- 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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. Đáp số: 5 2
2.10 N m/ Bài 10: Ở 270
C áp suất của khí trong một bình kín là 5 2
3.10 N m/ . Áp suất khí bằng bao nhiêu nếu nhiệt độ khí thay đổi -130C ?
Đáp số: 2,6.105N m/ 2
2.7.3. Bài tập đồ thị
a) Loại 1: Đồ thị của một đẳng quá trình.
- Mục đích: Rèn luyện khả năng vẽ và đọc đồ thị của các đẳng quá trình trong các hệ tọa độ khác nhau.
Phương pháp tiếp cận hoạt động:
GV khắc sâu cho HV mục đích giải bài tập đồ thị và hƣớng dẫn gợi mở cho từng dạng bài tập để HV chủ động giải bài tập.
Bài tập mẫu 1:
Một khối khí lý tƣởng ở điều kiện chuẩn thực hiện một quá trình đẳng nhiệt sao cho thể tích của nó giảm 4 lần. Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi trạng thái của khối khí trên trong các hệ tọa độ:
a. Hệ tọa độ (V,T) b. Hệ tọa độ (p,T) c. Hệ tọa độ (p,V) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 sau:
+ Yêu cầu HV tóm tắt đầu bài + Phân tích đề bài:
* Trong quá trình đẳng nhiệt khi V thay đổi thì đồ thị (V,T) là đƣờng nhƣ thế nào ?
* Trong quá trình đẳng nhiệt khi p thay đổi thì đồ thị (p,T) là đƣờng nhƣ thế nào ?
* Trong quá trình đẳng nhiệt đồ thị (p,V) là đƣờng nhƣ thế nào ? + Để vẽ đƣợc đồ thị (p,V) khi biết 1 2 4 V V thì yêu cầu HV cần xác định 2
p nhƣ thế nào đối với p1. + Hƣớng dẫn HV vẽ đồ thị + Nhận xét bài làm HV * Khắc sau cách vẽ đồ thị
* Khắc sâu lại mục đích giải bài tập
- HV tóm tắt đầu bài
a) - Đồ thị (V,T) là đƣờng thẳng vuông góc với 0T.
b) - Đồ thị (p,T) là đƣờng thẳng vuông góc với 0T.
c) - Quá trình biến đổi là đẳng nhiệt nên: pV=hằng số nên đồ thị (p,V) là đƣờng hypebol
+ HV xác định p2=4p1
- HV làm bài dƣới sự hƣớng dẫn của GV
0 T1=T2 T p p2 p1 1 2 0 V2 V1 V T T1=T2 1 2
( Theo đề: 2 1
4
V
V
Quá trình là đẳng nhiệt nên: pV=hằng số nên đồ thị (p,V) là đƣờng hypebol, trên đồ thị (p,T) và (V,T) đồ thị là đƣờng thẳng vuông góc với 0T.
Ta có phƣơng trình của quá trình đẳng nhiệt: p1V1=p2V2 p2=p1V1/V2 p2=4p1. - Đồ thị 0 V2 V1 V p p2 p1 1 2
Bài tập mẫu 2:
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 những vấn đề sau: + Hƣớng dẫn HV đọc kỹ đầu bài + Khai thác dữ kiện đầu bài trên đồ thị * Dựa vào đồ thị xác định p1,V1, p2 ? * Đồ thị thuộc dạng nào ? quá trình biến đổi trạng thái là quá trình nào ? + Áp dụng công thức của quá trình biến đổi trạng thái để xác định V2
+ Nhận xét bài làm của học viên
+ HV thảo luận, nhớ lại kiến thức trả lời gợi ý của GV
+ HV trả lời câu hỏi của đề bài
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lƣợc giải:
* Từ đồ thị ta thấy: p1=3pa; p2=1pa; V1=1lít
*Đồ thị có dạng đƣờng hypebol nên quá trình biến đổi là đẳng nhiệt. *Theo quá trình đẳng nhiệt ta có: p1V1=p2V2 V2= p1V1/p2 = 3(lít) Đáp số V2 = 3(lít) P (pa) 3 1 1 2 0 1 V2 V Hình áp dụng cho bài tập mẫu 2 Cho khối khí lí tƣởng
biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 nhƣ hình vẽ. Tính thể tích