Bài soạn môn Vật lý lớp 10 - Học kì II - Chương VI: Cơ sở của nhiệt động lực học

Chương VI. CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Ngày soạn: 10.2.2011 Tiết 54 : NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Phát biểu được định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. - Chứng minh được nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích. - Nêu được các vd cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. 2. Kỹ năng - Giải thích một cách định tính một số hiện tượng đơn giản về thay đổi nội năng. - Vận dụng được công thức tính nhiệt lượng để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tương tự. II. CHUẨN BỊ Giáo viên : Thí nghiệm ở hình 32.1a và 32.1c SGK. Nội dung I. Nội năng. 1. Nội năng là gì ? Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật : U = f(T, V) 2. Độ biến thiên nội năng. Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội năng DU của vật, nghĩa là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình. II. Các cách làm thay đổi nội năng. 1. Thực hiện công. Khi thực hiện công lên hệ hoặc cho hệ thức hiện công thì có thể làm thay đổi nội năng của hệ. Trong quá trình thực hiện công thì có sự biến đổi qua lại giữa nội năng và dạng năng lượng khác. 2. Truyền nhiệt. a) Quá trình truyền nhiệt. Khi cho một hệ tiếp xúc với một vật khác hoặc một hệ khác mà nhiệt độ của chúng khác nhau thì nhiệt độ hệ thay đổi và nội năng của hệ thay đổi. Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt. Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác mà chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. b) Nhiệt lượng. Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng. DU = Q Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức : Q = mcDt Học sinh : Ôn lại các bài 22, 23, 24, 25, 26 trong SGK vật lí 8. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Giới thiệu chương : Nhiệt động lực học nghiên cứu các hiện tượng nhiệt về mặt năng lượng và biến đổi năng lượng : + Nội năng và sự biến đổi nội năng. + Nguyên lí I nhiệt động lực học. + Nguyên lí II nhiệt động lực học. Hoạt động 2 (10 phút) : Tìm hiểu về nội năng và sự biến đổi nội năng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giới thiệu khái niệm nội năng. Yêu cầu học sinh trả lời C1. Yêu cầu học sinh trả lời C2. Giới thiệu độ biến thiên nội năng. Yêu cầu học sinh cho biết khi nào thì nội năng của vật biến thiên. Ghi nhận khái niệm. Trả lời C1. Trả lời C2. Ghi nhận độ biến thiên nội năng. Thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi. Hoạt động 3 (20 phút) : Tìm hiểu các cách làm thay dổi nội năng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh nêu các cách làm biến đổi nội năng. Giới thiệu sự thực hiện công để làm biến đổi nội năng và đặc điểm của sự thực hiện công. Yêu cầu học sinh mô tả quá trình truyền nhiệt. Yêu cầu học sinh trả lời C3. Yêu cầu học sinh trả lời C4. Nêu cách làm biến đổi nội năng bằng quá trình truyền nhiệt và đặc điểm của nó. Nêu định nghĩa và kí hiệu nhiệt lượng. Yêu cầu học sinh nhắc lại công thức tính nhiệt lượng đã học ở THCS. Thảo luận nhóm để tìm ra các cách làm biến đổi nội năng. Ghi nhận sự thực hiện công và đặc điểm của nó. Mô tả quá trình truyền nhiệt. Trả lời C3. Trả lời C4. Ghi nhận quá trình truyền nhiệt và đặc điểm của nó. Ghi nhận khái niệm. Nêu công thức thính nhiệt lượng và giải thích các đại lượng trong công thức đó. Hoạt động 4 (10 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài. Yêu cầu học sinh về nhà trả lời các câu hỏi và làm các bài tập trang 173. Cho học sinh đọc tại lớp phần : Em có biết. Tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài. Ghi các bài tập về nhà. Đọc phần : Hiệu ứng nhà kính. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ngày soạn: 11.2.2011 Tiết 55 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Phát biểu và viết được công thức của nguyên 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. Kỹ năng - Vận dụng được nguyên lí thứ hai của NĐLH vào các đẳng quá trình của khí lí tưởng để viết 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 ra trong bài học và các bài tập tương tự. - Nêu được vd về quá trình không thuận nghịch. II. CHUẨN BỊ Giáo viên : Tranh mô tả chất khí thực hiện công. Nội dung ghi bảng I. Nguyên lí I nhiệt động lực học. 1. Phát biểu nguyên lí. Độ biến thiên nọi năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. DU = A + Q Qui ước dấu : DU> 0: nội năng tăng; DU< 0: nội năng giảm. A> 0: hệ nhận công; A< 0: hệ thực hiện công. Q> 0: hệ nhận nhiệt; Q< 0: hệ truyền nhiệt. 2. Vận dụng. Xét một khối khí lí tưởng chuyển từ trạng thái 1 (p1, v1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2): + Với quá trình đẵng nhiệt (Q = 0), ta có : DU = A Độ biến thiên nội năng bằng công mà hệ nhận được. Quá trình đẵng nhiệt là quá trình thực hiện công. + Với quá trình đẵng áp (A ¹ 0; Q ¹ 0), ta có: DU = A + Q Độ biến thiên nội năng bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được. + Với quá trình đẵng tích (A = 0), ta có : DU = Q Độ biến thiên nội năng bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được. Quá trình đẵng tích là quá trình tuyền nhiệt. Học sinh : Ôn lại bài “Sự bão toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt” (bài 27,vật lí 8). III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ : Nội năng của một vật hoặc một hệ là gì ? Nêu các cách làm biến đổi nội năng. Các cách này giống và khác nhau ở những điểm nào ? Hoạt động 2 (25 phút) : Tìm hiểu nguyên lí I nhiệt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu và phân tích nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu và phân tích qui ước dấu của A và Q trong biểu thức nguyên lí I. Yêu cầu học sinh trả lời C1. Yêu cầu học sinh trả lời C2. Cho học sinh đọc bài toán thí dụ. Hướng dẫn cho học sinh giải bài toán. Hướng dẫn học sinh thảo luận nhóm để rút ra đặc điểm của các đẵng quá trình. Ghi nhận nguyên lí. Ghi nhận qui ước dấu trong biểu thức của nguyên lí I. Trả lời C1. Trả lời C2. Đọc bài toán. Giải bài toán. Thảo luận nhóm để tìm đặc điểm của quá trình đẵng nhiệt. Thảo luận nhóm để tìm đặc điểm của quá trình đẵng áp. Thảo luận nhóm để tìm đặc điểm của quá trình đẵng tích. Hoạt động 3 (15 phút) : Vận dụng, củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản của bài. Hướng dẫn để học sinh giải bài tập ví dụ sgk. Yêu cầu học sinh giải các bài tập 4, 5 trang 180. Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập còn lại. Tóm tắt những kiến thức cơ bản trong bài. Giải bài tập thí dụ. Giải các bài tập 4, 5 trang 180. Ghi các bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ngày soạn: 11.2.2011 Tiết 56: CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Phát biểu và viết được công thức của nguyên 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. Kỹ năng - Vận dụng được nguyên lí thứ hai của NĐLH vào các đẳng quá trình của khí lí tưởng để viết 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 ra trong bài học và các bài tập tương tự. - Nêu được vd về quá trình không thuận nghịch. II. CHUẨN BỊ Giáo viên : Tranh mô tả chất khí thực hiện công. II. Nguyên lí II nhiệt động lực học. 1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch. a) Quá trình thuận nghịch. Quá trình thuận nghịch là quá trình vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác. b) Quá trình không thuận nghịch. Quá trình không thuận nghịch là quá trình chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại. Muốn xảy ra theo chiều ngược lại phải cần đến sự can thiệp của vật khác. 2. Nguyên lí II nhiệt dộng lực học. a) Cách phát biểu của Clau-di-út. Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn. b) Cách phát biểu của Các-nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. 3. Vận dụng. Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỉ thuật. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt : Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là : + Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1). + Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động. + Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2). Hiệu suất của động cơ nhiệt : H = < 1 Học sinh : Ôn lại bài “Sự bão toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt” (bài 27,vật lí 8). III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ : Phát biểu nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu các quy ước dấu cho các đại lượng trong biểu thức của nguyên lí. Hoạt động 2 (35 phút) : Tìm hiểu nguyên lí II nhiệt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Mô tả thí nghiện hình 33.3. Yêu cầu học sinh cho biết thế nào là quá trình thuận nghịch. Cho ví dụ về quá trình không thuận nghịch. Yêu cầu học sinh cho biết thế nào là quá trình không thuận nghịch. Giới thiệu và phân tích cách phát biểu của Clau-di-út. Giới thiệu và phân tích cách phát biểu của Các-nô. Vẽ hình 33.4. Yêu cầu học sinh đọc sách giáo khoa để nêu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. Nêu và phân tích công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt. Đọc sách giáo khoa. Nêu quá trình thuận nghịch. Đọc sách giáo khoa. Qua các ví dụ, cho biết thế nào là quá trình không thuận nghịch. Ghi nhận nguyên lí II theo Clau-di-út. Trả lời C3. Ghi nhận nguyên lí II theo Các-nô. Trả lời C4 Đọc sách giáo khoa. Giải thích nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. Ghi nhận hiệu suất của động cơ nhiệt. Giải thích vì sao hiệu suất của động có nhiệt luôn nhỏ hơn 1. Hoạt động 4 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản của bài. Yêu cầu học sinh giải các bài tập từ 33.2 đến 33.5 và 33.7 đến 33.9. Tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài. Ghi các bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ngày soạn 12.2.2011 Tiết 57 : BÀI TẬP I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nội năng và sự biến đổi nội năng. Sự thực hiện công và truyền nhiệt. - Các nguyên lí I và II nhiệt động lực học. 2. Kỹ năng - Trả lời được các câu hỏi trắc nghiệm có liên quan đến những kiến thức nêu trên. - Giải được các bài tập liên quan đến sự truyền nhiệt và nguyên lí I. II. CHUẨN BỊ Giáo viên : - Xem lại các câu hỏi và các bài tập trong sách gk và trong sách bài tập. - Chuẩn bị thêm một vài câu hỏi và bài tập khác. Học sinh : - Trả lời các câu hỏi và giải các bài tập mà thầy cô đã ra về nhà. - Chuẩn bị các câu hỏi cần hỏi thầy cô về những phần chưa rỏ. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động1 (10 phút) : Kiểm tra bài cũ và hệ thống hoá lại những kiến thứcđã học. + Nội năng và các cách làm biến đổi nội năng. + Nguyên lí I nhiệt động lực học : DU = A + Q. Qui ước dấu. Hoạt động 2 (15 phút) : Giải các câu hỏi trắc nghiệm. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn B. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn C. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn B. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn D. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn A. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn C. Yêu cầu hs trả lời tại sao chọn D. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Câu 4 trang 173 : B Câu 5 trang 173 : C Câu 6 trang 173 : B Câu 33.2 : D Câu 33.3 : A Câu 33.4 : C Câu 33.5 : D Hoạt động 3 (20 phút) : Giải các bài tập. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Cho học sinh đọc bài toán. Yêu cầu học sinh xác định các vật nào toả nhiệt, các vật nào thu nhiệt. Hướng dẫn học sinh lập phương trình để giải bài toán. Cho học sinh đọc bài toán. Hướng dẫn để học sinh tính độ biến thiên nội năng của khối khí Cho học sinh đọc bài toán. Hướng dẫn để học sinh tính độ biến thiên nội năng của khối khí. Đọc bài toán. Xác dịnh vật toả nhiệt, vật thu nhiệt. Lập phương trình và giải. Xác định công khối khí thực hiện được. Xác định độ biến thiên nội năng Xác định độ lớn công khối khí thực hiện được. Viết biểu thức nguyên lí I và xác định độ biến thiên nội năng. Bài 7 trang173 Khi có sự cân bằng nhiệt, nhiệt lượng mà miếng sắt toả ra bằng nhiệt lượng bình nhôm và nước thu vào. Do đó ta có : cs.ms(t2 – t) = cN.mN(t – t1) + cn.mn(t – t1) => t = = 25oC Bài 8 trang 180 Độ biến thiên nội năng của khí : DU = A + Q = - p. DV + Q - 8.106.0,5 + 6.106 = 2.106 (J) Bài 33.9 Độ lớn của công chất khí thực hiện được để thắng lực ma sát : A = F.l Vì khí nhận nhiệt lượng và thực hiện công nên : DU = A + Q = - F.l + Q = -20.0,05 + 1,5 = 0,5 (J) IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY