Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu và viết được công thức của nhuyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH. 2. Kĩ năng: - Vận dụng được nguyên lí thứ nhất của NĐLH vào các đẳng quá trình của khí lí tưởng và nêu ý nghĩa vật lí của biểu thức của nguyên lí này cho từng quá trình. - Vận dụng được nguyên lí thứ nhất của NĐLH để giải các bài tập đơn giản. - Nêu được ví dụ quá trình không thuận nghịch. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Tranh mô tả khí thực hiện công. 2. Học sinh: Ôn lại sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 56 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu nguyên lí 1 của NĐLH (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Nguyên lí thứ nhất là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. - Nội năng của một vật có thể thay đổi bằng những cách nào? - Nếu vật nhận đồng thời được công và nhiệt từ các vật khác thì nội năng của vật sẽ như thế nào? - Độ biến thiên nội năng này bằng bao nhiêu? - Ghi nhận. - Thực hiện công và truyền nhiệt. - Nội năng của vật sẽ biến thiên. - Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng thì nội năng của vật biến thiên một lượng bằng tổng công và nhiệt mà vật nhật được từ các vật khác. I. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học 1. Phát biểu nguyên lí: - Phát biểu: Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. - Biểu thức: DU = Q + A * Qui ước về dấu của nhiệt lượng, công và độ biến thiên nội năng. Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng của vật khác. Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng cho các vật khác. A > 0: Vật nhận công. A < 0: Vật sinh công. DU > 0: Nội năng tăng. DU < 0: Nội năng giảm. 2. Hoạt động 2: Áp dụng nguyên lí 1 của NĐLH cho cácquá trình biến đổi trạng thái của chất khí. (25 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xét một xilanh dưới một pittông có diện tích S có một lượng khí không đổi. Nung nóng cho chất khí dãn nở đẩy pitông một đoạn Dh. Vậy lực F của chất khí tác dụng lên pittông thực hiện được công A bằng: A = F. Dh = p.SDh = p. DV. - Hãy áp dụng vào quá trình đẳng tích để viết biểu thức nguyên lí thứ nhất cho quá trình này? - Hãy áp dụng vào quá trình đẳng áp để viết biểu thức nguyên lí thứ nhất cho quá trình này? - Hãy áp dụng vào quá trình đẳng nhiệt để viết biểu thức nguyên lí thứ nhất cho quá trình này? - Ghi nhận. - Trong quá trình đẳng tích: V1 = V2 ® DV = 0. Biểu thức nguyên lí thứ nhất: DU = Q - Trong quá trình đẳng áp: p = hằng số, DV ¹ 0 nên A = pDV. Biểu thức nguyên lí thứ nhất: DU = Q + A - Trong quá trình đẳng nhiệt thì DU = 0. Biểu thức của nguyên lí thứ nhất: Q + A = 0 2. Vận dụng: Công của chất khí dãn nở khi áp suất không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể có độ lớn bằng tích của áp suất chất khí và độ biến thiên thể tích: A = pDV a. Quá trình đẳng tích: - Trong quá trình đẳng tích: V1 = V2 ® DV = 0. Nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội năng của khí. - Biểu thức nguyên lí thứ nhất: DU = Q b. Quá trình đẳng áp: - Trong quá trình đẳng áp: p = hằng số, DV ¹ 0 nên A = pDV. Một phần nhiệt lượng mà khí nhận được dùng để làm tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí sinh ra. - Biểu thức nguyên lí thứ nhất: DU = Q + A c. Quá trình đẳng nhiệt: - Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết thành công mà khí sinh ra. Nội năng của khí không đổi (DU = 0) - Biểu thức của nguyên lí thứ nhất: Q + A = 0 3. Hoạt động 3: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Làm bài tập 6 SGK – trang 180? 2. Làm bài tập 7 SGK – trang 180? 3. Về nhà soạn tiếp đến hết bài. 1. Bài tập 6 SGK – trang 180 - Theo nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học: DU = Q + A - Với A = 100J; Q = -20J ® DU = -20 + 100 = 80J 2. Bài tập 7 SGK – trang 180 - Theo nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học: DU = Q + A - Với A = -70J; Q = 100J ® DU = 100 - 70 = 30J 3. Ghi nhận vào vở soạn. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (tiếp theo) Tiết 57 1. Hoạt động 1: Nhận biết quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xem hình 33.3 hãy cho biết quá trình chuyển động của con lắc? - Hãy nêu rõ quá trình này? - Con lắc có quay trở về vị trí ban đầu không? - Quá trình trong đó vật (hay hệ vật) có thể tự quay về trạng thái ban đầu mà không cần sự can thiệp của các vật khác gọi là quá trình thuận nghịch. - Một ấm nước nóng đặt ngoài không khí sẽ trở thành trạng thái gì? - Nước nóng tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần. - Nuớc có thể lấy lại nhiệt đã truyền cho không khí không? - Vậy nhiệt chỉ có thể truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn, nhưng không thể truyền từ theo chiều ngược lại. - Muốn thực hiện được quá trình ngược lại ta phải cần một máy làm lạnh, nghĩa là phải cần đến sự can thiệp của vật khác. - Nếu không có lực cản của không khí thì con lắc sẽ dao động quanh vị trí thấp nhất. - Con lắc bắt đầu dao động qua A đến B rồi lại về A. - Con lắc tự trở về vị trí ban đầu. - Ghi nhận. - Ấm nước sẽ chuyển sang trạng thái nguội. - Không. - Ghi nhận. II. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học 1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch: - Quá trình thuận nghịch là quá trình trong đó vật (hay hệ vật) có thể tự quay về trạng thái ban đầu mà không cần sự can thiệp của các vật khác. - Quá trình không thuận nghịch là quá trình trong đó vật hay hệ vật không tự quay về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của các vật khác. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu nguyên lí II của NĐLH (25 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Phát biểu theo SGK. - Học sinh phát biểu. 2. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học: a. Cách phát biểu của Claudiut: Nhiệt không thể truyền từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn. b. Cách phát biểu của Cácnô: Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng thành công cơ học. 3. Hoạt động 3: Tìm hiểu về động cơ nhiệt (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Có thể dùng nguyên lí thứ hai để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thật. Chẳng hạn có thể giải thích hoạt động của động cơ nhiệt. - Động cơ nhiệt được cấu tạo mấy bộ phận? - Động cơ nhiệt có chuyển hóa hoàn toàn nhiệt lượng nhận được thành công cơ học không? - Để nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt ta làm thế nào? - Ghi nhận. - Ba bộ phận: Nguồn nóng, nguồn lạnh, bộ phận phát động. - Động cơ nhiệt không thể chuyển nhiệt lượng hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. - Muốn nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt phải nâng cao nhiệt độ T1 của nguồn nóng và hạ thấp nhiệt độ T2 của nguồn lạnh. 3. Vận dụng: - Mỗi động cơ nhiệt được cấu tạo gồm ba phần cơ bản: + Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tăng nhiệt độ. + Bộ phận phát động trong đó là tác nhân giãn nở sinh công. + Nguồn lạnh để nhận nhiệt lượng do tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ. - Động cơ nhiệt không thể chuyển nhiệt lượng hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Khi động cơ nhiệt hoạt động, một phần nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh. Nhiệt lượng nhận được từ nguồn nóng bằng tổng nhiệt lượng chuyển hóa thành công và nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh. - Hiệu suất động cơ nhiệt: H = =luôn nhỏ hơn 1. - Muốn nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt phải nâng cao nhiệt độ T1 của nguồn nóng và hạ thấp nhiệt độ T2 của nguồn lạnh. 4. Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Làm các bài tập 3, 4, 5 SGK – trang 180. 2. Về nhà làm các bài tập 32.9 SBT – trang 76. 1. Học sinh làm vào vở bài tập. 2. Ghi nhận vào vở bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: