Giáo án môn Vật lý 10 - Bài 31: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Trường: THPT Nguyễn Minh Quang Họ và tên Gsh: Lâm Văn Đang MSSV: 1080265 Lớp: 10T2 Môn: Vật Lí Họ và tên GVHD: Phạm Thanh Thủy Tiết thứ: 1 – 2 Ngày 25 tháng 02 năm 2012 Bài 31 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG (2 tiết) I. MỤC TIÊU - Kiến thức cơ bản + Từ các phương trình của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ xây dựng phương trình Cla-pê-rôn và từ biểu thức của phương trình này viết được biểu thức đặc trưng cho các đẳng quá trình. + Nêu được định nghĩa quá trình đẳng áp, viết được biểu thức liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ trong quá trình đẳng áp. Nhận biết được dạng của đường đẳng áp trong hệ tọa độ (V,T). + Hiểu ý nghĩa của “ Độ không tuyệt đối” và trình bài được ưu điểm của nhiệt giai Ken-vin. - Kỹ năng - Sử dụng phương pháp nghiên cứu sự phụ thuộc của một đại lượng đồng thời vào nhiều đại lượng khác. Cụ thể trong bài là sự phụ thuộc của p đồng thời vào V và T. - Vận dụng được phương trình Cla-pê-rôn để giải được các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. - Vận dụng được phương trình Cla-pê-rôn để giải được các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự, đặc biệt là bài tập về quá trình đẳng áp. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC 1. Phương pháp Diễn giảng, đọc sách, thảo luận nhóm, vấn đáp. 2. Phương tiện Sách giáo khoa, sách giáo viên, sách thiết bài giảng. III. NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH LÊN LỚP 1. Kiểm tra bài cũ Dự kiến kiểm tra bài 2 học sinh. Câu 1. Phát biểu nội dung và viết biểu thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt? Giải thích các đại lượng có mặt trong biểu thức? Câu 2. Đường đẳng nhiệt là gì? Hãy vẻ hình dạng của đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ(pOV)? Câu hỏi phụ: Hãy viết biểu thức của một lượng khí xác định trong quá trình đẳng nhiệt theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt? Câu 3. Phát biểu nội dung và viết biểu thức của định luật Sác-lơ? Giải thích các đại lượng có mặt trong biểu thức? Câu 4. Đường đẳng tích là gì? Hãy vẻ hình dạng của đường đẳng tích trong hệ tọa độ(pOT)? Câu hỏi phụ: Thế nào là đẳng quá trình? Có thể có bao nhiêu đẳng quá trình? 2. Giới thiệu bài mới Bài hôm trước ta chỉ xét quá trình thay đổi trạng thái của một lượng khí trong đó có một thông số trạng thái là hằng số, vậy khi cả ba thông số trạng thái cùng thay đổi thì có phương trình nào thể hiện mối liên hệ giữa chúng không? Để biết được điều này chúng ta vào bài học hôm nay. 3. Dạy bài mới Nội dung lưu bảng Thời gian Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Bài 31. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG I. Khí thực và khí lí tưởng - Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật đã học. - Khi không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể áp dụng các định luật về chất khí lí tưởng để tính áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí thực. II. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. à Xét 1 lượng khí xác định 1(p1,V1,T1) à 2(p2,V2,T2) p p22 (2) p1 p’ (1) T2 (1’) T1 V2 V1 O V + 1à1’: đẳng nhiệt p1V1 = p’V2 (1) + 1’à2: đẳng tích (2) (2)=> (3) Thế (3) vào (1) ta được: => (4) à Kết luận: Đối với một lượng khí xác định khi biến đổi trạng thái thì . - Phương trình (4) được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn. - Lưu ý: + , độ lớn của hằng số chỉ phụ thuộc vào lượng khí đang xét. + Với 1 mol khí thì = R = 8,31 J/(mol.K), R được gọi là hằng số của chất khí lí tưởng. à Bài tập áp dụng (Học sinh lên bảng trình bày). 10 phút 20 phút 10 phút - Một em hãy nhắc lại định nghĩa khí lí tưởng cho thầy? - Khí thực là gì? - Vậy khí thực và khí lí tưởng khác nhau ở điểm nào? - Chúng ta đã học 2 định luật về chất khí, đó là định luật nào vậy các em? - Có phải mọi chất khí đều tuân theo đúng 2 định luật này không? - Trong trường hợp nào có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng? Khi không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể áp dụng các định luật về chất khí lí tưởng để tính áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí thực. - Bây giờ thầy xét một lượng khí có trang thái 1(p1,V1,T1), bằng các đẳng quá trình, thầy làm cho lượng khí này chuyển sang trạng thái 2(p2,V2,T2) qua trang thái trung gian là 1’(p’,V2,T1) như sơ đồ h31.2 SGK. - Một em cho thầy biết khi chuyển từ trạng thái (1) sang trạng thái (1’) thì thông số nào không đổi? Vậy đây là quá trình gì? - Vậy ta sẽ sử dụng định luật gì tương ứng với đẳng quá trình này? Biểu thức của định luật? - Tương tự em nào có thể cho thầy biết, khi chuyển từ trạng thái (1’) sang trạng thái (2) thì thông số nào không đổi? và đây là quá trình gì? - Định luật và biểu thức áp dụng cho quá trình này là gì vậy? (Gọi một học sinh bất kì trong lớp trả lời). - Từ biểu thức (2) ta có p’ bằng gì các em? - Từ (1) và (3) ta rút ra được điều gì? - Từ biểu thức (4) một em hãy cho thầy nhận xét? - Phương trình (4) được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn. - Các em lưu ý: độ lớn của hằng số trong phương trình trạng thái khối lượng khí đang xét. - Với 1 mol khí thì = R = 8,31 J/(mol.K), R được gọi là hằng số của chất khí lí tưởng. - Bây giờ chúng ta vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để giải bài tập. - Các em hãy đọc bài tập ví dụ trong SGK và tóm tắt lại đề bài cho thầy. - Em nào có thể lên bảng trình bày bài làm cho thầy? (Nếu còn thời gian hướng dẫn cho các em làm tiếp bài 7 trong SGK) - Chất khí trong đó các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm được gọi là khí lí tưởng. - Chất khí tồn tại trong thực tế như ôxi, nitơ, cacbonic... - Khí thực có lực tương tác phân tử. - Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ. - Không. Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng 2 định luật này. - Khi sự khác biệt giữa khí thực và khí lí tưởng không lớn ở những nhiệt độ và áp suất thông thường, ta có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng. - Nghe và tiếp nhận vấn đề. - Nhiệt độ không đổi.-> Quá trình đẳng nhiệt. - Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. Biểu thức: p1V1 = p’V2 - Thể tích không đổi. -> Quá trình đẳng tích. - Định luật Sác-lơ. Biểu thức: - - Đối với một lượng khí xác định khi biến đổi trạng thái thì . - Nghe và ghi nhớ - Cá nhân làm bài tập và lên bảng trình bày. III. Quá trình đẳng áp 1. Quá trình đẳng áp Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp. + Trạng thái 1: p, V1,T1. + Trạng thái 2: p, V2,T2. 2. Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp. - Phương trình trạng thái của khí lí tưởng: - Khi p = const: â Định luật Gay Luy-xac: Trong qúa trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. 3. Đường đẳng áp Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. V O T p2 p1 p1 < p2 T1 T2 V0 Vì V1=V2=V0 T1<T2 => p1<p2 IV. “Độ không tuyệt đối” Không thể đạt tới 0 K và 0 K được gọi là độ không tuyệt đối. 5 phút 15 phút 10 phút 5 phút 10 phút - Một em hãy nhắc lại cho thầy và cả lớp biết, quá trình là gì? Đẳng quá trình là gì? - Vậy có thể có bao nhiêu đẳng quá trình vậy em? Đó là những đẳng quá trình nào? - Các đẳng quá trình nào mà ta đã được học rồi cả lớp? Còn quá trình nào mà ta chưa được học? Vậy tiết này chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình đẳng áp. - Dựa vào khái niệm đẳng quá trình, một em hãy phát biểu cho thầy quá trình đẳng áp là gì? - Em nào có thể lên bảng viết cho thầy các thông số trạng thái của hai trạng thái trong quá trình đẳng áp? - Chúng ta thấy từ trạng thái 1 chuyển sang trạng thái 2 thì áp suất không đổi, chỉ có V và T là thay đổi. Để biết được mối liên hệ giữa hai đại lượng này với nhau như thế nào chúng ta qua phần 2. - Em nào có thể lên bảng viết lại phương trình trạng thái của khí lí tưởng cho thầy. - Nếu thầy cho p1= p2 thì phương trình trạng thái của khí lí tưởng viết lại như thế nào? - Hãy phát biểu bằng lời biểu thức vừa thu được? Đó chính là nội dung của định luật Gay Luy-xac được tìm ra bằng thực nghiệm năm 1802. - Tương tự như đường đẳng nhiệt và đường đẳng tích, trong quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí xác định khi p = const sẽ được biểu diễn bằng đường gì? - Đường đẳng áp là gì? - Dựa vào khái niệm đường đẳng áp, một em hãy lên bảng vẽ đường đẳng áp cho thầy trong hệ tọa độ (V,T)? - Chứng minh p1<p2: + Kẻ một đường song song với trục T + Vì V1=V2=V0 T1<T2 => p1<p2 - Các em hãy quan sát hình 31.4 trong SGK và cho thày biết, khi T = 0 thì V,p sẽ như thế nào? - Vì vậy không thể đạt tới 0 K và 0 K được gọi là độ không tuyệt đối. Bài tập: Một lượng khí đựng trong một xilanh có pit-tông chuyển động được. Các thông số trạng thí của lượng khí này là 2 at, 15 lít, 300 K. Khi pit-tông nén khí, áp suất của khí tăng lên tới 3,5 at, thể tích giảm còn 12 lít. Xác định nhiệt độ của khí nén. - Cá nhân tiếp thu câu hỏi và trả lời. - Có 3 đẳng quá trình: Đẳng T, đẳng V, đẳng p. - Gọi một học sinh trả lời. - Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp. + Trạng thái 1: p, V1,T1. + Trạng thái 2: p, V2,T2. - Trong qúa trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. - Đường đẳng áp. - Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. V O T p - Khi T=0 thì V=0,p=0. => Vô lí. - Trang thái 1: p1=2 at, V1=15 lít, T1=300K. - Trạng thái 2: p2=3,5 at, V2=12 lít, T2=? => T2 = 420 K. 4. Củng cố kiến thức: - Bài học hôm nay các em cần nắm được những nội dung chính sau: + Xây dựng được phương trình trạng thái khí lí tưởng. + Nêu được định nghĩa quá trình đẳng áp, viết được biểu thức liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ trong quá trình đẳng áp. Nhận biết được dạng của đường đẳng áp trong hệ tọa độ (V,T). + Hiểu ý nghĩa của “ Độ không tuyệt đối”. - Tự đọc phần ghi nhớ 5. Bài tập về nhà: + Về làm bài tập trong SGK. Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thanh Thủy Ngày soạn 22 thang 02 nam 2012 Người soạn Ngày duyêt:............................................ Chữ ký: ................................................. Lâm Văn Đang