Khi tiến hành phân loại các bài tập vật lí, ta thƣờng dựa trên 3 cơ sở chính sau đây:
Phân loại theo nội dung: bài tập vật lí đƣợc chia thành các dạng bài tập nhƣ bài tập có nội dung lịch sử, bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tƣợng, bài tập dƣới dạng đề tài vật lí, bài tập kỹ thuật tổng hợp.
Phân loại theo yêu cầu phát triển tƣ duy: bài tập vật lí đƣợc chia thành bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo.
Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải: bài tập vật lí đƣợc chi thành bài tập định tính, bài tập định lƣợng, 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. chƣơng 1, để xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “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 chƣơng “Chất khí” mà chúng tôi xây dựng và thực hiện tại TTGDTX Ứng Hòa Hà Nội.
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 phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải
Bài tập định tính: Sử dụng thuyết động học phân tử về cấu tạo chất khí để giải thích các hiện tƣợng liên quan Bài tập định lƣợng: - Áp dụng các biểu thức của các quá trình: đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp và sử dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng để giải các bài tập Bài tập thí nghiệm: Thiết kế phƣơng 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 lƣợng khí xác định
Loại 2: Áp dụng cho khối lƣợng 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 nghiệm
2.7. Xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “chất khí” vật lí 10 ban cơ ban theo hƣớng tiếp cập hoạt động theo hƣớng tiếp cập hoạt động
* Hệ thống bài tập theo hƣớng tiếp cận hoạt động
Dựa trên sơ đồ phân loại bài tập chƣơng “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 nhƣ dẫ trình bày ở chƣơng 1. Chúng tôi đã xây dựng đƣợc 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 hƣớng dẫn HV giải bài tập một cách chủ động theo hƣớng tiếp cận hoạt động (hoạt động của HV là chủ đạo dƣới sự hƣớng 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 tƣợng liên quan.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định tính và hƣớng 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 đƣợc?
+ Hƣớng dẫn giải bài tập theo hƣớng tiếp cận hoạt động
Sơ đồ 2.2. Quá trình tiếp cận hoạt động giữa GV và HV ở TTGDTX
Hƣớng dẫn giải bài tập theo phƣơng pháp tiếp cận hoạt động:
Hoạt động của GV Hoạt động của HV
- Để học viên chủ động giải thích đƣợc hiện tƣợng này, GV cần yêu cầu HV thực hiện các bƣớc sau:
+ Yêu cầu HV đọc kỹ đầu bài + Phân tích bài:
Nêu cấu tạo chất ?
So sánh lực tƣơng 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 bƣớc 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 nhƣng 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 đƣợc khi giải bài tập định tính mà GV cần hƣớng dẫn cho HV giải thích các bài tập liên quan tƣơng tự nhƣ bài tập mẫu đƣợc lấy làm ví dụ trên đây. Từ đó HV có thể lấy làm phƣơng pháp chung để giải các bài tập định tính cho chƣơng “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 nƣớc, sau một thời gian các phân tử muối phân bố đều trong toàn thể tích nƣớc. Hãy giải thích hiện tƣợng? Lời giải:
Đầu tiên muối hòa tan trong nƣớc. 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 nhƣ 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 tƣợng ?
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 nhƣ liền, nhƣng giữa các phân tử của chất làm ruột săm xe vẫn có khoảng cách nên các phân tử không khí vẫn có thể chui qua và thoát ra ngoài.
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 nhƣ những hạt bụi nhỏ, tuy vậy vẫn chƣa thể gọi là nguyên tử, phân tử đƣợc bởi các nguyên tử, phân tử còn nhỏ hơn rất nhiều mà bằng mắt thƣờng không thể nhìn thấy đƣợc.
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 nhƣng 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 trƣờng hợp áp suất tăng lên quá mức cho phép.
Bài 8: Giải thích tại sao quả bóng bay dù đƣợc 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 có thể thoát ra.
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 lƣợng khí xác định và áp dụng công thức của phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định lƣợng và hƣớng dẫn gợi mở cho từng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
- Bài tập mẫu:
Một lƣợng khí ở nhiệt độ 18oC có thể tích 1m3
và áp suất 1 atm. Ngƣời 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 đƣợc bài tập GV cần gợi mở nhiều vấn đề sau:
+ Yêu cầu HV đọc, tóm tắt đầu bài + Đổi đơn vị của các đại lƣợng + Trong quá trình biến đổi trạng thái đại lƣợng 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 đƣa 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 V1 1 2 2 Với P 1 1 atm, V =1m3 1 và P23,5atm, 2 V = ? Suy ra: V = P V1 1= 1.1 = 0, 286m3 2 P 3,5 2 )
b) Loai 2: Áp dụng cho khối lƣợng 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 lƣợng khí thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, và áp dụng công thức của phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng.
- Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập định lƣợng và hƣớng dẫn gợi mở cho từng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
- Bài tập mẫu
Một phòng có kích thƣớc 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 lƣợng khí sau khi nhiệt độ tăng 10oC ? c) Tính thể tích của lƣợng 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 đƣợc bài tập GV cần gợi mở các vấn đề sau:
+ Yêu cầu HV tóm tắt đầu bài và đổi đơn vị của các đại lƣợng về một hệ đồng nhất ?
+ Yêu cầu HV xác định xem trong quá trình biến đổi trạng thái lƣợng khí có thay đổi không?
- HV tóm tắt đầu bài và đƣa 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 phƣơng trình trạng thái cho các quá trình mà lƣợng 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 hƣớng dẫn học viên lƣợc giải nhƣ sau:
+ Trong quá trình biến đổi trạng thái đại lƣợng 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) Lƣợng 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) Lƣợng không khí trong phòng ở trạng thái 2: p2 = 78 cmHg; T2 = 283 K; V = ? 2 Áp dụng phƣơng 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
Chú ý: Dựa vào mục đích giải bài tập định lƣợng mà GV hƣớng dẫn cho HV giải các bài tập dạng tƣơng tự nhƣ bài mẫu. Từ đó HV lấy làm phƣơng pháp chung để giải bài tập định lƣợng loại 1 và 2 chƣơng “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 dƣới áp suất 1 atm và nhiệt độ 470C. 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 250C dƣới áp suất 0,566. 5 10 Pa. Khi đèn cháy sáng, áp suất khí trong đèn là 0,959. 105Pa 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 3
150cm khí ở áp suất 2. 5
10 Pa Pít-tông nén khí trong xilanh xuống còn 3
100cm . Tính áp suất của khí trong xilanh lúc này, coi nhiệt độ nhƣ không đổi.
Đáp số: 3. 5 10 Pa
Bài 4 : Trƣớc 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: Ngƣời 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
đƣợc 3
250cm không khí. Trƣớc 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 4000C, áp suất khí trong bóng đèn bằng áp suất không khí 1 atm. Tính áp suất khí trong bóng đèn khi chƣa phát sáng, ở 220
C.
Đáp số: 0,44 atm Bài 7: Một bình cầu thủy tinh chứa một khối khí ở 150C. 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 lƣợng khí này thoát ra. Áp suất khí trong ống nghiệm sau khi đóng van lại là bao nhiêu ? Cho rằng nhiệt độ của không khí không thay đổi.