên cho học sinh trình bày, thảo luận đưa đến nội
dung kiến thức về luận điểm thứ hai của thuyết.
e Mức 2: Giáo viên gợi ý cho học sinh bằng mô hình thí nghiệm tưởng tượng
như sau: “Hay tưởng tượng giữa sân bóng có một quả bóng khổng lễ và có rất
SOTH: (À(guuên Thue Uyen. Frang 71
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 — 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
nhiều học sinh từ mọi phía chạy đến xô đẩy quả bóng. Do những xô đẩy này
không cân bằng nên quả bóng lúc bay lên, khi rơi xuống, lúc bật sang trái, khi
lăn sang phải... ”.
s* Các em hãy tưởng tượng quả bóng và các học sinh trong thí nghiệm
mô hình trên tương tự như những hạt nào trong chuyển động Brown, từ đó giải thích nguyên nhân chuyển động của các hạt phấn hoa trong chuyển động
Brown?
Giáo viên cho học sinh thảo luận đưa đến nội dung kiến thức về luận điểm thứ hai của thuyết.
© Mức 3: giáo viên giảng giải cho học sinh.
s* Với luận điểm hai của thuyết, các em hãy giải thích hiện tượng
trong câu hỏi 3 ở trên: "Tại sao khi mở nắp một lọ đựng nước hoa, vài phút sau, mùi thơm đã lan ra khắp phdng?”.
> Nguyên nhân là do các phân tử của hai loại khí chuyển động hỗn
loạn va chạm, đan xen vào nhau, tỏa ra xa đã mang theo hương thơm của nước
hoa lan rộng ra xung quanh.
s* Hiện tượng hai chất khí (hoặc chất lỏng) có thể hòa lẫn vào nhau khi tiếp xúc với nhau như trên gọi là hiện tượng khuếch tán. Như vậy, ngoài thí nghiệm về chuyển động Brown, thí nghiệm quan trọng khác chứng minh các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng, đó là hiện tượng khuếch tán.
e© Hình thành luân điểm 3: Các nguyên 2, phân chuyển động càng nhanh thì
nhiệt độ của vật càng cao.
“> Quan sát thí nghiệm sau: rắc một ít bột thuốc tím vào hai ly nước: ly
A (nước lạnh) và ly B (nước nóng). Từ thí nghiệm, các em có nhận xét gì về chuyển động cũng như khả năng hòa tan trong nước của thuốc tím trong hai ly
nước trên?
SOTH: Aguyén Thye Uyen. Frang 72
LUẬN VAN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 - 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
> So với ly nước lạnh, thuốc tím trong ly nước nóng chuyển động nhanh hơn và hòa tan mau hơn.
Vì sao thuốc tim trong ly nước nóng chuyển đông nhanh hơn và hòa
tan mau hơn?
e _ Mức |: Học sinh tự tìm hiểu, thảo luận và đưa ra câu trả lời.
© Mic 2: Giáo viên hướng dẫn từng bước cho học sinh tìm ra câu trả lời như
sau:
% Tại sao thuốc tím lại chuyển đông (loang ra) được trong nước?
> Do các phân tử nước và hạt thuốc tim trong quá trình chuyển động
hỗn loạn đã va chạm lên nhau, trộn lẫn, đan xen vào nhau. Chính sự va đập của
các phân tử nước đã làm cho các hạt thuốc tím chuyển động.
s* Vậy, trong trường hợp nào các hạt thuốc tím sẽ chuyển động nhanh
hơn?
> Các hạt thuốc tím sẽ chuyển động nhanh hơn khí sự va đập của các phân tử nước lên các hạt thuốc tím xảy ra càng nhiều, nghĩa là, các phân tử nước
phải chuyển động nhanh hơn.
+ằ Như vậy, từ thớ nghiệm trờn, cỏc phõn tử nước trong ly nào sẽ
chuyển động nhanh hơn?
> Các phân tử nước trong ly nước nóng B sẽ chuyển động nhanh hơn.
Như vậy, giữa nhiệt độ và vận tốc chuyển động của các phân tử có mối liên hệ gì không? Nếu có thì mối liên hệ ấy là như thế nào?
> Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật lớn.
&“ Hình thành luận điểm 4:” Các nguyên từ, phân từ tương tác với nhau bằng lực hút và lực đẩy phân từ"
% Vật chất được cấu tạo từ nguyên tử, phân tử. Các nguyên tử, phân tử lại chuyển động hỗn loạn không ngừng. Vậy, tại sao các vật ( phấn bảng, bàn,
SOTH: Nguyen Thye (lfuên. Trang 73
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 - 2005 GVHD: Thầy Nguyễn Mạnh Hùng
ghế, ...) không bị rã ra thành các nguyên tử, phân tử riêng biệt, mà chúng vẫn giữ
nguyên được hình dạng và kích thước?
ằ 2?
+ Muốn đóng một cái ban từ các khúc gỗ riêng rẽ khác nhau thì các em phải làm như thế nào?
> Sử dụng búa và đinh nối các khúc gỗ lại.
s* Vậy là, muốn có một cái bàn, các cm phải có tác nhân liên kết là
búa và dinh để nối các khúc gỗ lại. Tương tự, vật chất muốn giữ nguyên hình
dạng và kích thước thì chúng cũng cần có một tác nhân nào đó liên kết các phân tử lại với nhau. Tác nhân liên kết ở đây là cái gì?
ằ?
% Các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên vật có một điểm đặc biệt là:
Tùy vào khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử mà chúng hút hay đẩy nhau.
Như vậy, giữa các nguyên tử và phân tử đồng thời tổn tại hai loại lực: lực hút và lực đẩy. Hai loại lực này gọi chung là lực phân tử, và chính lực phân tử là tác
nhân liên kết các phân tử lại với nhau.
Vấn để đặt ra là: Lực phân tử phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử như thế nào?
> ?
Muốn khảo sát sự phụ thuộc của lực phân tử vào khoảng cách giữa các phân tử, trước tiên các em hãy quan sát thí nghiệm mô hình sau: “Cho hai
mặt của một cái bịch bóng có bể mặt thật phẳng tiếp xúc với nhau thì thấy hai
bể mặt này như thế nào?”
> Chúng hút nhau.
s* Điều này có nghĩa là giữa các phân tử của hai bể mặt của cái bịch bóng tổn tại lực hút hay lực đẩy?
> Lực hút.
SOTH: (À(guuên “Thục (lđụên. Frang 74
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001-2005 GVHD: Thấy Nguyễn Mạnh Hùng
®% Tuy nhiên, nếu dùng tay vò cái bịch bóng cho nó nhăn nheo, sau đó vuốt nhẹ, rồi cho hai bể mat của nó tiếp xúc nhau thì dù cho chúng ta có dùng lực ép hai bể mặt lại với nhau đi nữa thì chúng có còn hút nhau nữa không?
> Không.
@ Vậy, khoảng cách giữa các phân tử như thế nào thì giữa các phân
tử xuất hiện lực hút, lực đẩy?
> Lực hút xuất hiện khi khoảng cách giữa các phân tử rất nhỏ và lực
đẩy xuất hiện khi khoảng cách giữa các phân tử lớn.
% Làm thế nào để biết chính xác sự biến đổi của lực phân tử theo
khoảng cách giữa các phân tử?
Xét sự tương tác giữa hai phân tử.
- Quy ước lực hút f, mang dấu âm và lực đẩy í; mang dấu dương.
Khi đó lực tương tác tổng hợp là: f = fy + fy
Sự phụ thuộc của lực hút và lực đẩy giữa hai phân tử vào khoảng
cách r giữa chúng được biểu diễn bằng đổ thị như sau:
Trong đó: Đường cong số (1) ở dưới trục hoành biểu diễn lực hút do f, < 0.
Đường cong số (2) ở trên trục hoành biểu dién lực đẩy do fy > 0.
Đường cong số (3) biểu diễn lực tương tác tổng hợp.
it@
Căn cứ vào đồ thị, nếu đi từ xa đến gần (r >> r„, r > r„„ r = r„ và r<r,) thì lực tương tác giữa hai phân tử biến đổi như thế nào?
> Học sinh thảo luận dẫn đến kết luận sau:
SOTH: Aguyén Thye Uyéen. Frang TS
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHÓA 2001 - 2005 GVHD: Thay Nguyễn Mạnh Hùng
- Khi hai phân tử rất xa nhau: r >> r„ thì lực tương tác giữa hai
phân tử là không đáng kể, hai nguyên tử xem như không tương tác với nhau.
- Khi hai phân tử tiến lại gắn nhau hơn nhưng: r >r, thì lực hút mạnh hơn lực đẩy, hai phân tử hút nhau.
- Khi khoảng cách giữa hai phân tử là r =r, thì lực đẩy và lực hút
có độ lớn bằng nhau, hợp lực của chúng bằng không. Như vậy, hai phân tử ở vị trí cân bằng.
- Khi hai phân tử tiếp tục tiến lại gần nhau hơn nữa và: r <r, thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, hai phân tử đẩy nhau.
Qua việc khảo sat sự tương tác giữa hai phân tử trên, chúng ta kết luận như thế nào vẻ lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử?
>_- Các nguyên tử, phân tử đồng thời hút và đẩy nhau.
- Ở khoảng cách nhỏ hơn đường kính nguyên tử, phân tử thì lực hút
mạnh hơn.
- Ở khoảng cách lớn hơn đường kính nguyên tử, phân tử thì lực đẩy
mạnh hơn.
- Khi khoảng cách giữa các nguyên tủ, phân tử rất lớn so với kích
thước của chúng thì chúng coi như không tương tác với nhau.