Bài soạn Vật lý lớp 10 - Chương VI: Chất khí

Phần hai . Nhiệt học Chương VI. chất khí Bài 44 Thuyết động học phân tử chất khí Cấu tạo chất I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Có khái niệm về lượng chất ; hiểu rõ ràng và chính xác khái niệm mol, và khái niệm về số A-vô-ga-đrô. – Có thể tính toán tìm ra một số hệ quả trực tiếp. – Nắm được thuyết động học phân tử về chất khí và một phần về chất lỏng và chất rắn. 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. – Vận dụng kiến thức về thuyết động học phân tử chất khí và cấu tạo chất để giải các bài tập vật lí đơn giản. II – Chuẩn bị Học sinh – ôn lại những kiến thức đã học về cấu tạo chất ở lớp 8. 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 Chân không Clo – Khí Clo sẽ bay sang bình chân không. – Hiện tượng sẽ không xảy ra nữa. Cá nhân nhận thức được vấn đề cần nghiên cứu. – Hiện tượng gì xảy ra nếu mở van trên ống thông giữa hai bình ? – Hiện tượng có xảy ra như thế nữa không nếu thay bình chứa khí Clo bằng bình chứa chất lỏng hoặc rắn ? – Vậy chất khí có tính chất và cấu trúc như thế nào ? Tính chất và cấu trúc của chất khí khác với chất rắn và chất lỏng ở điểm nào ? Hoạt động 2. Nghiên cứu tính chất và cấu trúc của chất khí – Hình dáng và thể tích của chất khí là hình dáng và thể tích của bình chứa nó. – Qua ví dụ trên, hãy cho biết hình dáng và thể tích của chất khí ? Thông báo : Tính chất đó thể hiện tính bành trướng của chất khí : Chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa. – Thể tích của chất khí không giữ một giá trị cố định. Điều đó thể hiện qua thí nghiệm : – Thể tích giảm. – Chất khí được tạo thành từ các phân tử chất khí – Giữa các phân tử phải có một khoảng trống vì vậy khi chất khí chịu nén thì các khoảng trống giảm làm cho thể tích khí giảm đáng kể. – Thể tích của lượng chất khí chứa trong xilanh thay đổi thế nào nếu dùng tay ấn pit-tông xuống ? Thông báo : Chứng tỏ chất khí có tính chịu nén : khi tăng áp suất tác dụng lên một lượng khí thì thể tích của nó giảm đáng kể. – Vậy chất khí có cấu trúc như thế nào mà khi tăng áp suất tác dụng lên một lượng khí thì thể tích của nó giảm đáng kể ? Và tại sao chất khí lại có tính bành trướng ? Định hướng của GV : – Chúng ta đã học ở lớp 8 về cấu tạo của các chất, hãy cho biết các chất cấu tạo như thế nào ? – Các phân tử được xắp xếp thế nào? – Thể tích của khối khí phụ thuộc thế nào vào khoảng cách giữa các phân tử đó ? Cá nhân tiếp thu thông báo. – Giải thích thế nào về tính bành trướng của chất khí? Thông báo : Để giải thích điều này các nhà bác học đã làm thí nghiệm : Quan sát qua kính hiển vi những hạt nhỏ lơ lửng trong không khí (ví dụ khói thuốc lá) người ta thấy chúng chuyển động hỗn loạn, đó là chuyển động Brao-nơ trong không khí. Chuyển động này được tạo nên do va chạm của phân tử khí lên hạt. Hạt chuyển động hỗn loạn cho thấy rằng phân tử khí cũng chuyển động hỗn loạn. Nhiều thí nghiệm và phép đo dẫn đến những kết luận rõ hơn nữa. Các nhà khoa học đã tóm tắt và phát biểu thành thuyết động học phân tử. Hoạt động 3. Tìm hiểu nội dung thuyết động học phân tử chất khí GV thông báo nội dung thuyết động học phân tử chất khí. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Tóm lại, có thể coi gần đúng: phân tử của chất khí là những chất điểm, chuyển động hỗn loạn không ngừng, chỉ tương tác với nhau khi va chạm; chất khí như vậy gọi là khí lí tưởng (theo quan điểm cấu trúc vi mô). Hoạt động 4. Vận dụng thuyết động học phân tử vào chất khí và vào chất rắn, chất lỏng – ở thể khí, trong phần lớn thời gian các phân tử ở xa nhau, phân tử chuyển động hỗn loạn về mọi phía, do đó chất khí chiếm toàn bộ thể tích bình chứa, không có hình dáng và thể tích nhất định. – Vận dụng cho các thể khác nhau của vật chất, thuyết động học phân tử vẫn thừa nhận vật chất được cấu tạo từ những phân tử (hoặc nguyên tử) chuyển động nhiệt không ngừng, và còn khảo sát thêm tác động của lực tương tác phân tử. – Hãy vận dụng thuyết động học phân tử để giải thích tính bành trướng của chất khí ? Bổ xung thêm : ở thể khí, trong phần lớn thời gian các phân tử ở xa nhau, khi đó lực tương tác giữa các phân tử rất yếu. – ở thể rắn và thể lỏng, mỗi phân tử luôn luôn có những phân tử khác ở gần, các phân tử được sắp xếp với một trật tự nhất định có liên kết mạnh giữa hai phân tử lân cận. Vì hai lẽ đó nên lực tương tác giữa một phân tử và các phân tử lân cận là mạnh, giữ cho phân tử ấy không đi xa mà chỉ dao động quanh một vị trí cân bằng. Kết quả là chất rắn và chất lỏng có thể tích xác định. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Giải thích thế nào về tính chất có thể tích xác định của chất rắn và lỏng ? GV có thể bổ xung thêm: chất lỏng tuy có thể tích xác định, nhưng hình dạng lại không xác định vì : ở thể rắn, các vị trí cân bằng của phân tử là cố định, nên mỗi vật rắn có hình dạng xác định. ở thể lỏng, vị trí cân bằng của phân tử có thể dời chỗ sau khoảng thời gian trung bình vào khoảng 1011s. Vì sự dời chỗ của các vị trí cân bằng nên chất lỏng không có hình dạng xác định mà có thể chảy và có hình dạng của phần bình chứa nó. Hoạt động 5. Ôn lại khái niệm lượng chất và mol Có NA = 6,02.1023 mol–1 gọi là số A-vô-ga-đrô. – Trong 12g nguyên tử các cacbon 12 có bao nhiêu nguyên tử cacbon 12 ? Thông báo : Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số phân tử hay nguyên tử chứa trong vật chất ấy. Người ta định nghĩa mol, đơn vị lượng chất của một chất bất òi như sau : 1 mol là lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng số nguyên tử chứa trong 12g cacbon 12. Thường được kí hiệu bằng chữ Hy Lạp m (đọc là muy). – Khối lượng mol của một chất được đo bằng khối lượng của một mol chất ấy. số mol n (đọc là nuy) chứa trong khối lượng m của một chất. số phân tử (hay nguyên tử) N có trong khối lượng m của một chất : – Khối lượng mol được xác định như thế nào ? Thông báo : Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của 1 mol chất ấy. ở điều kiện chuẩn (0oC và 1atm) thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4l/mol hay 0,0224 m3/mol. – Từ khối lượng mol và số A-vô-ga-đrô NA có thể suy ra khối lượng m0 của một phân tử hay nguyên tử của một chất như thế nào ? – Cách xác định số mol ? Hoạt động 6. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Trình bày thuyết động học phân tử ? – Giải thích tại sao chất khí có tính bành trướng còn chất rắn và lỏng thì không ? – Có mối quan hệ nào giữa nhiệt độ và chuyển động hỗn loạn của phân tử ? Bài tập về nhà : Làm các bài tập ở SGK. Bài 45 định luật bôi-lơ - ma-ri-ốt I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Từ đặt vấn đề của GV, HS đề xuất được dự đoán về mối quan hệ giữa thể tích và áp suất của lượng khí nhất định khi nhiệt độ không đổi. – Dưới sự định hướng của GV, HS đề xuất được phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán của mình. – Quan sát và theo dõi thí nghiệm, từ đó suy ra định luật Bôi-lơ – Ma- ri-ốt. – Biết vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất và nhiệt độ trên đồ thị. – Có thái độ khách quan khi theo dõi thí nghiệm. 2. Về kĩ năng – áp dụng định luật để làm một số bài tập đơn giản. Biết vận dụng định luật để giải thích hiện tượng khi bơm khí (ví dụ : bơm xe đạp). II – Chuẩn bị Giáo viên – Chuẩn bị bộ thí nghiệm Bôi-lơ–Ma-ri-ốt. – Một cái bơm xe đạp. 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 – Để thay đổi áp suất của khối khí ta kéo bơm lên hoặc ấn bơm xuống, khi đó thể tích thay đổi theo. Cá nhân nhận thức vấn đề cần nghiên cứu. – Nêu các tính chất của chất khí ? – Nhốt lượng khí vào một bơm xe đạp, một tay bịt vòi bơm. Để thay đổi áp suất của khối khí trong bơm ta phải làm thế nào ? Khi áp suất thay đổi thì thể tích của nó có thay đổi không ? Đặt vấn đề : Qua thí nghiệm trên ta thấy ở nhiệt độ nhất định khi thể tích của khối khí thay đổi thì áp suất thay đổi. Sự thay đổi đó có tuân theo một quy luật nào không? Nếu có thì biểu thức toán học nào môt tả quy luật ấy ? Hoạt động 2. Xây dựng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Dự kiến câu trả lời của HS : Phương án 1 : áp suất tăng tỉ lệ nghịch với thể tích : – Cần một bình kín để đựng một khối khí, để đo áp suất của khối khí cần có một áp kế. Thay đổi áp suất và đo thể tích tương ứng của khối khí đó. Dùng một cái bơm giống bơm xe đạp GV yêu cầu HV trao đổi và đưa ra dự đoán về sự thay đổi của thể tích khi áp suất thay đổi. – Sự thay đổi của thể tích khi áp suất thay đổi được thể hiện bằng biểu thức toán học như thế nào? Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra. – Thay đổi áp suất bằng cách nào ? Cá nhân tiếp thu. GV giới thiệu bộ thí nghiệm như hình vẽ. Thông báo : Khối khí chúng ta khảo sát được đựng trong bình B. Để đo áp suất của khối khí ta có áp kế được gắn ở đỉnh của bình. Để thay đổi áp suất của khối khí ta có máy bơm nối với bình A để thay đổi áp suất trong A qua đó thay đổi áp suất của khí trong B. Máy bơm A B – Đo chiều cao của cột khí, lấy chiều cao nhân với diện tích S của cột khí ta sẽ được thể tích của khối khí. HS chú ý quan sát để ghi lại kết quả thí nghiệm. – Để đo thể tích của khối khí ta phải làm thế nào ? GV tiến hành thí nghiệm. – Kết luận : Đúng với dự đoán là thể tích thay đổi tỉ lệ nghịch với áp suất với sai số khoảng 10%. ở nhiệt độ không đổi tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số : pV = const – Từ bảng kết quả thí nghiệm hãy tính sai số và rút ra kết luận ? Vậy gần đúng ta có thể kết luận : p1V1 = p2V2 = p3V3 = const Bằng các thí nghiệm tinh vi khẳng định kết quả như trên với độ chính xác cao hơn. Thông báo : Biểu thức trên chính là biểu thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt. – Phát biểu định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt. Hoạt động 3. Vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt a) V0 = 0,1 thể tích mol = 2,24l. Toạ độđiểm A : V0 = 2,24l ; p0 = 1 atm. b) Toạ độđiểm B : V1 = 1,12l ; p1 = 2 atm. GV phát phiếu học tập cho HS. Yêu cầu hoạt động cá nhân, sau đó trao đổi nhóm và đại diện nhóm lên báo cáo kết quả. A B O p0 V1 p (atm) V2 V(l) c) Theo định luật Bôi-lơ–Ma-ri-ốt pV = const = p0V0 = 2,24 l.atm, từ đó suy ra (p tính ra atm, V tính ra lít) – Đường biểu diễn quá trình nén đẳng nhiệt ở mục b là một cung hypebol AB. Hoạt động 4. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Phát biểu định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt – Làm câu 2 trong phiếu học tập ? – Làm bài tập 1, 2, 3, 4, SGK. Phiếu học tập Câu 1. Xét 0,1 mol khí điều kiện chuẩn : áp suất p0 = 1 atm = 1,013.105 Pa, nhiệt độ t0 = 0oC. a) Tính thể tích V0 của chất khí. Vẽ trên đồ thị p –V điểm A biểu diễn trạng thái nói trên. b) Nén khí và giữ nhiệt độ không đổi (nén đẳng nhiệt) cho đến khi thể tích của khí là V1 = 0,5V0 thì áp suất p1 của khí bằng bao nhiêu ? Vẽ trên cùng đồ thị điểm B biểu diễn trạng thái này. c) Viết biểu thức của áp suất p theo thể tích V trong quá trình nén đẳng nhiệt ở mục b. Vẽ đường biểu diễn. Đường biểu diễn có dạng gì ? Câu 2. Khi nén đẳng nhiệt thì : a) Số phân tử trong đơn vị thể tích tăng tỉ lệ thuận với áp suất. b) Số phân tử trong đơn vị thể tích không đổi. c) Số phân tử trong đơn vị thể tích giảm tỉ lệ nghịch với áp suất. d) Cả ba khả năng trên đều không xảy ra. Bài 46 định luật sác-lơ. nhiệt độ tuyệt đối I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Đề xuất được dự đoán và phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán. – Quan sát và theo dõi thí nghiệm, rút ra nhận xét rằng trong phạm vi biến thiên nhiệt độ của thí nghiệm thì tỉ số không đổi. Thừa nhận kết quả đó trong phạm vi biến đổi nhiệt độ lớn hơn, từ đó suy ra . – Nắm được khái niệm khí lí tưởng, nhiệt độ tuyệt đối, hiểu được ý nghĩa nhiệt độ. – Biết vận dụng khái niệm nhiệt độ tuyệt đối để phát biểu định luật Sác-lơ dưới dạng p = Bt. – Có thái độ khách quan khi theo dõi thí nghiệm. 2. Về kĩ năng – áp dụng định luật để làm một số bài tập đơn giản. II – Chuẩn bị Giáo viên – Chuẩn bị bộ thí nghiệm nghiên cứu định luật Sác-lơ. 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 – Vì khi trời nắng thì nhiệt độ của chất khí trong săm xe tăng cao làm cho áp suất cũng tăng cao vì vậy săm xe dễ nổ. Cá nhân nhận thức được vấn đề cần nghiên cứu. – Giải thích tại sao săm xe đạp dễ bị nổ vào trời nắng ? Đặt vấn đề : Qua thí nghiệm trên ta thấy ở thể tích nhất định khi nhiệt độ của khối khí thay đổi thì áp suất thay đổi. Sự thay đổi đó có tuân theo một quy luật nào không ? Nếu có thì biểu thức toán học nào diễn tả quy luật của sự biến đổi đó ? Hoạt động 2. Xây dựng định luật Sác-lơ Dự kiến phương án trả lời của HS : Dự đoán 1 : Nhiệt độ và áp suất tỉ lệ thuận với nhau Dự đoán 2 : Độ tăng áp suất và độ tăng nhiệt độ tỉ lệ thuận với nhau. – Nhiệt độ và áp suất tỉ lệ thuận với nhau : – Độ tăng áp suất và độ tăng nhiệt độ tỉ lệ thuận với nhau : – Nêu dự đoán về sự thay đổi của áp suất khi nhiệt độ thay đổi ? – Điều đó được biểu diễn bằng biểu thức toán học như thế nào ? – Phải có một bình chứa khối khí, thay đổi nhiệt độ của khối khí và đo áp suất tương ứng. Đo áp suất bằng áp kế, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế. – Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán vừa nêu ? – Cho dòng điện chạy qua dây mayxo, dây nóng lên, làm nước nóng và truyền nhiệt vào khối khí trong bình. – Quạt quấy nước làm cho nhiệt độ trong khối khí được đều. HS ghi kết quả thí nghiệm, chú ý : h = 1 mm ứng với giá trị : GV giới thiệu bộ thí nghiệm như hình vẽ trên. Xét lượng khí chứa trong bình A có thể tích không đổi (vì mực nước trong nhánh trái của ống hình chữ U luôn giữ ở số 0). Nhiệt kế T đo nhiệt độ của khí trong bình A. GV cho HS tìm hiểu bộ thí nghiệm : – Để tăng nhiệt độ của khối khí ta phải làm thế nào ? – Quạt quấy nước có tác dụng gì ? GV thao tác thí nghiệm. GV yêu cầu HS ghi lại nhiệt độ và áp suất ban đầu của khí trong bình A. Cho dòng điện qua R và quạt khuấy nước để tăng nhiệt độ khí Ngắt điện, chờ ổn định nhiệt độ. Đo độ chênh lệch mực nước h tương ứng. Từ h tính ra độ tăng áp suất . – Kết quả kiểm tra dự đoán 1 : Nhiệt độ không tỉ thuận với áp suất. Đúng với dự đoán 2 : (1) – Từ bảng kết quả thí nghiệm, hãy tính toán và kiểm tra dự đoán. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Nếu cho nhiệt độ biến đổi từ 0oC đến toC thì : Dt = t – 0 = t Độ biến thiên áp suất tương ứng : trong đó p và p0 là áp suất của khí lần lượt ở nhiệt độ toC và 0oC thay biểu thức nói trên của p và t vào (1) ta có : p – p0 = Bt hay : Thông báo : Làm nhiều thí nghiệm với các lượng khí khác nhau thì hằng số B khác nhau. Vì vậy B là hằng số đối với lượng khí nhất định. Dựa vào nhiều thí nghiệm chính xác hơn, phạm vi đo rộng hơn, có thể thừa nhận rằng hệ thức (1) đúng với mọi độ biến thiên nhiệt độ t khác nhau. – Nếu cho nhiệt độ biến đổi từ 0oC đến toC thì độ biến thiên nhiệt độ và áp suất xác định thế nào ? Khi đó biểu thức (1) được biến đổi thế nào ? Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Thông báo : Nhà vật lí Sác-lơ đã làm thí nghiệm với nhiều chất khí khác nhau và phát hiện ta tỉ số mà ông kí hiệu đọc là g (gama) thì có chung một giá trị đối với mọi chất khí và ở mọi nhiệt độ : (2) Thông báo nội dung định luật Sac-lơ. Biểu thức : g có giá trị như nhau đối với mọi chất khí và ở mọi nhiệt độ : Hoạt động 3. Tìm hiểu khái niệm khí lí tưởng tưởng nhiệt độ tuyệt đối Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Khi thì chất khí có áp suất bằng 0. – Để mô tả tính chất chung của tất cả các chất khí người ta đưa ra mô hình khí lí tưởng : đó là khí tuân theo đúng hai định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ. Các khí thực có tính chất gần đúng như khí lí tưởng, ở áp suất thấp thì có thể coi mọi khí thực như là khí lí tưởng. – Từ định luật Sác-lơ, hãy cho biết khi nào chất khí có áp suất bằng 0 ? Thông báo : Điều đó trong thực tế không đạt được. Người ta coi nhiệt độ – 273oC là nhiệt độ thấp nhất không thể đạt được và gọi là không độ tuyệt đối. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Vì ở 0oC trong nhiệt giai Xen-xi-út tương ứng với 273K trong nhiệt giai Ken-vin, và khoảng cách nhiệt độ trong hai nhiệt giai này bằng nhau nên ta có công thức liên hệ : T = t + 273 (4) ị t = T – 273 thay vào biểu thức của định luật Sác-lơ ta được : là một hằng số nên ta có : hằng số (5) Thông báo : Ken-vin đề xuất một nhiệt giai mang tên ông. Trong niệt giai này thì khoảng cách nhiệt độ 1 ken-vin (kí hiệu 1K) bằng khoảng cách 1oC. Không độ tuyệt đối (0K) ứng với nhiệt độ –273oC. Nhiệt độ trong nhiệt giai Ken-vin còn gọi là nhiệt độ tuyệt đối. Viết biểu thức định luật Sác-lơ trong nhiệt giai Ken-vin ? Định hướng của GV : – Tìm biểu thức quan hệ giữa nhiệt độ trong nhiệt giai Ken-vin và nhiệt độ trong nhiệt giai Xen-xi-út ? – Thay biểu thức vào công thức của định luật Sác-lơ. Thông báo : Biểu thức (5) là biểu thức của định luật Sác-lơ trong nhiệt giai Ken-vin. Hoạt động 4. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Phát biểu định luật Sác-lơ ? – Viết biểu thức của định luật Sác-lơ trong nhiệt giai Xen-xi-út và nhiệt giai Ken-vin ? Yêu cầu HS làm bài tập trong phiếu học tập. Bài tập về nhà : Làm bài 1, 2, 3 SGK Phiếu học tập Câu 1. Biểu thức nào sau đây không phù hợp với định luật Sac-lơ ? A. B. C. D. Câu 2. Hiện tượng nào sau đây có liên quan đến định luật Sac-lơ ? A. Quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ. B. Thổi không khí vào một quả bóng bay. C. Đun nóng khí trong một xilanh kín. D. Đun nóng khí trong một xilanh hở. Bài 47 Phương trình trạng thái khí lí tưởng định luật gay luy-xác I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Biết cách tổng hợp kết quả của định luật Bôi-lơ–Ma- ri-ốt và định luật Sác-lơ để tìm ra phương trình thể hiện sự phụ thuộc lẫn nhau của ba đại lượng : Thể tích, áp suất và nhiệt độ của một lượng khí xác định – Biết cách suy ra định luật của sự phụ thuộc thể tích một lượng khí có áp suất không đổi vào nhiệt độ của nó, dựa vào phương trình trạng thái. – Có sự thích thú khi dùng suy diễn tìm ra một quy luật. 2. Về kĩ năng – Rèn luyện cho HS kĩ năng giải bài toán về phương trình trạng thái.. II – Chuẩn bị Học sinh – Ôn lại định luật Bôi-lơ–Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ, định luật đối với khí lí tưởng. 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 nhận tức được vấn đề của bài học. – Phát biểu định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ ? xét một lượng khí xác định, ở trạng thái cân bằng thì áp suất p, thể tích V và nhiệt độ T của khí đó đều có giá trị xác định. Khi chất khí biến đổi, chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác, thì cả ba đại lượng trên đều có thể biến đổi. Trong hai bài trước, ở mỗi bài ta giữ cho một đại lượng không đổi và xét sự phụ thuộc lẫn nhau của hai đại lượng kia. Trong bài này ta tổng hợp kết quả của hai bài trước để tìm ra công thức thể hiện sự phụ thuộc lẫn nhau của cả ba đại lượng ấy. Chúng ta học bài : Phương trình trạng thái khí lí tưởng tưởng. Định luật Gay Luy-xác. Hoạt động 2. Thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng 1 2’ 2 p (atm) p1 p2 p'2 V1 V0 V(l) GV giao nhiệm vụ cho GV : Kí hiệu p1, V1, T1 là áp suất, thể tích, và nhiệt độ của lượng khí mà ta xét ở trạng thái 1. Thực hiện một quá trình bất kì chuyển sang trạng thái 2 có áp suất p1, thể tích V2 và nhiệt độ T2. Tìm mối liên hệ giữa các giá trị đó ? áp dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt cho quá trình đẳng nhiệt (1) (2'), ta có : (1) áp dụng định luật Sác-lơ cho quá trình đẳng tích , ta có : Thay (2) vào (1) ta được : (3) Định hướng của GV : – Quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2' là quá trình biến đổi thế nào ? Có thể áp dụng định luật gì ? – Quá trình biến đổi từ trạng thái 2' sang trạng thái 2 là quá trình biến đổi như thế nào ? Có thể áp dụng định luật nào ? hằng số (4) HS viết lại : . – Việc chọn trạng thái 1, 2 là bất kì, vì vậy ta có thể viết lại phương trình (3) như thế nào ? Thông báo : Phương trình (4) mà chúng ta vừa xây dựng được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng. Hằng số ở phía phải kí hiệu là C, phụ thuộc vào lượng khí mà ta xét. Hoạt động 3. Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng suy ra phương trình của định luật Gay Luy-xác. Làm bài tập vận dụng áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng khi p không đổi ta có : hằng số (5) Cá nhân phát biểu : Thể tích V của một khối khí có áp suất không đổi tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khối khí. áp dụng phương trình trạng thái : ta suy ra : – Trong hai bài học trước chúng ta đã xét sự phụ thuộc của p vào V khi nhiệt độ không đổi, sự phụ thuộc của p vào nhiệt độ khi thể tích không đổi. Nếu như p không đổi thì sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ như thế nào ? Định hướng của GV : – Sử dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để tìm mối liên hệ của V vào t khi áp suất p không đổi. Thông báo : Đó chính là biểu thức của định luật Gay Luy-xác. Định luật này được nhà bác học Gay Luy-xác tìm ra bằng thực nghiệm năm 1802. – Phát biểu định luật Gay Luy-xác. – GV phát phiếu học tập và yêu cầu HS hoạt động cá nhân sau đó báo cáo kết quả câu 1. Hoạt động 4. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Viết phương trình trạng thái của khí lí tưởng ? – Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng suy ra biểu thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt và định luật Sác-lơ ? – Làm bài tập về nhà 1,2 SGK. – Ôn lại kiến thức về thể tích mol, phương trình trạng thái Phiếu học tập Câu 1. Đối với một lượng khí xác định, quá trình nào sau đây là đẳng áp ? A. Nhiệt độ không đổi, thể tích tăng B. Nhiệt độ không đổi, thể tích giảm. C. Nhiệt độ tăng, thể tích tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ. D. Nhiệt độ giảm, thể tích tăng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Câu 2. Một quả bóng thám không có thể tích V1 = 200l ở nhiệt độ t1 = 270C trên mặt đất. Bóng được thả ra và bay lên đến độ cao mà ở đó áp suất khí quyển chỉ còn bằng 0,6 áp suất khí quyển ở mặt đất và nhiệt độ là t2 = 5oC. Tính thể tích của quả bóng ở độ cao đó (bỏ qua áp suất phụ gây ra bởi vỏ bóng). Bài 51 Phương trình cla-pê-rôn – men-đê-lê-ép I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Nắm được cách tính hằng số trong vế phải của phương trình trạng thái, từ đó dẫn đến phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ép. – Có sự thận trọng trong việc dùng đơn vị khi gặp một phương trình chứa nhiều đại lượng vật lí khác nhau. 2. Về kĩ năng – Biết vận dụng phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ép để giải bài toán đơn giản. II – Chuẩn bị Học sinh – Học sinh ôn lại kiến thức về thể tích mol, về phương trình trạng thái, trả lời câu hỏi 2 và 3 của bài 52. 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 – Hai phương trình trạng thái của hai khối khí sẽ khác nhau. Đối với khối khí thứ nhất : Đối với khối khí thứ hai : hai hằng số và khác nhau. Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Phương trình trạng thái cho biết sự phụ thuộc lẫn nhau của ba đại lượng đặc trưng cho trạng thái cân bằng của một lượng khí, đó là: áp suất p, thể tích V, nhiệt độ T (p, V, T còn gọi là ba thông số trạng thái của lượng khí). Nếu cho hai khối khí có khối lượng khí khác nhau thì hai phương trình trạng thái của hai khối khí đó có khác nhau không ? – Hai hằng số của hai khối khí có khối lượng khác nhau sẽ khác nhau. Hằng số đó phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Làm thế nào để tìm được sự phụ thuộc đó ? Hoạt động 2. Thiết lập phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ep. HS hoạt động cá nhân. – áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta có : Đặt khối khí ở điều kiện tiêu chuẩn, khi đó ta có: áp suất p0 = 1amt = 1,013.105Pa nhiệt độ T0= 273K (tức là 0oC) – Muốn biết hằng số C trong phương trình trạng thái khí lí tưởng phụ thuộc vào những yếu tố nào ta phải đi tính hằng số C của khối lượng khí nhất định nào đó. Tính hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng của m (g) chất khí. Định hướng của GV : – Để tính C ta phải áp dụng phương trình nào ? – Hằng số C có thay đổi không nếu như ta đặt khối khí ở điều kiện nhiệt độ, áp suất bất kì ? – Nếu hằng số C không thay đổi thì ta có thể đặt khối khí ở một điều kiện đặc biệt nào để có thể tính được áp suất, nhiệt độ tuyệt đối, và thể tích ? – Thể tích V0 của khối khí bằng n lần thể tích của một mol khí ấy trong điều kiện tiêu chuẩn, tức là: V0 = n.22,4 (l/mol) = n.0,0224 (m3/mol). Thay vào phương trình trên, ta có : Trong đó R = 8,31 Thay C = nR vào phương trình trạng thái của khí lí tưởng thu được phương trình : pV = – Ta có thể đặt khối khí ở điều kiện tiêu chuẩn, khi đó áp suất, nhiệt độ và thể tích của khối khí bằng bao nhiêu? Thông báo : Hằng số R = 8,31 J/mol.K là hằng số và có giá trị như nhau đối với mọi chất khí, vì vậy R gọi là hằng số chung của các khí. Tính được hằng số C, thay vào phương trình trạng thái của khí lí tưởng ta sẽ được phương trìn