SKKN: Rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT qua hệ thống bài tập chương các định luật chất khí

Chia sẻ: Lê Thị Diễm Hương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

384
lượt xem 81
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giúp thấy được tầm quan trọng của các bài tập Vật lí trong việc dạy học vật lý. Trình bày một số bài tập chương “Các định luật chất khí” Vật lí 10 THPT. Nêu rõ vai trò và ý nghĩa của bài tập Vật lí trong quá trình ôn tập cũng cố khắc sâu kiến thức. Mời quý thầy cô tham khảo sáng kiến “Rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT qua hệ thống bài tập chương các định luật chất khí”.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SKKN: Rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT qua hệ thống bài tập chương các định luật chất khí

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM RÈN LUYỆN KỸ NĂNG PHÂN TÍCH TỔNG HỢP CHO HỌC SINH LỚP 10 THPT QUA HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ Giáo viên: Đào Ngọc Hào Tổ : vật lí Năm học: 2008-2009
Mở đầu I. lý do chọn đề tài: 1. Đổi mới phương pháp dạy học là khắc phục phương pháp truyền thụ một chiều, rèn luyện thói quen, nếp sống tư duy sáng tạo của người học. Để thực hiện được nhiệm vụ này cần phải bồi dưỡng được cho học sinh phương pháp học tập để phát triễn tư duy nhận thức và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế. Muốn nâng cao chất lượng học tập bộ môn Vật Lý phải có nhiều yếu tố song hành trong đó viêc áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bài tập Vật Lý đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình giải bài tập Vật lý lớp 10 nói chung và bài tập chương các định luật chất khí nói riêng, học sinh còn nhiều lúng túng, nhiều em chưa có phương pháp giải phù hợp, linh hoạt chưa biết vận dụng phương pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập một cách có hiệu quả. 2. Bài tập vật lí là một trong những công cụ không thể thiếu được trong quá trình dạy học. Với tính chất là một phương tiện dạy học, bài tập vật lí giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí: - Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiển - Thông qua các bài tập vật lí, với sự vận dụng linh hoạt kiến thức đã học để tự lực giải quyết tốt những tình huống có vấn đề thì các kiến thức đó trở nên sâu sắc, hoàn thiện hơn. - Bài tập vật lí là phương tiện tốt để phát triển óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn. - Bài tập vật lí là một hình thức cũng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức trong một chương hay một phần. - Đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập vật lí còn là phương tiện kiểm tra kiến thức và kĩ năng của học sinh. 3. Việc vận dụng phương pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập vật lý ở chương này sẽ mở cho các em một hướng giải bài tập linh hoạt hơn: trên cơ sở những dữ kiện đề ra, phân tích những đại lượng và tìm mối liên hệ giữa những đại lượng đó dựa trên các định luật vật lýđã học, tổng hợp lại và
tìm ra hướng giải phù hợp và đúng nhất của bài toán, nhờ đó rèn luyện khả năng phân tích – tổng hợp, tư duy sáng tạo cho học sinh. II. Mục đích đề tài: - Thấy được tầm quan trọng của các bài tập vật lí trong việc dạy học vật lý. - Trình bày một số bài tập chương “Các định luật chất khí” vật lí 10 THPT. - Nêu rỏ vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lí trong quá trình ôn tập cũng cố khắc sâu kiến thức. III. ý tưởng của đề tài: Có thể chọn và sắp xếp một hệ thống bài tập trong chương “Các định luật chất khí” vật lí 10 THPT và thông qua việc giải chúng để nâng cao năng lực phân tích - tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT. IV. nhiệm vụ đề tài: - Học sinh nhận biết được các bước tư duy phân tích - tổng hợp. - Vận dụng các bước của tư duy phân tích - tổng hợp vào việc giải bài tập nói chung. - Thông qua hệ thống bài tập trong chương “Các định luật chất khí” vật lí 10 THPT làm cho học sinh hiểu và rèn luyện cho chúng các thao tác tư duy phân tích - tổng hợp trong từng bước giải
Nội dung Chương I Cơ sở lí luận của việc sử dụng bài tập vật lý để rèn luyện kỹ năng phân tích- tổn hợp cho học sinh. I. Cơ sở lí luận: 1. Vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lý trong quá trình dạy học. - Bài tập vật lý với tư cách là một phương tiện dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học. - Bài tập vật lý giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lý, những hiện tượng vật lý. Biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn. - Bài tập vật lý đóng vai trò to lớn trong việc phát triển tư duy phân tích – tổng hợp, phát triển tính độc lập suy nghĩ, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn. - Các hình thức khác nhau của bài tập vật lý tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt các định luật, định lí và thuyết vật lý để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở thành sâu sắc hoàn thiện và trở thành tri thức riêng của mình. 2. Các bước giải bài tập vật lý : Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú nhưng chúng ta có thể nêu ra khái quát chung về phương pháp giải gồm các bước sau: -Bước 1: Tìm hiểu đề bài: Nghiên cứu kỹ đề bài, lập được bảng tóm tắt bằng ký hiệu toán học -Bước 2: Xác lập mối liên hệ: Phân tích dữ liệu và tìm thêm dữ liệu trong kho tri thức liên quan, xây dựng các bài toán trung gian theo hệ thống dẫn đến việc đáp ứng yêu cầu chung của bài toán. Cụ thể dùng phương pháp phân tích từ những đại lượng phải tìm đi ngược lại xem xét những kiến thức nào liên quan đến nó, trong những kiến thức này tìm con đường nào gần nhất đến dự kiện đã cho. -Bước 3: Gải tìm ra kết quả: Có thể theo lối cuốn chiếu đi từ từng bài toán trung gian trong hệ thống đã thiết lập. Có thể theo lối tổng hợp nêu
công thức tổng quát thoã mãn yêu cầu, sau đó tìm từng đại lượng trong công thức đó bằng cách giải bài toán phụ, cuối cùng thay giá trị vào các công thức tổng quát. -Bước 4: Kiểm tra xác nhận kết quả: Kiểm tra tính toán đã chính xác chưa, giải quyết hết yêu cầu bài toán đặt ra chưa, kết quả thu được có phù hợp thực tế không và kiểm tra thứ nguyên của các đại lượng vật lý đã tìm. * Đối với bài tập vật lý trắc nghiệm khách quan các bước thực hiện vẫn như trên, riêng bước thực hiện lời giải thì được làm ở giấy nháp, còn kết quả lời giải là việc chọn ra câu đúng và đánh dấu vào dó. 3. Phương pháp phân tích tổng hợp: Trên đây nói lên các bước chung để giải một bài tập vật lý, nhưng để thực hiện các bước tốt nhất thì chúng ta cần nắm vững phương pháp phân tích - tổng hợp. Phân tích-tổng hợp là hai mặt của một quá trình tư duy thống nhất. Phân tích là cơ sở của tổng hợp, được tiến hành theo hướng dẫn tới tổng hợp. Sự tổng hợp diễn ra trên cơ sở phân tích, phân tích và tổng hợp nhiều khi xen kẻ nhau. Phân tích càng sâu thì tổng hợp càng đầy đủ, tri thức về sự vật hiện tượng càng phong phú. a, Các bước của phương pháp “phân tích- tổng hợp”. Bước1: Khảo sát đối tượng cần nhận thức một cách toàn bộ. Nếu đối tượng cần nhận thức là vật thể thì ta khồng chỉ khảo sát đối tượng ở hình thức bề ngoài của nó mà còn phải xem xét mục đích sử dụng và chức năng của đối tượng dù rằng đối với một số vật thể học sinh đã biết nhiều về mục đích sử dụng của chúng. Bước2: Phân chia đối tượng cần nhận thức thành các yếu tố, các bộ phận các tính chất, các mối liên hệ. Bước3: Tách các yếu tố cơ bản bản chất ra khỏi các yếu tố không cơ bản không bản chất Bước4: Tập hợp các yếu tố cơ bản thành một đối tượng trừu tượng. Mối liên hệ chức năng giữa các yếu tố cơ bản được làm rõ. Nếu đối tượng nhận thức là vật thể thì vẽ sơ đồ diễn tả hiệu quả phối hợp của các yếu tố này.
Bước5: Khái quát hoá và tìm mối liên hệ có tính quy luật, rút ra quy luật hoạt động cho tất cả các đối tượng tương tự. Bước 6: Kiểm tra lại sự khái quát hoá trên các đối tượng cùng loại nhưng không thuộc đối tượng nghiên cứu. b, Cách hướng dẫn học sinh giải bài tập của phương pháp “phân tích- tổng hợp”. Muốn hướng dẫn học sinh giải một bài tập nào đó, giáo viên cần phân tích được phương pháp giải bài tập đó bằng cách vận dụng những hiểu biết về tư duy giải bài tập vật lý. Đồng thời với mục đích rèn luyện tư duy “ phân tích-tổng hợp” cho học sinh, khi hướng dẫn giải giáo viên phải chỉ ra cho học sinh thấy được các bước của thao tác tư duy này để từ đó họ vận dụng vào giải các bài tập tương tự. - Hướng dẫn theo mẫu (angorit): là kiểu hướng dẫn trong đó chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn. Những hành động này được gọi là hành động sơ cấp, được học sinh hiểu một các đơn giản và nắm vững nó. - Hướng dẫn tìm tòi(oristic) : là kiểu hướng dẫn mang tính gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề, giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác địng các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả. - Hướng dẫn khái quát chương trình hoá: là kiểu hướng dẫn học sinh tự đi tìm cách giải quyết, giáo viên định hướng tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Sự định hướng ban đầu đòi hỏi học sinh tự lực tìm tòi giải quyết. Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp phạm vi tìm tòi, giải quyết, cho vừa sức học sinh. Nếu học sinh vẫn chưa tìm tòi, giải quyết được thì hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hương dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu của bước 1, từ đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bước tiếp theo. Nếu cần giáo viên sẽ giúp đỡ thêm, cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề.
Chương II. bài tập chương “các định luật chất khí” vật lý 10 THPT nhằm rèn luyện kỹ năng “phân tích-tổng hợp” cho học sinh. I. Bài tập định luật bôi-lơ - ma-ri-ốt: A. Kiến thức cơ bản : 1. Quá trình đẳng nhiệt : Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt. 2. Định luật Bôi-Lơ - Ma-ri-ốt : Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. 1 p: hay pV = hằng số V p 3.Đường đẳng nhiệt: T2>T1 Đường biểu diễn sự phụ biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt T2 độ không đổi gọi là đường đẳng nhiệt. T1 Trong hệ toạ độ(p,V) đường này là O đường hypebol. V B. bài tập mẫu: Bài 1: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến 4 lít thì áp suất tăng lên bao nhiêu lần? Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: V1= 10 lít ; V2 = 4 lít P2 Đại lượng cần tìm: Tỉ số . P1 Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Xác định rỏ lượng khí không đổi nén đẳng nhiệt, nên xác định sự tăng áp suất ta áp dụng định luật B-M Bước3. Thực hiện kế hoạch giải:
áp dụng định luật B-L: P1V1=P2V2 Suy ra: P2 V1 10 = = = 2,5 P V2 4 1 Bước4. Củng cố: Chú ý: khi tính tỉ số độ lớn của cùng một đại lượng thì có thể dùng một đơn vị tuỳ ý chung cho cả mẫu số và tử số. Bài 2: Một bọt khí ở đáy hồ sâu 6 m nổi lên đến mặt nước. Hỏi thể tích của bọt khí tăng lên bao nhiêu lần? Giải: Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã cho: áp P1 ở độ sâu 6 m trong nước; áp suất khí quyển P2 V2 Đại lượng cần tìm: Tỉ số V1 Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Cần tính các đại lượng đã cho thành số, sau đó áp dụng định luật B-L Ta có: P2=1atm=1,013.105 Pa P1=P2 + D P Trong đó D P là độ chênh áp suất ứng với độ chênh D h của độ sâu là 6 m trong nước( nước có khối lượng riêng là r =1000kg/m3). D P= r g D h=1000.9,81.6=58860 Pa Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: Theo định luật B-M: P1V1=P2V2 Suy ra: P2 V1 1, 6016.105 = = = 1,58 P V2 1, 013.105 1 Vậy thể tích bọt khí tăng lên 1,6 lần Bước4. Củng cố: Chú ý: âp suất khí quyển khi không cho biết cụ thể thì phải coi là bằng 1 atm
ii. Bài tập định luật sác-lơ: A. Kiến thức cơ bản : 1. Quá trình đẳng tích: Quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi là quá trình đẳng tích. 2. Định luật sác-lơ: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ thuyệt đối. P P P2 =hằng số hay 1 = T T1 T2 p V1 3. Đường đẳng tích: V2>V1 Đường biểu diễn sự biến thiên Của áp theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đường V2 đẳng tích. O T(k) B. bài tập mẫu: Bài1: Một bình kín chứa khí ở áp suất 100 kPa và nhiệt độ 17oC. Làm nóng bình đến 57oC. a) Tính áp suất P của khí trong bình ở 57oC. b) Vẽ đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ. c) Vẽ đường biểu diễn quá trình trên đồ thị P-V, biết thể tích khí là V0. Giải: Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: t1=17oC; P1=100 kPa. Đại lượng cần tìm: áp suất P2 ở nhịêt độ t2: đường biểu diễn áp suất theo nhiệt độ. Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Cần đổi nhiệt độ: T1=t1+273=290k T2=t2+273=330k P(kpa 2 114 100 1
Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: a) áp dụng định luật Sác-lơ: P2 P = 1 T2 T1 Suy ra: T2 330 5 P2 = P= 1 10 = 1,138.105 pa T1 290 b) Đường biểu diễn là đoạn thẳng nối hai điểm 1 và 2 trên đồ thị P-T Bước4. Củng cố: Chú ý đoạn thẳng kéo dài của đường biểu diễn áp suất theo nhiệt độ đi qua góc toạ độ O ứng với nhiệt độ T=Ok và P=O. Bài2: Một bình khí được đóng kín bằng một nút có tiết diện 3,2 cm2. áp suất của khí trong bằng áp suất khí quyển bên ngoài, nhiệt độ của khí là 70C. Lực ma sát giữ nút có giá trị cực đại là 8 N. Hỏi phải đun nóng khí đến nhiệt độ nàođể nút bật ra. Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: P1=P0=1,013.105Pa ; t1=70C ; Fms=8N; S=3,2cm2 Đại lượng cần tìm: t2 để nút bật ra Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Để nút bật ra thì áp suất của khí trong bình cần có giá trị lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực ma sát tác dụng lên nút bình. Có nghĩa là chúng ta phải đun nóng khí lên nhiệt độ t2 để khí trong bìng có áp suất: P2 ³ P0 + Pms Lượng khí ở hai trạng thái: P1=P0=1,013.105Pa ; T1=273+ t1=280k 8 P2=P0+ Pms=013.105 + -4 =1,263.105 Pa ; T2 =273+t 3, 2.10
áp dụng định luật Sác-Lơ ta tìm được nhiệt độ cần xác định Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: Cần tăng nhiệt độ của khí trong bình vượt quá giá trị T2 được xác định như sau: áp dụng định luật Sác-Lơ: P2 P = 1 T2 T1 Suy ra: P2 1, 263.105 T2 = T1 = 280 = 347, 2 K P1 1, 013.105 Vậy phải đun nóng khí đến nhiệt độ 347,2K, tức là 74,20C. Bước4. Củng cố: Phải làm rỏ được bản chất của vấn đề là muốn cho nút bật ra thì áp suất của khí trong bình phải lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực masát tác dụng lên nút. Bài3: Van an toàn của một nồi áp suất sẽ mở khi áp suất trong nồi 9 atm. ở 0 20 C, hơi trong nồi áp suất 1,5 atm. Hỏi ở nhiệt độ nào thì van an toàn sẽ mở? Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: t1=200C, p1=1,5 atm, p2=9 atm Đại lượng cần tìm: t2=? Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Lượng khí trong nồi áp suất khi van chưa mở có thể tích không đổi nên đây là quá trình đẳng tích. Trạng thái đầu có: T1=273+t1=293k, p1=1,5 atm Trạng thái cuối có: T2=273+t2, p1=9 atm áp dụng định luật Sác-Lơ để tìm t2 Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng định luật Sác-Lơ: P2 P = 1 T2 T1 Suy ra:
P2 9 T2 = T1 = 293 = 1758k P1 1,5 Vậy nhiệt độ của khí là 1758k hay 14850C Bước4. Củng cố: Nồi áp suất có tác dụng làm tăng nhiệt sôi của chất lỏng. iii. Bài tập định luật gay-luy-xác: A. Kiến thức cơ bản : 1. Quá trình đẳng áp: Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp. 2.Định luật gay-luy-xác: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. V V1 V2 =hằng số hay = T T1 T2 V P1 P2>P1 3. Đường đẳng áp: P2 Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. O T(k) B. bài tập mẫu: Bài1: Một lượng khí đựng trong một xi lanh được đậy kín bởi một pittông, pittông chuyển động tự do được. Lúc đầu lượng khí có nhiệt độ là 200C thì đo được thể tích khí là 12 lít. Đưa xi lanh đến nơi có nhiệt độ là 700C, khí nở ra đẩy pittông đi lên. Thể tích của lương khí trong xi lanh lúc đó là bao nhiêu? Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: t1=200C ; V1=12lit; t2=700C Đại lượng cần tìm: V2 Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Vì lương khí được đậy kín bởi xilanh tự do dịch chuyển nên khi nhiệt độ tăng lên thì pittông đi lên và ở vị trí cân bằng mới nên áp suất khí trong bình vẫn không đổi. Ta áp dụng định luật Gay-Luy-Xác để tìm V2.
Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng định luật Gay-Luy-Xác: V1 V2 = T1 T2 T2 273 + 70 343 Suy ra: V2 = V1 = 12 = 12 = 14 (lit) T1 273 + 20 293 Vậy thể tích của khí trong xi lanh lúc đó là 14 lit Bước4. Củng cố: Trong bài toán này chúng ta nhận biết được ban đầu khí trong xinh lanh có một áp suất xác định bằng áp suất khí quyển cộng với áp suất do do pittông có trọng lượng gây ra. Khi tăng nhiệt độ thì khí giản nở đây pitông đi lên, vì pittông tự do chuyển động nên nó phải đi đến vị trí sao cho áp suất trong bình vẫn bằng áp suất khí quyển cộng với áp suất do do pittông có trọng lượng gây ra. iv. Bài tập phương trình trạng thái của khí lý tưởng: A. Kiến thức cơ bản : 1. Các thông số trạng thái: Một lượng khí đã cho ở trạng thái cân bằng có áp suất P, thể tích V và nhiệt độ T xác định. P,V,T gọi là các thông số trạng thái của lượng khí. 2. Phương trình trạng thái: Một lượng khí xác định khi biến đổi trạng thái thì các thông số có mối quan hệ sau: pV = hằng số T hằng số phụ thuộc vào lượng khí. B. bài tập mẫu: Bài1: Nén 10 lít khí ở nhiệt độ 270C để cho thể tích của nó chỉ còn là 4 lit ở nhiệt độ 600C. áp suất khí tăng lên bao nhiêu lần? Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: t1=270C ; V1=10lit; t2=600C; V2=4lit P2 Đại lượng cần tìm: P1 Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Trạng thái đầu: V1=10lit, T1=273+27=300k, P1
Trạng thái cuối: V1=4lit, T1=273+60=333k, P2 Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng phương trình trạng thái: PV1 PV2 1 = 2 T1 T2 Suy ra: p2 V1T2 = = 2, 775 » 2,8 P V2T1 1 Vậy áp suất của khí tăng lên 2,8 lần. Bước4. Củng cố: Khi vận dụng phương trình trạng thái, các đại lượng p và V có thể tính ra đơn vị bất kì, miễn là giá trị áp suất p1 và p2 hoặc giá tri thể tích V1 và V2 đều tính theo cùng một đơn vị; nhiệt độ phải tính theo đơn vị nhiệt giai tuyệt đôi( nhiệt giai kenvin). Bài2: Trong một xi lanh đặt thẳng đứng tiết diện S=100cm3 được đậy bằng pittông cách đáy xi lanh h=0,4m, có chứa mmột lượng không khí ở nhiệt độ t1=270C. Đặt lên mặt pittông vật nặng khối lượng 50kg thì thấy pittông đi xuống một đoạn 8cm rồi dừng lại. Tính nhiệt độ không khí trong xi lanh khi đó. Cho biết áp suất khí quyển là p0=105 N/m2 . Bỏ qua ma sát và khối lượng pittông, lấy g=10m/s2. Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: S=100cm3 ; h=0,4m; t1=270C; m=50kg p0=105 N/m2 ; d=8cm. Đại lượng cần tìm: t2=? Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Ban đầu khi pittông nằm cân bằng, áp suất của không kí trong xi lanh khí quyển bằng nhau: p1=p0 Khi đặt vật nặng lên pittông, pittông đi xuống rồi dừng lại, khi đó pitiông nằm cần bằng ở vị trí mới và áp lực nên: mg p2 = p0 + S Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng phương trình trạng thái:
PV1 PV2 1 = 2 trong đó V1=S.h ; V2=S(h-d) T1 T2 Suy ra: mg ( p0 + )(h - d ) p2V2 S T2 = T1 = T1 p1V1 p0 h Thay số ta tìm được nhiệt độ không khí trong xi lanh: T2=360k hay t2=870C v. Bài tập cla-pê-rôn – men-đê-lê-ép: A. Kiến thức cơ bản : Với một lượng khí có khối lượng m, khối lượng mol của khí là m thì ba thông số trạng thái p, V, T tuân theo phương trình m pV = RT m gọi là phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep. m Tỷ số chính là số mol của lượng khí. Khi vận dụng phương Cla-pê- m rôn – Men-đen- lê-ep trong hệ đơn vị SI: đơn vị áo suất p là Pa, đơn vị thể tích là m3, đơn vị nhiệt độ T là nhiệt độ tuyệt đối k(Ken-vin), đơn vị khối lượng có thể lấy tuỳ ý nhưng thống nhất cho cả m và m . Khi đó thì hằng số chất khí R có giá trị là R=8,31J/mol.K. B. bài tập mẫu: Bài1: Một bình vỏ bằng thép, đựng khí ở áp suất 50,4 atm, nhiệt độ 270C. Dung tích của chai là 50 lit. a) Tính số mol khí trong chai. b) Nếu khí là ôxi có khối lượng mol là 32g/mol thì khố lượng khí trong chai là bao nhiêu? Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: p=50,4 atm=50,4.1,013.105=5,106.106Pa V=50 lit=0,05 m3 T=27+273=300k Đại lượng cần tìm: số mol, khối lượng m Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải:
Bài toán chỉ cho các thông số trạng thái bắt tìm số mol nên chúng ta vận dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep. Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep. pV = n RT pV 5,106.106.0, 05 Suy ra n= = = 102, 4 RT 8,31.300 Khối lượng khí m = nm = 102, 4.32 = 3277 g = 3, 277 kg Bước4. Củng cố: Trong bài toán này chúng ta dể nhầm lẫn khi tính số mol thì lấy thể tích chia cho 22,4. Tức là ta nhầm lẫn ở chổ cứ hiểu mổi mol khí đều có thể tích là 22,4 lít. ở điều kiện tiêu chuẩn 1tam, Ok thì 1mol khí có thể tích là 22,4, chúng ta có thể sử dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep để kiểm chứng điều này. Bài2: Một bình chứa hỗn hợp của hai khí ôxi và heli có dung tích 26,6 lit; áp suất 200kPa và nhiệt độ 70C. khối lượng của hỗ nợp là 45g. Tính khối lượng của từng khí trong hỗn hợp. Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: p=200kPa=2.105Pa; V=26,6lit=0,0266m3; T=280k Khối lượng hỗn hợp: m=mO+mHe=45g Khối lượng mol: mO =32g/mol; m He =4g/mol Đại lượng cần tìm: Khối lượng: mO và mHe Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Muốn tìm khối lượng của từng khí thì ta đi tìm số mol của từng khí, nhưng từ phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep thì suy ra được tổng số mol của hai khí, đây là phương trình chứa hai ẩn, để giải được ta áp dụng dự kiện thứ hai là tổng khối lượng của hai khí. Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: Trước hết áp dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep, tính số mol hỗn hợp n .
pV 2.105.0,0266 n= = = 2, 286 mol RT 8,31.280 mo m Số n là tổn số mol của ôxi n o = và số mol của heli n He = He mo m He mo mo m m Như vậy: + = n Þ o + He = 2, 286 (1) mo mo 32 4 Ngoài ra, còn có: mO+mHe=45g (2) Kết hợp (1) và (2) giải hệ ta được: mO =40,98g mHe=4,02g Bước4. Củng cố: Khi vận dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep luôn chú ý đến đơn vị của các đại lượng đặc biệt là hằng số chất khí, có nhiều tài liệu khác nhau chọn các giá trị khác nhau. Khi đơn vị áp suất p là Pa, đơn vị thể tích là m3, đơn vị nhiệt độ T là nhiệt độ tuyệt đối k(Ken-vin), đơn vị khối lượng có thể lấy tuỳ ý nhưng thống nhất cho cả m và m . Khi đó thì hằng số chất khí R có giá trị là R=8,31J/mol.K. P Bài2: 2 Có 20g heli chứa trong xilanh có P2 pittông dịch chuyển rất chậm từ trạng thái 1 có thể tích V1=32 lit và áp suất 1 p1=4,1 atm tới trạng thái 2 có thể tích P1 V2=9 lit và áp suất p2=15,5 atm.Nhiệt độ O lớn nhất mà khối khí có được là bao V2 V1 V nhiêu nếu đường biểu diễn quá trình biến đổi từ trạng thái từ 1 sang 2 như hình vẽ. Bước1. Tóm tắt đề: Đại lượng đã biết: V1=32 lit, p1=4,1 atm, V2=9 lit p2=15,5 atm. m=20g, m = 4 Đại lượng cần tìm: Tmax=? Bước2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Trong toạ độ p-V đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích là đoạn thẳng không phải là đường hypebol nên đây không phải là qua trình đẳng nhiệt mà là quá trình biến đổi trạng thái có biến đổi nhiệt độ.
Vì đường 1-2 là đường thẳng nên sự phụ thuộc của p theo V có thể viết: p= aV+b (1) áp dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep: pV = n RT (2) Từ hai phương trình (1) và (2) ta đi tìm sự phụ thuộc của T vào p hoặc V ta sẽ tìm được Tmax. Bước3. Thực hiện kế hoạch giải: Vì đường 1-2 là đường thẳng nên sự phụ thuộc của p theo V có thể viết: p= aV+b Ta có: p1= aV1+b và p2= aV2+b. Thay số ta tìm được: a=-0,5; b=20 Suy ra: p=-0,5V+20 (3) áp dụng phương Cla-pê-rôn – Men-đen- lê-ep: pV = n RT m ÞT = pV (4) mR m m Thay (3) vào (4) ta được: T = pV = (-0.5V 2 + 20V ) (5) mR mR Từ (5) ta thấy T phụ thuộc vào hàm bậc 2 của V có hệ số a âm nên Tmax khi V=-b/2a=20 lit, khi đó p=-0,5.20 + 20=10 atm Thay các giá trị p=10 atm và v=20 lit vào (4) ta tìm được Tmax=490 Bước4. Củng cố: Chú ý khi thay các giá trị p=10 atm và v=20 lit vào (4) thì phai đôi đơn vi áp suất là Pa và thể tích là m3 ; còn R=8,31J/mol.K.
Kết luận - Là một đề tài dựa trên kinh nghiệm của bản thân và đồng nghiệp trong thực tế giãng dạy, dựa trên nghiên cứu lý luận dạy học vật lý và phương pháp giãng dạy bài tập vật lý để nâng cao nhận thức cho học sinh thông qua hệ thống bài tập chương “các định luật chất khí”. - Trong quá trình nghiên cứu tôi đã vận những cơ sở dạy học nêu vấn đề, quan điểm “ quá trình tư duy bắt đầu từ sự phân tích tình huống có vấn đề”, và quan điểm “ vùng phát triển gần nhất”…để nêu những ý kiến trong quá trình giãng dạy chương “các định luật bảo toàn”. - Trên cơ sỏ nghiên cứu nhiều tài liệu: sách giáo khoa, các sách bài tập …của chương “các định luật chất khí” đã chọn ra hệ thống bài tập của từng nội dung của chương. - Chúng tôi đã phân tích, đưa ra các câu hỏi định hướng và hướng dẫn học sinh giải. Ngày 8 tháng 5 năm 2009 Người làm Đào Ngọc Hào