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

GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Họ và tên sinh viên thực tập: Châu Thị Kim Huệ Khoa: Vật Lý Trường thực tập: THPT Chuyên Trần Đại Nghĩa Lớp thực tập: 10A2 Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Thầy Văn Đức Thái Bài 31: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG (tiết 1) (SGK Vật lý 10 cơ bản) I. MỤC TIÊU: 1.Về kiến thức: - Từ các phương trình của định luật Bôilơ-Mariốt và định luật Sáclơ xây dựng được phương trình Claperôn 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 hệ thức liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp - Nhận dạng được đường đẳng áp trong các hệ tọa độ (p,T), (p,V), (V,T). - Hiểu ý nghĩa vật lý của “ độ không tuyệt đối ”. 2.Về kĩ 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 Claperôn để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. - Vẽ đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p,v) và đường đẳng tích trong hệ toạ độ (p,v). - Vẽ được đường đẳng áp trong các hệ tọa độ (p,T), (V,T), (p,T) 3.Về thái độ: - Hứng thú trong học tập vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với những đóng góp vật lý cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học. - Có tác phong tỉ mỉ ,cẩn thận, chính xác. II. CHUẨN BỊ: 1.Giáo viên: - Một số ví dụ về quá trình đẳng áp. - Phiếu học tập. 2.Học sinh: - Ôn lại các bài 29 và 30. - Bảng hoạt động nhóm. III. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY: Phương pháp thuyết trình. Phương pháp dạy học nêu vấn đề. Phương pháp đàm thoại. Phương pháp trình bày trực quan. Phương pháp tích cực hóa học sinh (thảo luận và làm việc theo nhóm) dưới sự chỉ dẫn của giáo viên. IV. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: 1.Hoạt động 1(5 phút): Ổn định lớp. Kiểm tra bài cũ. Đặt vấn đề. Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Kiểm tra bài cũ: + Phát biểu định luật Boyle-Mariotte và viết biểu thức? +Phát biểu định luật Charles và viết biểu thức? - Định luật Boyle-Mariotte và định luật Charles chỉ xác định mối liên hệ giữa hai trong ba thông số trạng thái của một lượng khí khi thông số còn lại không đổi. Trong thực tế thường xảy ra các quá trình trong đó cả ba thông số p,V,T đều biến thiên phụ thuộc lẫn nhau.Các em hãy nhìn vào hình 31.1, khi ta nhúng một quả bóng bàn bẹp vào nước nóng, quả bóng phồng lên như cũ.Trong quá trình này ,cả nhiệt độ , thể tích và áp suất của lượng khí chứa trong quả bóng đều thay đổi. Vậy phương trình nào xác định mối liên hệ giữa ba thông số của lượng khí này? Bài học hôm nay sẽ giúp chúng ta hiểu rõ điều đó. Chúng ta sang bài 31. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Trả lời: + Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. Biểu thức: pV = const + Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biểu thức: = const - Lắng nghe Bài 31: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG 2.Hoạt động 2(5 phút): Phân biệt khí thực và khí lý tưởng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung kiến thức - Trước hết chúng ta cùng phân biệt khí thực và khí lý tưởng. - Nhắc lại định nghĩa khí lý tưởng? - Đọc SGK và trả lời các câu hỏi sau: + Khí trong tự nhiên có tuân theo định luật Bôilơ-Mariốt và định luật Sáclơ hay không? ( Nhấn mạnh:chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật chất khí.) + Trong trường hợp nào có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng? - Nhận xét , bổ sung (Ở những điều kiện áp suất và nhiệt độ thông thường 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.) -Chất khí trong đó các phân tử được xem là chất điểm và chỉ tương tác với nhau khi va chạm - Trả lời - Trả lời I. Khí thực và khí lí tưởng. - Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật chất khí. - Ở những điều kiện áp suất và nhiệt độ thông thường có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng. 3.Hoạt động 3(20 phút):Xây dựng phương trình trạng thái của khí lí tưởng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung kiến thức *Mục II chúng ta cùng xây dựng phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Để lập phương trình này ta chuyển lượng khí từ trạng thái 1(p1,V1,T1) sang trạng thái 2(p2,V2,T2) thông qua trạng thái trung gian 1’(p1’,V2,T2). p1 p’1 p2 1 V1 1’ V2 2 V2 T1 T=hs T1 V=hs T2 - Hoàn thành yêu cầu C1? - Gợi ý: + Lượng khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’ , thông số nào không đổi và từ trạng thái 1’ sang trạng thái 2 thông số nào không đổi? Áp dụng định luật nào cho từng quá trình biến đổi trạng thái? - Hướng dẫn học sinh rút ra phương trình trạng thái. - Phương trình: p1V1/T1=p2V2/T2 cho mối liên hệ trực tiếp giữa các thông số của hai trạng thái hoàn toàn khác nhau của một lượng khí xác định. Đây là hai trạng thái bất kì nên phương trình đúng với mọi trạng thái. Vậy phương trình tổng quát có dạng như thế nào? - Lưu ý với học sinh: trong biểu thức tổng quát thì hằng số phụ thuộc vào khối lượng khí đang xét. -Giới thiệu nhanh lịch sử ra đời và đặt tên của phương trình. - Gỉa sử V1T1, hãy biểu diễn quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 trong hệ toạ độ (p,V)?( vẽ trục toạ độ lên bảng ). - Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị: + Hãy xác định các điểm biểu diễn trạng thái 1 và 2 (gợi ý học sinh xác định). + Xác định điểm biểu diễn trạng thái 1’ ( gợi ý học sinh xác định). + Vẽ đường biểu diễn sự biến đổi trạng thái 1 sang trạng thái 1’ và từ trạng thái 1’ sang trạng thái 2. - Nhận xét, kết luận. - Lượng khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’ bằng quá trình đẳng nhiệt: p1V1=p1’V2 - Lượng khí chuyển từ trạng thái 1’ sang trạng thái 2 bằng quá trình đẳng tích. - Từ (1) và (2) ta có: hay := hằng số - Hoạt động nhóm , vẽ trên bảng của nhóm. II.Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. p1 p’1 p2 1 V1 1’ V2 2 V2 T1 T=hs T1 V=hs T2 - Áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt : p1V1 = p1’V2 (a) - Áp dụng định luật Sáclơ: (b) - Từ (a) và (b) ta có: - Tổng quát: = hằng số Phương trình trạng thái của khí lí tưởng (phương trình Claperon). -Đồ thị. 4.Hoạt động 4(13 phút):Vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung kiến thức - Yêu cầu học sinh làm bài tập trong phiếu học tập. Bài 1: Một lượng khí đựng trong một xilanh có pit-tông chuyển động được. Các thông số trạng thái của lượng khí này là : 2 atm, 15 lit, 300 K. Khi pit-tông nén khí, áp suất của khí tăng lên tới 3,5 atm, thể tích giảm còn 12 lit. Xác định nhiệt độ của khí nén? - Gợi ý: + Xác định các thông số ở trạng thái 1 và 2. + Sử dụng phương trình Claperon để tìm thông số còn lại. - Nhận xét và sữa bài giải. Bài 2: Trong quá trình nào sau đây, cả ba thông số trạng thái của một lượng khí xác định đều thay đổi ? Không khí bị nung nóng trong một bình đậy kín. Không khí trong một quả bóng bàn bị một học sinh dùng tay bóp bẹp. Không khí trong một xilanh được nung nóng, dãn nở và đẩy pit-tông dịch chuyển. Trong cả ba hiện tượng trên. - Yêu cầu học sinh chọn đáp án và giải thích . - Nhận xét , bổ sung. - Hoạt động nhóm, làm trên bảng nhóm. - Hoạt động nhóm, làm trên bảng nhóm. - Bài tập áp dụng. Giải bài 1: Tóm tắt: Trạng thái 1: p1= 2 atm V1= 15 lit ,T1= 300 K Trạng thái 2: p2= 3,5 atm V2= 12 lít, T2=? Áp d ụng: Thay số ta được: T2= 420K - Đáp án đúng câu C. 5.Hoạt động 5(2 phút):Củng cố bài học, dặn dò. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Bài học này học sinh cần nắm: - Phân biệt khí thực và khí lí tưởng. - Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng có thể rút ra biểu thức của định luật Bôilơ-Mariốt và biểu thức của định luật Sáclơ.Nếu thông số p không đổi mối quan hệ giữa V và T như thế nào ? - Làm các bài tập còn lại trong phiếu học tập và trong SGK. - Cá nhân củng cố bài học. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Châu Thị Kim Huệ GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Họ và tên sinh viên thực tập: Châu Thị Kim Huệ Khoa: Vật Lý Trường thực tập: THPT Chuyên Trần Đại Nghĩa Lớp thực tập: 10A2 Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Thầy Văn Đức Thái Bài 31: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG (tiết 2) (SGK Vật lý 10 cơ bản) I. MỤC TIÊU: 1.Về kiến thức: - Từ các phương trình của định luật Bôilơ-Mariốt và định luật Sáclơ xây dựng được phương trình Claperôn 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 hệ thức liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp - Nhận dạng được đường đẳng áp trong các hệ tọa độ (p,T), (p,V), (V,T). - Hiểu ý nghĩa vật lý của “ độ không tuyệt đối ”. 2.Về kĩ 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 Claperôn để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. - Vẽ đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p,v) và đường đẳng tích trong hệ toạ độ (p,v). - Vẽ được đường đẳng áp trong các hệ tọa độ (p,T), (V,T), (p,T) 3.Về thái độ: - Hứng thú trong học tập vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với những đóng góp vật lý cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học. - Có tác phong tỉ mỉ ,cẩn thận, chính xác. II. CHUẨN BỊ: 1.Giáo viên: - Một số ví dụ về quá trình đẳng áp. - Phiếu học tập. 2.Học sinh: - Ôn lại các bài 29 và 30. - Bảng hoạt động nhóm. III. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY: Phương pháp thuyết trình. Phương pháp dạy học nêu vấn đề. Phương pháp đàm thoại. Phương pháp trình bày trực quan. Phương pháp tích cực hóa học sinh (thảo luận và làm việc theo nhóm) dưới sự chỉ dẫn của giáo viên. IV. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ : Cho biết khí thực và khí lí tưởng khác nhau ở những điểm nào ? Viết phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Hoạt động 2 (20 phút) : Tìm hiểu quá trình đẳng áp. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh nêu khái niệm quá trình đẳng nhiệt. Hướng dẫn để học sinh xây dựng phương trình đẳng áp. Yêu cầu học sinh rút ra kết luận. Giới thiệu định luật Gay-luyt-xắc. Yêu cầu học sinh nêu khái niệm đường đẳng áp. Yêu cầu học sinh vẽ đường đẳng áp. Yêu cầu học sinh nhận xét về dạng đường đẳng áp. Yêu cầu học sinh nhận xét về các đường đẳng áp ứng với các áp suất khacs nhau. Tương tự quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích cho biết thế nào là quá trình đẳng áp. Xây dựng phương trình đẳng áp. Rút ra kết luận. Nêu khái niệm đường đẳng áp. Vẽ đường đẳng áp. Nêu dạng đường đẳng áp. Nhận xét về các đường đẳng áp ứng với các áp suất khác nhau. III. Quá trình đẳng áp. 1. Quá trình đẳng áp. Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi. 2. Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp. Từ phương trình , ta thấy khi p1 = p2 thì => = hằng số. Trong quá 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. Dạng đường đẳng áp : Trong hệ toạ độ OVT đường đẳng tích là đường thẳng kéo dài đi qua góc toạ độ. Ứng với các thể tích khác nhau của cùng một lượng khí ta có những đường đẳng áp khác nhau. Đường ở trên có áp suất nhỏ hơn. Hoạt động 3 (10 phút) : Tìm hiểu độ không tuyệt đối. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh nhận xét về áp suất và thể tích khi T = 0 và T < 0. Giới thiệu về độ không tuyệt đối và nhiệt độ tuyệt đối. Nhận xét về áp suất và thể tích khi T = 0 và T < 0. Ghi nhận độ không tuyệt đối và nhiệt độ tuyệt đối. IV. Độ không tuyệt đối. Từ các đường đẳng tích và đẳng áp trong các hệ trục toạ độ OpT và OVT ta thấy khi T = 0oK thì p = 0 và V = 0. Hơn nữa ở nhiệt độ dưới 0oK thì áp suất và thể tích sẽ só giá trị âm. Đó là điều không thể thực hiện được. Do đó, Ken-vin đã đưa ra một nhiệt giai bắt đầu bằng nhiệt độ 0oK và 0oK gọi là độ không tuyệt đối. Nhiệt độ thấp nhất mà cong người thực hiện được trong phòng thí nghiệm hiện nay là 10-9 oK. Hoạt động 4 (10 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản trong bài. Hướng dẫn để học sinh giải các bài tập 4, 5, 6 trang 165, 166 sách giáo khoa. Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tấp cuối chương 5 sách bài tập. Tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài. Giải các bài tập theo sự hướng dẫn của thầy cô. Ghi các bài tập về nhà. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Châu Thị Kim Huệ