V ⋅ (p tính ra atm, tính ra lít)
Nguyên lí i nhiệt động lực học
I – Mục tiêu
1. Về kiến thức
– Xây dựng đ−ợc khái niệm nội năng và phải trả lời đ−ợc câu hỏi nội năng là gì ?
– Tìm đ−ợc độ lớn của nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
– Học sinh phải trả lời đ−ợc câu hỏi nội năng phụ thuộc vào các đại l−ợng nào ?
– Học sinh hiểu đ−ợc năng l−ợng chuyển hoá từ cơ năng sang nội năng, và thu đ−ợc nhiệt l−ợng. Nếu Q = A thì năng l−ợng của hệ đ−ợc bảo toàn.
– Học sinh hiểu đ−ợc định luật bảo toàn và chuyển hoá năng l−ợng trong nhiệt học, một lần nữa đ−ợc nghiệm đúng và đ−ợc ôn lại.
2. Về kĩ năng
– Vận dụng nguyên lí I nhiệt động lực học để giải thích các hiện t−ợng vật lí và giải các bài tập liên quan.
II – Chuẩn bị
Giáo viên
– Bốn bộ cái xilanh, bốn cốc n−ớc nóng.
– Bảng cấu tạo phân tử.
Học sinh
– Ôn lại khái niệm công, nhiệt l−ợng, năng l−ợng, thuyết động học phân tử về chất khí, ... đã đ−ợc học ở THCS.
III – thiết kế hoạt động dạy học
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1.
Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề
Cá nhân trả lời. Câu trả lời có thể là : cơ năng, điện năng, nhiệt năng, ...
Cá nhân nhận thức đ−ợc vấn đề
cần nghiên cứu.
– Hãy kể tên các dạng năng l−ợng đã
đ−ợc học ?
Nếu để ý đến bên trong vật còn một dạng năng l−ợng khác, đó chính là nội năng. Vậy nội năng là gì ? Nó phụ thuộc những thông số nào ? Có thể biến đổi nội năng đ−ợc không ?
Hoạt động 2.
Xây dựng khái niệm nội năng
– Cơ năng bằng không, vì động
năng bằng không và thế năng bằng không.
– Vì các phân tử chuyển động
hỗn độn và không ngừng nên có động năng.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
– Ta xét một vật nằm yên trên mặt đất. Nếu chọn mặt đất làm gốc thế năng. Khi đó cơ năng của vật có độ lớn bằng bao nhiêu ?
Một vật nằm yên trên mặt đất thì cơ
năng bằng không. Nh−ng nếu để ý các
phân tử cấu tạo nên vật thì liệu vật có
dạng năng l−ợng nào khác không ?
Nếu có thì độ lớn của nó phụ thuộc vào các yếu tố nào ?
Định h−ớng của GV :
– Quan sát bảng vẽ về cấu tạo phân tử
các chất và cho biết các phân tử cấu tạo nên vật có tính chất gì ?
– Nếu chú ý tới các phân tử cấu tạo
nên vật thì chúng có những dạng năng l−ợng nào ?
Thông báo : Nếu chọn phân tử này làm gốc thế năng, thì giữa hai phân tử có thế năng gọi là thế năng t−ơng tác giữa chúng.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
– Các phân tử chuyển động vì
nhiệt nên có động năng. Nếu thay đổi nhiệt độ thì động năng của các phân tử thay đổi.
– Thế năng t−ơng tác giữa các
phân tử thay đổi khi ta thay đổi khoảng cách giữa các phân tử đó.
– Nếu thay đổi thể tích của vật thì khoảng cách các phân tử thay đổi, dẫn đến thế năng cũng thay đổi.
Qua nghiên cứu cho thấy, các khối
chất có năng l−ợng bên trong. Dạng
năng l−ợng này đ−ợc gọi là nội năng. GV thông báo khái niệm nội năng.
– Độ lớn của nội năng phụ thuộc vào
những yếu tố nào ? Định h−ớng của GV :
– Muốn biết nội năng phụ thuộc vào
những yếu tố nào ta tìm hiểu xem động năng của các phân tử và thế năng của các phân tử phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
– Do đâu mà các phân tử có động năng ? Khi nào thì động năng của các phân tử thay đổi ?
– Khi nào thì thế năng t−ơng tác giữa các phân tử thay đổi ?
– Nếu thay đổi thể tích của vật thì
khoảng cách các phân tử có thay đổi không ?
Kết luận : Nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật U = f(T,V) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
– Vậy ta có kết luận gì về độ lớn của
nội năng ?
Hoạt động 3.
Nghiên cứu các cách làm biến đổi nội năng
– Từ ph−ơng trình U = f(T,V),
muốn thay đổi U thì có thể thay đổi T hoặc V của vật.
ở trên ta đã biết nội năng là gì và nội năng phụ thuộc vào những yếu tố nào. Bây giờ chúng ta nghiên cứu xem có cách nào làm thay đổi nội năng của một vật ?
Định h−ớng của giáo viên :
– Nội năng của vật phụ thuộc vào yếu
– Thực hiện công nén pit-tông để thay đổi thể tích khối khí. Nếu nút cao su của xilanh bị bật ra tức là nội năng của khối khí tăng và sinh công làm cho nút cao su bật ra.
– Truyền nhiệt cho khối khí bằng
cách ngâm xilanh vào n−ớc nóng.
Nếu pit-tông bị dịch chuyển tức là nội năng của khối khí tăng.
– Kết quả thí nghiệm phù hợp với
suy diễn lí thuyết.
– Muốn thay đổi nội năng của vật phải làm thế nào ?
Thông báo : Nh− vậy theo suy diễn lí
thuyết cần phải thực hiện công hay truyền nhiệt cho vật thì sẽ làm biến đổi nội năng của khối khí.
Cho HS xem một khối khí đ−ợc nhốt
trong một xilanh. Yêu cầu HS đề xuất cách tiến hành thí nghiệm để kiểm tra suy diễn lí thuyết ở trên ?
GV phát dụng cụ thí nghiệm cho HS. Yêu cầu tiến hành thí nghiệm và báo cáo kết quả.
Hoạt động 4.
Xây dựng nguyên lí I nhiệt động lực học
– áp dụng định luật bảo toàn
năng l−ợng, ta có : U = Q + A
Δ
Độ năng nội năng của hệ bằng
tổng đại số nhiệt l−ợng và công
mà hệ nhận đ−ợc.
Thông báo : Từ thí nghiệm ở trên ta (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thấy : Khi cung cấp nhiệt l−ợng cho
khối khí thì nội năng của khối khí tăng và khối khí sinh công làm chuyển động nắp pit-tông.
– Nếu nh− ta vừa cung cấp nhiệt l−ợng cho khối khí và vừa thực hiện công để ấn nắp pit-tông xuống thì nội năng của khối khí đ−ợc xác định bằng biểu thức toán học cụ thể nào ?
Thông báo : Kết quả chúng ta vừa tính đ−ợc chính là biểu thức của nguyên lí I nhiệt động lực học.
Q = U AΔ −
– Nhiệt l−ợng truyền cho hệ làm tăng nội năng của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
– Phát biểu thành lời biểu thức trên ? Để áp dụng biểu thức này cho các quá trình truyền nhiệt khác với quy −ớc về dấu nh− sau : Trong đó : Q > 0 : Hệ nhận nhiệt l−ợng. Q < 0 : Hệ nhả nhiệt l−ợng Q . A < 0 : Hệ sinh công A . A > 0 : Hệ nhận công. U
Δ > 0 : Nội năng của hệ tăng.
U
Δ < 0 : Nội năng của hệ giảm.
Hoạt động 5.
Củng cố bài học và định h−ớng nhiệm vụ học tập tiếp theo
Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập.
– Khái niệm nội năng ? Các cách làm
thay đổi nội năng ?
– Phát biểu nguyên lí I nhiệt động lực học.
– Làm bài tập củng cố : GV phát phiếu học tập cho HS. Yêu cầu HS làm việc cá nhân sau đó báo cáo kết quả.
Phiếu học tập
Câu 1. Câu nào sau đây là không đúng khi nói về nội năng ? A. Nội năng là một dạng năng l−ợng.
B. Nội năng có thể chuyển hoá thành các dạng năng l−ợng khác.
C. Nội năng là nhiệt l−ợng của vật.
A > 0 A < 0
Q < 0 Q > 0 Q > 0
D. Nội năng của một vật có thể tăng lên hay giảm đi.
Câu 2. Chỉ ra phát biểu đúng của nguyên lí I nhiệt động lực học ?
A. Độ tăng nội năng bằng tổng nhiệt l−ợng cung cấp cho hệ và công
thực hiện lên hệ đó.
B. Độ tăng nội năng bằng tổng nhiệt l−ợng cung cấp cho hệ và công thực hiện bởi hệ đó.
C. Nhiệt l−ợng cung cấp cho hệ bằng tổng độ tăng nội năng của hệ và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
công thực hiện lên hệ.
D. Công thực hiện bởi hệ bằng tổng độ tăng nội năng của hệ và nhiệt l−ợng cung cấp cho hệ.
E. Công thực hiện bởi hệ bằng tổng độ tăng nội năng của hệ và nhiệt l−ợng mà hệ mất đi.
Câu 3. Câu nào sau đây là không đúng khi nói về nhiệt năng ? A. Nhiệt năng là một phần của nội năng.
B. Nhiệt năng là một dạng năng l−ợng.
C. Nhiệt năng là phần năng l−ợng vật nhận đ−ợc hay mất đi trong quá
trình truyền nhiệt.
D. Đối với khí lí t−ởng, nhiệt năng đồng nhất với nội năng.
Câu 4. Câu nào sau đây là không đúng khi nói về nhiệt l−ợng ?
A. Nhiệt l−ợng là phần nội năng vật tăng thêm lên khi nhận đ−ợc nội
năng từ vật khác.
B. Một vật lúc nào cũng có nội năng do đó lúc nào cũng có nhiệt l−ợng C. Đơn vị của nhiệt l−ợng cũng là đơn vị của nội năng.
Bμi 59
áp dụng nguyên lí I nhiệt động học cho khí lí t−ởng