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

Ngày soạn : Ngày dạy : Chương VI : Cơ sở của nhiệt động lực học Tiết 55 : Nội năng và sự biến thiên nội năng I .Mục tiêu : 1. a) Phát biểu được định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. b) Chứng minh được nội năng phụ thuộc nhiệt độ và thể tích. c) Nêu được các thí dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. d) Viết được công thức tính nhiệt lượng mà một vật thu vào hay toả ra, nêu được tên và đơn vị của các đại lượng có mặt trong công thức. 2. a) Giải thích được một cách định tính một số hiện tượng đơn giản về biến thiên nội năng. b) 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 : 1. Giáo viên : Dụng cụ để làm thí nghiệm vẽ ở các hình 32.1 và 32.2 trong sgk. 2. Học sinh : Ôn lại các bài 22, 23, 24, 25, 26 trong sách giáo khoa vật lý 8. III. Tổ chức hoạt động dạy học 1. ổn định tổ chức : - Kiểm tra sĩ số của lớp và ghi tên học sinh vắng mặt vào sổ đầu bài. Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 học sinh. - Kiểm tra bài cũ: Trình bày những hiểu biết của em về cấu tạo chất? 2. Bài mới : Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào bài: Như phần mở đầu của sgk. Hoạt động 2 : Tìm hiểu về nội năng. Hoạt động của thầy và trò Nội dung cần đạt GV: + Nội năng là gì ? Nội năng của một vật phụ thuộc vào những yếu tố nào? + Giải thích rõ sự phụ thuộc của nội năng vào nhiệt độ và thể tích của vật? + Chứng tỏ nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ? HS: Trả lời các câu hỏi của gv, ghi bài. I. Nội năng. 1. Nội năng là gì ? + Nội năng của vật: Gồm tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật U = f (V, T) 2. Độ biến thiên nội năng. * ĐN : Là phần nội năng tăng thêm hay giảm đi trong một quá trình. Hoạt động 3: Các cách làm thay đổi nội năng. GV : Ta đã biết rằng U = f (V, T), vậy muốn làm thay đổi nội năng của một vật, ta phải làm thế nào? HS : Ta phải làm thay đổi thể tích hoặc nhiệt độ của vật (Tức là làm cho chất khí thực hiện công hoặc truyền nhiệt) - GV : Em hãy lấy VD khi thực hiện công, nội năng của khí thay đổi? - GV : Quá trình truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật? Phân biệt với quá trình thực hiện công? - GV : Nêu câu hỏi C 3? - HS : Trả lời câu hỏi C3? - GV: Em hãy lấy các thí dụ cụ thể về quá trình truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật? - HS : Trả lời câu hỏi của gv. - GV: Trong quá trình truyền nhiệt có sự chuyển hoá từ dạng năng lượng nào sang nội năng ? - GV: Nhiệt lượng là gì? Công thức tính? - GV : Nêu câu hỏi C 4? - HS : trả lời câu hỏi C4? II. Các cách làm thay đổi nội năng 1.Thực hiện công. - Lấy thí dụ cụ thể trong thực tế hoặc thí dụ hình 32.1 trong sgk. - Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hoá từ các dạng năng lượng khác sang nội năng. 2. Truyền nhiệt a) Quá trình truyền nhiệt. ĐN : sgk (tr.171) b) Nhiệt lượng - Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng DU = Q Q = c.m.Dt DU : Độ biến thiên nội năng của vật. m : khối lượng (kg) Q là nhiệt lượng (J) c là nhiệt dung riêng (J/kg.độ) là độ biến thiên nhiệt độ (0C hay 0K) - So sánh sự thực hiện công và quá trình truyền nhiệt. Hoạt động 4 : Củng cố bài, hướng dẫn học sinh học tập ở nhà. - Nhắc lại phần in đậm cuối bài. - Nêu câu hỏi 1, 2, 3 sgk. - Hướng dẫn hs làm bài tập 4, 5 tại lớp. - Cho bài tập về nhà 6, 7, 8 . - Nhắc hs đọc bài đọc thêm sgk (173) - Giờ sau học bài mới. - Trả lời câu hỏi và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của giáo viên. V. Rút kinh nghiệm sau giờ giảng. Ngày soạn : Ngày dạy : Tiết 56 + 57 : các nguyên lý của nhiệt động lực học I. Mục tiêu : 1. a) Phát biểu và viết được biểu thức của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và qui ước về dấu của các đại lượng trong biểu thức . 2. a) Vận dụng được nguyên lý thứ nhất của NĐLH vào quá trình đẳng tích để viết và nêu ý nghĩa vật lý của biểu thức của nguyên lý này cho từng quá trình. b) Vận dụng được nguyên lý thứ nhất của NĐLH để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tương tự. c) Phát biểu nguyên lý thứ hai của NĐLH, vận dụng để giải thích các hiện tượng trong vật lý và kỹ thuật. II. Chuẩn bị : 1. Giáo viên : Nhắc học sinh ôn bài : Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt (bài 27, vật lý 8) III. Tổ chức hoạt động dạy học 1. ổn định tổ chức : - Kiểm tra sĩ số của lớp và ghi tên học sinh vắng mặt vào sổ đầu bài. Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 học sinh. 2. Kiểm tra bài cũ: Nội năng là gì ? Nội năng có mấy cách biến đổi ? 3. Bài mới : Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào bài : Như phần mở đầu của sgk. Hoạt động 2 : Tìm hiểu về nguyên lý I nhiệt động lực học. Hoạt động của thầy và trò Nội dung cần đạt - Áp dụng qui ước dấu: nếu vật toả nhiệt ra môi trường và nguội đi ? - Nếu vật thu nhiệt lượng để tăng nội năng ? - Hs : Trả lời câu hỏi C1, C2 ? F l Ví dụ : Q = 1,5J l = 5cm = 0,05m F = 20N DU = ? I . Nguyên lý thứ nhất của NĐLH. Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. DU = A + Q Qui ước về dấu của nhiệt lượng và công: + Q > 0 Vật nhận nhiệt lượng. + Q < 0 Vật truyền nhiệt lượng. + A > 0 Vật nhận công. + A < 0 Vật thực hiện công. Giải : Công mà chất khí thực hiện là : A = F.l = 20.0,05 = 1J Vì khí nhận nhiệt lượng và sinh công (A < 0) nên Theo nguyên lý I của NĐLH ta có DU = Q + A = 1,5 - 1 = 0,5 J o V1= V2 V p1 P p2 1 2 Cho chất khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) ta chứng minh rằng : DU = Q Vật Q<0 A<0 A>0 Q>0 2. Vận dụng. Có thể dùng nguyên lý I NĐLH để tìm hiểu sự truyền và chuyển hoá NL trong các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. VD : Quá trình đẳng tích. Vì trong quá trình đẳng tích (DV = 0) ị A = 0 DU = Q chất khí nhận nhiệt Q > 0 Nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt. Hoạt động 3 : Nghiên cứu về nguyên lý II Nhiệt động lực học. Một ấm nứơc nóng đặt trong không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần đi, ấm không tự lấy nhiệt của không khí để nóng lên. A B - Yêu cầu hs lấy VD về quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch ? - Hs : Trả lời câu hỏi C3, C4 ? - Nguyên lý II NĐLH có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật. - Ta thường gặp động cơ nhiệt ở đâu, trong các máy móc nào ? - Vì theo qui ước dấu, công sinh ra có giá trị âm, nên ta lấy giá trị tuyệt đốicủa A để H luôn dương. II. Nguyên lý thứ hai của NĐLH. 1. Quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch. a) Quá trình thuận nghịch. Vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác. b) Quá trình không thuận nghịch. Trong quá trình này, vật không thể tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của các vật khác. 2. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học. a) Cách phát biểu của Clau-di-út. Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang 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. Giải thích nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. * Cấu tạo : - nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng. - bộ phận phát động. - Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra. * Công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt. Hoạt động 4: Củng cố bài, hướng dẫn học sinh học tập ở nhà. - Nhắc lại phần in đậm cuối bài. - Nêu câu hỏi 1, 2 sgk. - Cho bài tập 4, 5 cho hs làm tại lớp. - Cho bài tập về nhà 6, 7, 8 cho cả lớp. - Đọc bài đọc thêm trong sgk. - Giờ sau chữa bài tập. - Trả lời câu hỏi và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của giáo viên Ngày soạn : Ngày dạy : Tiết 58 : Bài tập Mục tiêu : 1. Học sinh hiểu sâu, nắm chắc khái niệm nội năng, nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học vận dụng vào động cơ nhiệt và giải các bài tập có liên quan. 2. Vận dụng được công thức tính nhiệt lượng để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tương tự. 3. Rèn tư duy phân tích, tổng hợp, rèn óc tư duy sáng tạo, kỹ năng tính toán giải bài tập. Chuẩn bị : 1. Giáo viên : Ra bài tập về nhà, hướng dẫn, gợi ý học sinh về cách giải. 2. Học sinh : Làm bài tập ở nhà theo yêu cầu của giáo viên. Tổ chức các hoạt động dạy và học : 1- Tổ chức: Kiểm tra sĩ số của học sinh và ghi tên HS vắng mặt vào sổ đầu bài. Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 HS . 2- Kiểm tra bài cũ : Nhắc lại các công thức, khái niệm có liên quan. + Nguyên lý I NĐLH DU = A + Q Quá trình đẳng tích. A = 0 DU = Q + Động cơ nhiệt 3- Chữa bài tập. GV : Bài tập 7 (173) m1 = 0,5kg m2 = 0,118kg t1 = 200C t2 = 750C m3 = 0,2kg tcuối =? cAl = 0,92.103J/kg.K cnước = 4,19.103J/kg.K csắt = 0,46.103/kg.K Bài tập 8 (180) Q = 6.106J DV = 0,50m3 p = 8.106N/m2 DU = ? Bài tập 7 (178) p = 3.105N/m2 V1 = 8l = 8.10-3m3 V2 = 10l = 10.10-3m3 Q = 1000J A = ?; DU = ? Bài tập 6 (182) P = 17,6kw m = 8,1kg/h T1 = 2000C T2 = 580C q = 3,6.107 J/ kg H = ? Hmax =? HS : Nhiệt lượng bình nhôm và nước thu vào : Qthu = Q1 + Q2 = ( m1c1 + m2c2) Dt1 = ( 0,5. 0,92.103J +0,118. 4,19.103J)(t - 20) Nhiệt lượng do sắt toả ra : Q toả = Q3 = m3c3Dt3 = 0,2. 0,46.103(75 - t ) Khi có cân bằng nhiệt : Qthu = Q toả Ta tính được t = 250C Ta tính công do khí giãn nở : A = p.DV = 8.106 . 0,50 = 4.106J Độ biến thiên nội năng của khí là : DU = Q - A = 6.106 - 4.106 = 2.106 J a) Tính công do khí thực hiện : A = p.DV = 3.105 .(10 - 8)10-3 = 0,6.103J b) Tính độ biến thiên nội năng của khí là: DU = Q - A =103 - 0,6.103 = 400J Công có ích của động cơ là : A = P.t = 14,7.103.3600 = 5,29.107J Công toàn phần là : Q1 = mq = 8,1.3,6.107 = 29,16.107 J Hiệu suất thực là : H = Hiệu suất lý tưởng là : H = Phiếu học tập Phiếu số 1 Một máy hơi nước mỗi giây nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 5,2.104J và truyền cho nguồn lạnh 3,2.104J.Tính hiệu suất của máy. Phiếu số 2 Nhiệt độ của nguồn khí nóng khi vào tua bin của một động cơ phản lực là 5000C, khi ra khỏi tua bin là 500C. Tính hiệu suất lí tưởng của động cơ.