Bài soạn Vật lý lớp 10 - Chương VII: Chất rắn và chất lỏng, sự chuyển thể

Chương VII. chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể Bài 50 Chất rắn I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Phân biệt được chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình dựa vào hình dạng bên ngoài, hiện tượng nóng chảy và cấu trúc vi mô của chúng. – Biết được thế nào là vật rắn đơn tinh thể và vật rắn đa tinh thể. – Có khái niệm sơ bộ về mạng tinh thể. – Hiểu được chuyển động nhiệt của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. – Có khái niệm về tính dị hướng của tinh thể; giải thích được tại sao vật rắn đa tinh thể lại không có tính dị hướng. 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí liên quan. II – Chuẩn bị Giáo viên – Mô hình muối ăn, mô hình tinh thể kim cương, mô hình tinh thể than chì (nếu không có mô hình thì chuẩn bị hình vẽ to). – Kính lúp, đèn pin, muối hạt to, muối tinh, vụn nhựa thông. Học sinh – Ôn lại thuyết động học phân tử của vật chất. 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 thức vấn đề của bài học. – Phát biểu thuyết động học phân tử về chất khí ? – Phát biểu thuyết động học phân tử của vật chất ? Tùy theo điều kiện bên ngoài, các vật chất tồn tại ở ba trạng thái: rắn, lỏng, khí (hơi). Ta đã khảo sát trạng thái khí ở chương trên, sau đây ta lần lượt khảo sát trạng thái rắn và lỏng. Hoạt động 2. Tìm hiểu chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình Hình dạng của muối ăn và thạch anh có những cạnh thẳng, mặt phẳng, góc đa diện. Nhựa thông và hắc ín không có hình dạng cụ thể. – Có thể phân chất rắn thành hai loại. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Yêu cầu HS quan sát 4 vật rắn trong hình 50.1 SGK và trả lời câu hỏi : hình dạng bên ngoài của chúng có gì giống nhau, có gì khác nhau ? – Như vậy ta có thể phân chất rắn thành mấy loại ? Thông báo : Chất rắn như thạch anh và muối ăn gọi là chất rắn kết tinh. Còn chất rắn như nhựa thông và hắc ín gọi là chất rắn vô định hình. Một số chất (như đường, lưu huỳnh...) có thể là chất rắn kết tinh hay là chất rắn vô định hình tùy thuộc vào việc người ta làm chúng rắn lại như thế nào. Ví dụ : Đun lưu huỳnh kết tinh cho nóng chảy ở 350oC rồi làm nguội đột ngột bằng cách đổ lưu huỳnh nóng chảy vào nước lạnh thì ta có lưu huỳnh vô định hình, nếu ta để lưu huỳnh nguội dần dần cho đến khi đông đặc thì ta có lưu huỳnh kết tinh. Hoạt động 3. Tìm hiểu khái niệm tinh thể và mạng tinh thể, vật rắn đơn tinh thể và vật rắn đa tinh thể Dự kiến phương án trả lời của HS : Dự đoán 1 : Muối ăn vẫn có dạng hình học còn nhựa thông không có dạng hình học. Dự đoán 2 : Cả muối ăn và nhựa thông không có dạng hình học. Sau khi đập vụn, dùng kính lúp để quan sát những vụn muối ăn và vụn nhựa thông. Hãy dự đoán xem, nếu dùng búa đập vụn muối ăn và đập vụn cục nhựa thông thì hình dạng của các hạt vụn như thế nào ? – Hãy đề xuất phương án kiểm tra ? GV phát dụng cụ thí nghiệm cho HS, yêu cầu HS quan sát theo nhóm những vụn nhựa thông đã đập sẵn và muối tinh (coi như là muối to đập nhỏ), sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả. Kết quả : Vật rắn kết tinh dù bị vỡ nhỏ ra vẫn có dạng hình học. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Thông báo : Các vật rắn có dạng hình học như vừa nói ở trên gọi là tinh thể. Nếu không để ý đến bản chất các hạt tạo thành tinh thể mà chỉ để ý đến cách sắp xếp, cách phân bố các hạt trong không gian thì ta đi đến khái niệm mạng tinh thể. – Hạt ở mạng tinh thể có thể là iôn dương hay âm, có thể là nguyên tử, có thể là phân tử. Ví dụ : Hạt ở mạng tinh thể của muối ăn là iôn dương và iôn âm. Hạt ở mạng tinh thể kim cương là nguyên tử. Hạt ở mạng tinh thể cacboníc là phân tử. (GV cho HS xem hình vẽ của một số mạng tinh thể). GV thông báo các khái niệm về lực tương tác giữa các nút mạng, vật rắn đơn tinh thể và vật rắn đa tinh thể. Hoạt động 4. Nghiên cứu chuyển động nhiệt của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. Tính dị hướng của tinh thể Nhận xét : Các hạt chuyển động nhiệt không ngừng. Nhiệt độ tăng thì chuyển động đó mạnh lên. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Nhận xét sự chuyển động của các hạt trong chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình ? Thông báo : Các hạt chuyển động nhiệt không ngừng, đối với chất kết tinh được cấu tạo từ các tinh thể nên các hạt dao động quanh một vị trí xác định của mạng. Đối với chất rắn vô định hình thì dao động của các hạt quanh vị trí cân bằng. Các vị trí cân bằng này được phân bố theo kiểu trật tự gần, nghĩa là đối với một hạt nào đó thì các hạt gần kề nó được phân bố có trật tự (tương tự như ở trạng thái rắn kết tinh) song càng ra xa hạt nói trên thì trật tự này càng mất dần. Tách than chì theo các lớp phẳng thì dễ dàng hơn nhiều so với việc tách than chì theo các phương khác. Vì tinh thể than chì có các nguyên tử các bon sắp xếp thành các mạng phẳng song song. Liên kết giữa các nguyên tử cácbon cùng mạng phẳng vững chắc hơn liên kết giữa hai nguyên tử cácbon ở hai mạng phẳng khác nhau. GV cho HS quan sát mạng tinh thể than chì, đặt câu hỏi : tách than chì theo phương nào thì dễ dàng hơn ? Tại sao ? Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. GV thông báo tính chất đặc trưng của tinh thể, đó là tính dị hướng. Chú ý : Vật rắn vô định hình không có tính dị hướng vì không có cấu tạo tinh thể. Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – So sánh cấu trúc vật rắn kết tinh với cấu trúc vật rắn vô định hình ? – Mô tả chuyển động nhiệt ở chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình ? – Tại sao tính dị hướng lại không thể hiện ở vật rắn đa tinh thể ? Trả lời các câu hỏi trong SGK. Ôn lại một số kiến thức như : đơn vị Pa, lực đàn hồi, hệ số đàn hồi, ... Bài 51 Biến dạng cơ bản của vật rắn I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Phân biệt được biến dạng đàn hồi với biến dạng dẻo. – Biết được biến dạng kéo hay nén và định luật Húc đối với các biến dạng này. – Có khái niệm về biến dạng lệch. – Có khái niệm về giới hạn bền. – Biết giữ gìn các dụng cụ là các vật rắn như : không là hỏng tính đàn hồi, không vượt quá giới hạn bền của vật rắn ... 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. – Có thể giải được một số bài tập về biến dạng kéo hay nén. II – Chuẩn bị Giáo viên – Thanh kim loại, sợi dây thép, dây đồng ...để học sinh quan sát biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến dạng kéo, biến dạng uốn... Học sinh – Ôn lại một số kiến thức : đơn vị Pa, lực đàn hồi, hệ số đàn hồi, ... 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 Khi có lực tác dụng lên vật rắn thì vật rắn biến dạng, nghĩa là hình dạng và kích thước của nó bị thay đổi. Bài học hôm nay giúp chúng ta nghiên cứu các loại biến dạng của vật rắn. Hoạt động 2. Tìm hiểu khái niệm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Trả lời : – Sợi dây phơi bằng thép sẽ dài ra khi phơi quần áo, giá sắt bị uốn cong khi để nhiều vật nặng đè lên, chốt nối hai vật bị lệch đi khi hai bộ phận này bị giằng mạnh về hai phía ngược nhau, đoạn dây đồng bị xoắn lại. – Hãy quan sát 4 hình vẽ 51.1 SGK về biến dạng của các vật rắn và mô tả các biến dạng đó ? – Sợi dây phơi, tấm sắt, chốt nối lấy lại được hình dạng ban đầu. Còn sợi dây đồng bị xoắn lại không lấy lại được hình dạng ban đầu. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Các vật trên đều bị biến dạng khi có ngoại lực tác dụng. Nếu các ngoại lực thôi tác dụng thì vật có lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu không ? GV thông báo các khái niệm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Những vật đàn hồi bị biến dạng quá mức, vượt quá một giới hạn nào đó, thì biến dạng không còn là đàn hồi mà trở thành biến dạng dẻo. Dưới đây chúng ta chỉ khảo sát biến dạng đàn hồi. Hoạt động 3. Tìm hiểu khái niệm biến dạng kéo và biến dạng nén. Xây dựng định luật Húc Trả lời : – Sợi dây sẽ dài ra. – Chiều dài của thanh bị ngắn lại. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Lấy một sợi dây kim loại và treo thẳng đứng, đầu trên của sợi dây cố định, đầu dưới tác dụng một lực F bằng cách treo vào một vật nặng. Sợi dây sẽ bị biến dạng như thế nào ? Biến dạng của sợi dây trong trường hợp trên có khi chịu tác dụng của lực kéo gọi là biến dạng kéo. Quan sát thanh kim loại làm cột chống mái nhà, thanh kim loại chịu lực nén thẳng xuống dưới. Thanh kim loại bị biến dạng thế nào ? Biến dạng của thanh kim loại trong trường hợp trên gọi là biến dạng nén. GV thông báo khái niệm ứng suất kéo (hay nén) pháp tuyến Trong đó : S là tiết diện ngang của sợi dây kim loại chịu tác dụng của lực kéo (hoặc nén) F. là ứng suất kéo pháp tuyến. Gọi l0 là độ dài của dây khi không có lực kéo, là độ dãn của dây, với l là độ dãn của dây khi có lực kéo. Độ biến dạng tỉ đối của dây được định nghĩalà tỉ số : Vì chiều dài ban đầu và tiết diện của sợi dây cho trước là không đổi, mà ta biết lực kéo càng lớn thì độ biến dạng càng lớn. Nên suy ra : – Tìm mối quan hệ giữa ứng suất kéo pháp tuyến với độ biến dạng tỉ đối ? Biểu thức có thể viết : (1) Phát biểu : Độ biến dạng tỉ đối tỉ lệ thuận với ứng suất gây ra nó. Cá nhân viết : (2) – Hãy phát biểu bằng lời biểu thức (1) ? GV chính xác hoá câu trả lời của HS thành nội dung định luật Húc và giới thiệu qua về con đường hình thành định luật. Biểu thức của định luật : Có thể viết như sau : hoặc s = Ee Trong đó hệ số E đặc trưng cho tính đàn hồi của chất làm dây và được gọi là suất đàn hồi hay suất Y-âng của chất ấy. – Nếu chỉ chú ý đến sự liên quan giữa độ biến dạng tỉ đối và lực kéo thì biểu thức (1) có thể biến đổi tương đương với biểu thức nào ? – Hệ số đàn hồi phụ thuộc vào kích thước của thanh và suất đàn hồi của chất làm thanh. E có đơn vị giống như đơn vị của ứng suất kéo, tức là giống đơn vị áp suất : Pa k gọi là hệ số đàn hồi hay độ cứng của thanh. Nó phụ thuộc vào yếu tố nào ? – Từ biểu thức của định luật Húc hãy tìm đơn vị của suất đàn hồi E ? Hoạt động 4. Tìm hiểu khái niệm biến dạng lệch, tìm mối quan hệ của các biến dạng khác với biến dạng lệch, biến dạng kéo và biến dạng nén Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Thông báo : Biến dạng lệch (hay biến dạng trượt) là biến dạng mà ở đó có sự lệch đi hay trượt giữa các lớp vật rắn đối với nhau. Biến dạng lệch còn được gọi là biến dạng trượt hay biến dạng cắt. Biến dạng lệch – Lớp trên chịu biến dạng nén và lớp dưới chịu biến dạng kéo. – Lớp vỏ của của vật bị biến dạng xoắn có thể quy về biến dạng lệch. Trong biến dạng thì lực ngoài tác dụng tiếp tuyến với bề mặt vật rắn, tức là song song với các lớp vật rắn. – Sau đây chúng ta đi xét một biến dạng uốn của thanh thép, biến dạng này có mối quan hệ như thế nào với hai loại biến dạng ta vừa tìm hiểu ở trên ? Định hướng của GV : – Quan sát hình vẽ biến dạng uốn và rút ra nhận xét ? – Quan sát lớp trên và lớp dưới của thanh thép khi chịu biến dạng uốn ? Tương tự như vậy GV định hướng cho HS tìm mối quan hệ của biến dạng xoắn của dây đồng với hai loại biến dạng đã tìm hiểu ? Kết luận : Các biến dạng khác như biến dạng uốn, biến dạng xoắn có thể quy về hai loại biến dạng nén (kéo) và biến dạng lệch. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Qua hai ví dụ phân tích ở trên ta có thể rút ra kết luận gì? – GV lưu ý cho HS : Khi lực ngoài tác dụng lên vật vượt quá một giới hạn nào đó tì nó không chỉ làm cho vật biến dạng mà còn có thể làm cho vật bị hư hỏng. Như vậy, các vật liệu đều có một giới hạn bền, nếu vượt quá giới hạn đó thì vật bị hư hỏng. Do đó khi chế tạo các dụng cụ và sử dụng, chúng ta phải chú ý đến giới hạn bền của vật liệu. Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Lấy các ví dụ về biến dạng : kéo, nén, lệch, uốn, xoắn ? – Một lò xo bằng thép bị kéo dãn, quan sát những đoạn nhỏ của lò xo chịu biến dạng gì ? – Phát biểu định luật Húc ? Làm các bài tập về nhà : 1, 2 SGK Ôn lại kiến thức về sự nở vì nhiệt đã học ở THCS. Bài 52 Sự nở vì nhiệt của vật rắn I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Nắm được các công thức về sự nở dài và sự nở khối, vận dụng chúng để giải một số bài tập và tính toán một số trường hợp thực tế đơn giản. – Biết được vai trò của sự nở vì nhiệt trong đời sống và trong kĩ thuật. – Biết giải thích và biết sử dụng những hiện tượng đơn giản của sự nở vì nhiệt. 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. – Vận dụng kiến thức trên để giải các bài tập sự nở vì nhiệt. II – Chuẩn bị Giáo viên – Bộ thí nghiệm khảo sát sự nở dài. – Chuẩn bị thêm một phích nước sôi, một bình nước lạnh và một cốc đủ lớn để có thể pha được nước nóng có nhiệt độ mong muốn. – Chuẩn bị nhiệt kế thuỷ ngân để đo nhiệt độ của nước làm nóng thanh kim loại. Học sinh – Ôn lại kiến thức về sự nở vì nhiệt đã học ở THCS. 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 nóng nhiệt độ của thanh ray tăng, khi đó thanh ray nở ra. Nếu không để khe hở thì thanh ray nở ra sẽ sinh ra một lực lớn làm biến dạng đường ray, gây nguy hiểm cho các chuyến tàu. Cá nhân nhận thức vấn đề cần nghiên cứu. – Tại sao trên các đoạn đường ray, cứ một đoạn ray người ta lại để một khe hở ? – Khi nhiệt độ của vật rắn tăng lên thì nói chung kích thước của vật tăng lên. Đó là sự nở vì nhiệt. Đối với vật rắn, người ta phân biệt sự nở dài và sự nở thể tích (còn gọi là sự nở khối). Kích thước của vật rắn tăng lên khi nhiệt độ tăng phụ thuộc vào những yếu tố nào? Hoạt động 2. Nghiên cứu sự nở dài của vật rắn và xây dựng công thức sự nở dài Dự kiến phương án trả lời của HS : Phương án 1. Phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ t. Phương án 2. Phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ t và chiều dài ban đầu của thanh. GV thông báo cho HS khái niệm về sự nở dài. Giả sử có một thanh kim loại chiều dài l0 ở 0oC, khi nhiệt độ tăng một lượng là toC thì chiều dài của thanh tăng một lượng là . Khi đó độ tăng chiều dài của thanh kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Biểu thức : hằng số. HS thảo luận theo nhóm và đưa ra phương án thí nghiệm kiểm tra : Phải có một thanh kim loại, đo chiều dài ban đầu của thanh kim loại đó, tăng nhiệt độ của thanh sau đó đo chiều dài tương ứng của thanh ở các nhiệt độ khác nhau và đo độ tăng nhiệt độ của thanh so với nhiệt độ ban đầu. Đề xuất các phương án : – Hơ nóng thanh bằng ngọn lửa đèn cồn. – Nhúng thanh vào nước nóng. GV yêu cầu HS thảo luận và thống nhất phương án cuối cùng. Hãy biểu diễn dự đoán bằng biểu thức toán học ? – Kiểm nghiệm điều này thế nào, hãy đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm tra ? Định hướng của GV : – Tăng nhiệt độ của thanh bằng cách nào ? – Với cách tăng nhiệt độ của thanh kim loại như vậy thì việc đo nhiệt độ của thanh kim loại tương ứng với cách đó như thế nào ? Với cách hơ nóng thanh kim loại bằng ngọn lửa đèn cồn thì việc đo nhiệt độ là khó khăn. Để đo nhiệt độ của thanh kim loại khi nhúng thanh kim loại vào nước nóng ta chỉ việc đo nhiệt độ của nước là xác định được nhiệt độ của thanh kim loại đó. Trong khuôn khổ trường học, chúng ta thống nhất cách tăng nhiệt độ là dùng nước nóng. Tuy nhiên vì độ tăng chiều dài của thanh kim loại khi nhiệt độ tăng là nhỏ nên việc nhúng thanh kim loại vào nước nóng, sau đó đo độ tăng chiều dài là không tiện. – GV giới thiệu bộ thí nghiệm như ở hình 52.1 SGK. Kết quả : Đúng với dự đoán, tức là hằng số. Hằng số đó phụ thuộc vào chất làm thanh kim loại. – Ngoài việc đo độ tăng nhiệt độ độ và độ tăng chiều dài, chúng ta còn phải xác định chiều dài của thanh kim loại ở nhiệt độ 0oC. Tuy nhiên, coi gần đúng ta có thể chọn chiều dài ban đầu của thanh kim loại khi ở nhiệt độ phòng và độ tăng nhiệt độ cũng được tính so với nhiệt độ phòng. – GV tiến hành thí nghiệm và gọi 1 HS lên đọc kết quả. Yêu cầu cả lớp quan sát và ghi kết quả đo được vào bảng số liệu, sau đó tính toán sai số và rút ra nhận xét. – Hằng số trong biểu thức trên phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Định hướng của GV : – Thí nghiệm chúng ta vừa làm thanh kim loại được cấu tạo bằng nhôm, nếu tôi thay bằng thanh kim loại khác thì hằng số trên có thay đổi không ? Khi đó ta có kết luận gì ? Phương án : Thay thanh kim loại trên bằng các thanh kim loại khác có cùng kích thước và làm thí nghiệm tương tự như trên để tìm các hằng số. Cá nhân tham khảo bảng hệ số nở dài của một số chất. Ta có l = l0 + Dl và =al0t suy ra : l = l0(1 + at) (1) – Hãy thảo luận và đề xuất một phương án thí nghiệm kiểm tra ? GV thông báo khái niệm hệ số nở dài kí hiệu là a, đơn vị là độ –1 hay K–1. Thông báo : hệ số nở dài phụ thuộc vào bản chất của chất làm thanh. – Vậy chiều dài của thanh kim loại ở nhiệt độ t được xác định như thế nào ? Hoạt động 3. Xây dựng công thức độ nở khối Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Cá nhân giải bài tập, đại diện lên bảng trình bày bài làm. Khi nhiệt độ tăng thì kích thước của vật rắn theo các phương đều tăng theo định luật của sự nở dài vừa khảo sát, nên thể tích của vật tăng lên. Đó là sự nở thể tích hay sự nở khối. Nếu gọi V0 là thể tích của vật rắn ở 0oC thì ở toC thể tích V của vật rắn được xác định như thế nào ? Yêu cầu HS giải bài tập : Một vật rắn hình lập phương, ở nhiệt độ 0oC có cạnh là l0 và thể tích là V0. Xác định thể tích của vật rắn ở nhiệt độ t. Biết rằng hệ số nở dài của vật rắn là a. Ta có V = l3 Vì a <<1 nên ta có thể bỏ qua hai số hạng cuối trong biểu thức. Vậy thể tích của vật rắn ở nhiệt độ t là: V = V0(1 + 3t) Đặt = (2) ta có : V = V0(1 + (3) Định hướng của GV : – Muốn xác định được thể tích của vật rắn lập phương ta phải áp dụng công thức nào ? – Cạnh của vật rắn ở nhiệt độ t được xác định thế nào ? – Vì a rất nhỏ nên ta có thể coi những số hạng nào bằng không ? b gọi là hệ số nở khối, có đơn vị là độ–1 hay K–1. Hoạt động 4. Tìm hiểu hiện tượng nở vì nhiệt trong kĩ thuật Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Vì băng kép được cấu tạo bằng hai băng kim loại có hệ số nở vì nhiệt khác nhau và ghép sát với nhau. Khi nóng lên, do sự nở dài không giống nhau của hai băng kim loại, mà băng kép bị uốn cong làm hở mạch điện đi qua băng kép. – Ví dụ : Phải để khoảng hở ở chỗ hai vật nối đầu nhau như chỗ nối hai thanh ray đường sắt, chỗ đầu chân cầu... – Nếu không chọn vật liệu làm đuôi bóng điện có hệ số nở vì nhiệt bằng hệ số nở vì nhiệt của thủy tinh thì khi bóng đèn sáng sẽ nóng làm cho thủy tinh làm bóng đèn và đuôi bóng đèn nở không đều, dẫn đến hỏng bóng đèn. Vật rắn khi nở ra hay co lại đều tạo nên một lực khá lớn tác dụng lên các vật khác tiếp xúc với nó. Vì vậy người ta phải chú ý tới sự nở vì nhiệt trong kĩ thuật. Người ta vừa ứng dụng lại vừa phải đề phòng sự nở vì nhiệt. – Yêu cầu HS giải thích cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của rơ le nhiệt. – Lấy ví dụ và giải thích về việc đề phòng sự nở vì nhiệt trong đời sống. – Giải thích tại sao khi làm bóng điện người ta chọn vật liệu làm đuôi bóng có hệ số nở vì nhiệt bằng hệ số nở vì nhiệt của thuỷ tinh ? Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Sự nở dài là gì ? Viết công thức của sự nở dài và sự nở khối ? Nêu ý nghĩa của các đại lượng vật lí trong các công thức đó ? – Giải thích tại sao trên các ống dẫn dài như ống dẫn khí, dẫn nước người ta phải tạo các vòng tròn trên đó ? Làm bài tập về nhà 1, 2, 3 SGK Bài 53 Chất lỏng Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Hiểu được cấu trúc của chất lỏng và chuyển động nhiệt trong chất lỏng. – Đề xuất được phương án thí nghiệm kiểm tra xem mặt ngoài của chất lỏng có tác dụng lên vật tiếp xúc với đường giới hạn của nó. – Xác định được phương, chiều của lực căng bề mặt. – Dự đoán được các vị trí tồn tại lực căng bề mặt trên mặt chất lỏng và nêu cách kiểm tra. – Dự đoán được lực căng bề mặt phụ thuộc vào những yếu tố nào? Đề suất được phương án thí nghiệm kiểm tra. – Biết vận dụng kiến thức về phương chiều của lực căng bề mặt, các vị trí tồn tại lực căng bề mặt để suy ra được một số hiện tượng mà học sinh chưa từng biết. – Nêu được ý nghĩa của suất căng mặt ngoài. 2. Về kĩ năng – Giải thích các hiện tượng vật lí có liên quan. – Làm các bài tập về hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. II – Chuẩn bị Giáo viên – Dụng cụ làm thí nghiệm như hình 53.1, 53.2 SGK và dụng cụ làm thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề bao gồm : 1 lưỡi dao cạo, một cốc nước 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 thức được vấn đề cần nghiên cứu. – Trong trò chơi thổi bong bóng xà phòng, các em đều quan sát thấy bong bóng xà phòng có dạng hình cầu. Vì sao bong bóng xà phòng lại có dạng hình cầu ? – Quan sát mặt ao hồ thì ta thấy những con côn trùng nhỏ như ruồi muỗi bị rơi xuống nước tuy chúng không bị chìm sâu xuống nước nhưng chúng rất khó thoát ra khỏi mặt nước. Còn con nhện nước thì có thể đứng và di chuyển trên mặt nước một cách dễ dàng. Vì sao lại có hiện tượng đó ? – Giáo viên vừa làm thí nghiệm vừa nêu hiện tượng : Một lưỡi dao cạo khô đặt nằm ngang trên mặt nước thì nổi nhưng khi đặt nghiêng trên mặt nước thì chìm. Vì sao ? Tất cả các hiện tượng kể trên đều liên quan tới mặt ngoài chất lỏng: đó là hiện tượng căng mặt ngoài. Vậy hiện tượng căng mặt ngoài là gì ? Nó phụ thuộc những yếu tố nào ? Hoạt động 2. Nghiên cứu sự tồn tại của lực căng bề mặt ở đường giới hạn của mặt thoáng chất lỏng. Cá nhân đọc SGK để thu thập thông tin về cấu trúc của chất lỏng. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Cá nhân quan sát GV làm thí nghiệm. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Cá nhân trả lời : Từ F = sl Vậy đơn vị của s là N/m. Yêu cầu HS đọc SGK mục 1. GV tiến hành thí nghiệm như hình 53.1 SGK cho HS quan sát. Thông báo : Mỗi khối chất lỏng được giới hạn bởi một bề mặt rõ rệt. Có nhiều hiện tượng liên quan đến bề mặt đó, hiện tượng cái đinh nổi trên mặt nước như trong thí nghiệm trên có liên quan đến một hện tượng, gọi là hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. GV tiến hành thí nghiệm với màng xà phòng như ở hình 53.2 SGK. GV thông báo khái niệm lực căng bề mặt. Độ lớn của lực căng bề mặt F tác dụng lên một đoạn thẳng có độ dài l của đường giới hạn bề mặt tỉ lệ với độ dài l. Biểu thức : F = sl Trong đó s là hệ số căng bề mặt (hay suất căng bề mặt) của chất lỏng. Hệ số này phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng. – Từ biểu thức lực căng bề mặt, hãy xác định đơn vị của hệ số căng bề mặt của chất lỏng ? Hoạt động 3. Xác định phương chiều của lực căng bề mặt Dựa vào kết quả thí nghiệm, HS thảo luận trong nhóm và có thể trả lời được : Thanh trượt chuyển động theo một đường thẳng vuông góc với nó và nằm trong màng xà phòng. Do đó, lực căng bề mặt có phương vuông góc với thanh trượt và nằm trong màng xà phòng. – Phương và chiều của lực căng bề mặt được xác định như thế nào ? Định hướng của GV : – Trong thí nghiệm trên, phương và chiều chuyển động của thanh trượt CD trùng với phương và chiều của lực căng bề mặt. HS có thể trả lời: Thanh chuyển động trượt trên khung. Quan sát GV làm thí nghiệm. Trả lời : Tại mỗi vị trí trên quỹ đạo phương chuyển động của thanh tiếp tuyến với quỹ đạo. Vậy phương chuyển động của thanh trượt vuông góc với thanh và tiếp tuyến với màng xà phòng và do đó phương của lực căng bề mặt cũng vuông góc với thanh và tiếp tuyến với màng xà phòng. Phương của lực căng bề mặt vuông góc với đường giới hạn và tiếp tuyến với mặt ngoài chất lỏng. – Chiều của lực căng bề mặt hướng về phía có màng xà phòng. HS không thấy được ngay phương của lực căng bề mặt tiếp tuyến với mặt thoáng. Do đó GV nêu ra một trường hợp khác, yêu cầu HS phải dự đoán kết quả. HS được đặt vào tình huống có vấn đề tiếp theo : – ở đây, màng xà phòng dường như là một mặt phẳng nên ta có thể xác định được một đường thẳng vuông góc với thanh và nằm trong mặt phẳng đó. Nhưng nếu màng xà phòng ở chỗ tiếp xúc với đường giới hạn là một mặt cong thì thanh sẽ chuyển động như thế nào và phương của lực căng bề mặt ở mỗi điểm được xác định như thế nào ? GV đưa ra khung kim loại cong có thanh trượt cho HS quan sát. GV tạo màng xà phòng trong khung và thả tay giữ thanh trượt. – Quỹ đạo chuyển động của thanh là một đường cong. Như vậy, phương chuyển động của thanh tại mỗi vị trí trên quỹ đạo được xác đinh như thế nào ? – Hãy rút ra kết luận tổng quát về phương của lực căng bề mặt ? Chiều của lực căng bề mặt được xác định như thế nào ? – Màng xà phòng luôn có xu hướng thu nhỏ diện tích lại. Thông báo : trường hợp màng xà phòng là màng cong thì đường thẳng biểu diễn phương của lực căng bề mặt không nằm trong màng xà phòng, do đó không thể xác định như vậy được. Định hướng của GV : – Lực căng bề mặt lên đường giới hạn có tác dụng gì tới mặt ngoài chất lỏng ? Qua đó, hãy cho biết chiều của lực căng bề mặt được xác định như thế nào ? – Trong các thí nghiệm ta thấy màng xà phòng luôn có xu hướng gì ? – Lực căng bề mặt tác dụng lên đường giới hạn làm cho màng xà phòng có xu hướng co lại. – Lực căng bề mặt có chiều sao cho tác dụng của nó làm giảm diện tích mặt thoáng của chất lỏng. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Màng xà phòng có thể thu nhỏ diện tích lại là do nguyên nhân nào ? – Vậy có t