1. 4 Tình huống học tập trong dạy học vật lí
2.3.1. Tiến trình dạy học bài “Định luật Bôi-lơ– Ma-ri-ốt”
* Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức:
Chất khí được đặc trưng bởi ba thông số trạng thái P, V, T
T = const
P.V = const (định luật Boyle-Mariotte) (1)
V = const ons P c t T (định luật Charles) (2) P = const, V const T (định luật Gay-lussac) (3) Ở 00C áp suất 1 atm thể tích mol bằng 22,4 lít (4) ons PV c t T m PV R T R= 8,31J/mol.K
Một lượng khí xác định biến đổi trạng thái trong điều kiện nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích
của lượng khí có mối quan hệ định lượng như thế nào?
- Bố trí thí nghiệm như hình vẽ:
- Làm chậm để khí biến đổi đẳng nhiệt. Ban đầu B thông với khí quyển, đo được áp suất p1, thể tích V1 của khí. Nối B với máy bơm P, bơm nhẹ để tăng, giảm áp suất trong B và A.
Bảng kết quả số liệu:
V p pV
Thể tích của khối khí tăng, áp suất của khối khí cũng tăng, các tích pV bằng nhau:
p V1 1 p V2 2
Bịt kín vòi bơm xe đạp, ấn từ từ cần bơm xuống, cần bơm càng xuống sâu thì càng khó ấn hơn.
I. Mục tiêu
* Mục tiêu trong quá trình dạy học Dưới sự hướng dẫn của giáo viên:
- HS đề xuất được dự đoán về mối quan hệ giữa thể tích và áp suất của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.
“Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số.”
pV c onst
p V1 1 p V2 2
trong đó: p V 1, 1 là thể tích và áp suất của lượng khí ở trạng thái 1. p V 2, 2 là thể tích và áp suất của lượng khí ở trạng thái 2.
Đồ thị đường đẳng nhiệt:
Giải thích định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt bằng thuyết động học phân tử. Dùng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt để giải thích một số hiện tượng.
P O V T1=const T2=const T2 > T1
- Mô tả được cách bố trí thí nghiệm, nêu được các thao tác tiến hành thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí ở nhiệt độ không đổi.
- Phát biểu được nội dung và viết được biểu thức định luật Bôilơ – Mariốt.
- Nêu được định nghĩa quá trình đẳng nhiệt.
- Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất và thể tích trên đồ thị. * Mục tiêu sau quá trình dạy học
- Nêu được quy trình tiến hành thí nghiệm nghiên cứu định luật Bôilơ – Mariốt.
- Phát biểu được nội dung và viết được biểu thức định luật Bôilơ – Mariốt.
- Nêu được định nghĩa quá trình đẳng nhiệt. - Vẽ được đường biểu diễn quá trình đẳng nhiệt.
- Vận dụng định luật để giải thích một số hiện tượng trong đời sống và giải bài tập.
II. Chuẩn bị
- GV: Dụng cụ thí nghiệm nghiên cứu định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. - HS: Ôn lại các kiến thức về áp suất của chất khí.
III. Tiến trình dạy học
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Ôn tập áp suất chất khí.
Đặt vấn đề:
Bài trước ta đã học về thuyết động học phân tử chất khí. Khi chuyển động, mỗi phân tử khí va chạm với các * Áp suất chất khí: - Định nghĩa: P F S - Đơn vị đo: 1 N2 1P a m Các đơn vị hay
phân tử khác và va chạm với thành bình. Rất nhiều các phân tử va chạm với thành bình tạo nên một lực đẩy vào thành bình, lực này tạo ra áp suất của chất khí lên thành bình.
Ở THCS, các em đã học về áp suất của chất khí.
? Các em hãy cho cô biết khái niệm, đơn vị đo, cách đo áp suất?
? Khi chúng ta bơm xe đạp, một tay bịt kín vòi bơm, ấn từ từ cần bơm xuống, cần bơm càng xuống sâu thì càng khó ấn hơn. Tại sao lại như vậy? Để trả tìm hiểu rõ hơn về - Định nghĩa: P F S - Đơn vị đo: 1 N2 1P a m Các đơn vị hay dùng: 1atm760mmHg 5 1, 013.10 Pa 4 1at9,81.10 Pa 2 1cmHg 13, 6cmH O - Cách đo: dùng áp kế. - Vì thể tích của lượng khí trong bơm giảm, áp suất tăng.
dùng: 1atm760mmHg 1, 013.10 Pa5 4 1at9,81.10 Pa 2 1cmHg13, 6cmH O - Cách đo: dùng áp kế.
điều này ta vào bài học hôm nay “Định luật Bôilơ – Mariốt”. Một số khái niệm: Trạng thái (TT) của một lượng khí được xác định bằng các thông số TT: Áp suất p, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T. Một khối khí ở TT(1) có các thông số TT (P1, V1, T1), chuyển sang TT(2) với các thông số TT (P2, V2, T2) ta gọi đó là quá trình biến đổi trạng thái hay gọi tắt là quá trình.
Trong quá trình biến đổi TT của một lượng khí xác định, cả ba thông số TT đều thay đổi và giữa chúng có mối liên hệ với nhau. Tuy nhiên, để đơn giản người ta giữ một thông số không đổi, và tìm mối liên hệ giữa hai thông số còn lại, sau đó suy ra mối liên hệ giữa ba thông số TT. Quá trình biến đổi TT trong
- HS ghi nhận. 1. Một số khái niệm: - Trạng thái của một lượng khí được xác định bằng các thông số trạng thái: áp suất p, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T. - Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái (gọi tắt là quá trình).
- Đẳng quá trình là quá trình biến đổi trạng thái với một thông số trạng thái không đổi.
- Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ
đó một thông số TT được giữ không đổi ta gọi đó là đẳng quá trình.
? Vậy theo các em thế nào là quá trình đẳng nhiệt?
- Quá trình biến đổi trong đó nhiệt độ được giữ không đổi được gọi là quá trình đẳng nhiệt.
được giữ không đổi.
Định luật Bôi-lơ – Ma-ri ốt: Xét một khối khí có nhiệt độ không đổi.
? Các em hãy thảo luận theo nhóm và đề xuất các phương án thí nghiệm để xác định mối quan hệ định lượng giữa áp suất và thể tích?
? Để xác định mối quan hệ giữa áp suất và thể tích ta cần những dụng cụ thí nghiệm nào?
Khi nhiệt độ của lượng khí không đổi, để xác định mối quan hệ định lượng giữa áp suất và thể tích của lượng khí ta tiến hành thí nghiệm.
GV giới thiệu bộ thí nghiệm.
- HS thảo luận đề xuất phương án thí nghiệm. - Một bình đựng khí, áp kế để đo áp suất khí, dụng cụ đo thể tích lượng khí. 2. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt: a) Thí nghiệm: *Mục đích: khảo sát mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định trong điều kiện nhiệt độ không đổi. *Dụng cụ: - Áp kế - Thước đo thể tích - Máy bơm - Bình đựng khí *Tiến hành: Chú ý: Thao tác thật chậm để nhiệt độ của khí là không đổi.
? Các em có dự đoán gì về mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của lượng khí?
Để kiểm tra dự đoán vừa đưa ra các em hãy quan sát cô tiến hành thí nghiệm và ghi kết quả vào bảng số liệu ở phiếu học tập (Phụ lục 1). Lưu ý: Ta phải làm thật chậm để nhiệt độ của khí là không đổi.
GV sử dụng bảng phụ để ghi kết quả thí nghiệm.
? Hãy xác định sai số tỉ đối của thí nghiệm.
? Từ kết quả thí nghiệm các em rút ra điều gì?
Với sai số tỉ đối <5%, ta có:
p 1 V hay pV c onst - Thể tích giảm thì áp suất tăng. - HS xác định sai số. - Thể tích tăng thì áp suất cũng tăng, tích p.V xấp xỉ bằng nhau. *Bảng kết quả thí nghiệm [Phụ lục 1]. * Nhận xét: 1 p V hay pV c onst b) Định luật: - Nội dung: “Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số”. Cách 2: “Trong quá trình đẳng nhiệt, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số” - Biểu thức: pV = hằng số. hay p V1 1 p V2 2 trong đó: 1, 1 p V là thể tích và áp suất của lượng
Đây cũng chính là biểu thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri- ốt, được nhà Vật lí người Anh Bôilơ tìm ra năm 1662, và nhà Vật lí người Pháp Mariốt tìm ra bằng con đường độc lập năm 1672.
? Dựa vào biểu thức ở trên các em hãy phát biểu nội dung định luật?
Định luật còn có thể được phát biểu như sau: Trong quá trình đẳng nhiệt, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số.
Biểu thức của định luật còn được viết dưới dạng:
p V1 1 p V2 2 trong đó: 1, 1 p V là thể tích và áp suất của khí ở TT(1). 2, 2 p V là thể tích và áp suất của khí ở TT(2).
Định luật nghiệm đúng với
- Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số. - HS tiếp thu. khí ở trạng thái 1. 2, 2 p V là thể tích và áp suất của lượng khí ở trạng thái 2. * Giới hạn áp dụng: Định luật nghiệm đúng với khí lí tưởng và gần đúng với khí thực. *Vận dụng định luật giải thích một số hiện tượng trong đời sống.
*Giải thích định luật bằng thuyết động học phân tử.
khí lí tưởng và gần đúng với khí thực.
Có thể vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt để giải thích một số hiện tượng như bóp một quả bóng cao su, thể tích của lượng khí trong quả bóng giảm, áp suất tăng nên tay ta có cảm giác bị đẩy ra… ? Bằng thuyết động học phân tử chất khí, em hãy giải thích định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt?
GV nhận xét câu trả lời. - Do áp suất p phụ thuộc vào số va chạm của các phân tử khí vào thành bình và mật độ phân tử khí nên thể tích V giảm, mật độ phân tử khí trong bình tăng lên, áp suất cũng tăng. Đường đẳng nhiệt:
Ngoài mối quan hệ toán học ở trên, mối liên hệ giữa p và V còn được thể hiện rõ trên đồ thị pOV. Dựa vào kết quả thí nghiệm thu được ở trên: ? Hãy vẽ đường biểu diễn mối quan hệ giữa p và V trên đồ thị pOV?
- HS vẽ đồ thị vào phiếu học tập.
3. Đường đẳng nhiệt:
- Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ của một lượng khí không đổi gọi là đường đẳng nhiệt.
GV yêu cầu 1 HS lên bảng vẽ đồ thị vào bảng phụ.
? Các em có nhận xét gì về dạng đồ thị ta vừa vẽ?
Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ của một lượng khí không đổi gọi là đường đẳng nhiệt.
Đường đẳng nhiệt có dạng một nhánh hypebol. Ứng với các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí sẽ có các đường đẳng nhiệt khác nhau. Các đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn các đường đẳng nhiệt ở dưới. Xét hai đường đẳng nhiệt ở nhiệt độ T1 và T2.
? Hãy chứng minh T2>T1?
Gợi ý: Kẻ đường thẳng
- Đồ thị có dạng đường cong trơn.
có dạng một nhánh hypebol. - Ứng với các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí sẽ có các đường đẳng nhiệt khác nhau. Các đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn các đường đẳng nhiệt ở dưới. - Chứng minh đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đường đẳng nhiệt ở dưới. P V O T2 T1 T2 > T1
song song với trục Op, cắt 2 đường đẳng nhiệt ở hai điểm, tương ứng ta có P1 và P2 - Theo đồ thị ta có P2>P1 chứng tỏ phân tử khí ở TT ứng với nhiệt độ T2 va chạm với nhau và với thành bình càng nhiều hơn, các phân tử khí chuyển động nhiệt nhanh hơn nên T2>T1 Củng cố và vận dụng :
GV nhắc lại các kiến thức trọng tâm.
Yêu cầu HS vận dụng làm các bài tập trong phiếu học tập.
GV giao nhiệm vụ về nhà cho HS.
- HS ghi nhận và làm bài tập trong phiếu học tập.
- Hoàn thiện các bài tập trong phiếu học tập.