Giáo án môn Vật lý 10 - Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

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 Ngày 07 tháng03 năm 2012 Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (2 Tiết ) I. MỤC TIÊU - Kiến thức cơ bản Phát biểu và viết được nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu được tên, đơn vị và qui ước về dấu của các đại lượng trong hệ thức. Phát biểu được nguyên lí II Nhiệt động lực học. - Kỹ năng Vận dụng được nguyên lí Inhiệt động lực học cho các quá trình biến đổi trạng thái chất khí, viết cho quá trình đẳng tích. Giải các bài tập đơn giản. 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 - Nội năng là gì? - Làm thế nào để thay đổi năng? - Hãy chứng tỏ nội năng của lượng khí lí tưởng phỉ phụ thuộc nhiệt độ. Câu hỏi phụ: Nhiệt lượng là gì? Viết biểu thức, giải thích các đại lượng trong biểu thức. 2. Giới thiệu bài mới Đồng thời với việc tìm hiểu cơ chế vi mô của các hiện tượng nhiệt, người ta tiến hành nghiên cứu các hiện tượng này ở cấp độ vĩ mô, dựa trên ba khái niệm cơ bản là nội năng, công và nhiệt lượng và đã vận dụng thành công những kết quả nghiên cứu này vào khoa học, công nghệ và đời sống. Một trong những thành tựu nghiên cứu quan trọng nhất trong lĩnh vực này là việc tìm ra các nguyên lí của nhiệt động lực học. 3. Dạy bài mới Nội dung lưu bảng Thời gian Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I – Nguyên lí I nhiệt động lực học (NĐLH) 1. Phát biểu nguyên lí Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. ¯ Qui ước về dấu A và Q: +Q>0: Hệ nhận nhiệt lượng. + Q<0: Hệ truyền nhiệt lượng. + A>0: Hệ nhận công. +A<0: Hệ thực hiện công. 2. Vận dụng - Vận dụng nguyên lí I NĐLH vào quá trình đẳng tích. - Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt â Bài tập vận dụng: 25 phút 15 phút - Bây giờ thầy có một khối khí xác định, thầy cho khối khí này chuyển từ trạng thái I sang trạng thái II bằng cách thầy đem nung hoặc là nén khối khí lại. Một em cho thầy biết ở trạng thái thứ II khối khí đã thay đổi cái gì? - Nguyên nhân nào đã làm nội năng của khối khí thay đổi? - Vậy chúng ta thấy giữa nội năng, công và nhiệt lượng có mối liên hệ với nhau. Mối liên hệ giửa các đại lượng làm biến đổi nội năng gọi là nguyên lí I của NĐLH. - Một em cho thầy biết chúng ta đã được học những định luật bảo toàn nào rồi? - Chúng ta thấy định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã được vận dụng thành công trong cơ học, nguyên lí I của NĐLH chính là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào cá hiện tượng nhiệt. - Xét trường hợp đơn giản.Thầy có khối khí đựng trong xi lanh có pít tông di chuyển được, thầy truyền nhiệt cho khối khí này bằng cách đôt nó lên. Các em hãy dự đoán xem chuyện gì sẻ xãy ra? - Nếu thầy gọi Q là nhiệt lượng truyền cho chất khí, là độ tăng nội năng của chất khí và A là công chất khí thực hiên lên pít tông thì theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ta có được mối liên hệ giữa 3 đại lượng này như thế nào? - Bây giờ cũng khối khí đó, thầy không truyền nhiệt nửa mà thầy ấn pít tông xuống để nén khối khí lại. Các em hãy suy nghỉ và cho thầy biết những đại lượng nào của khối khí đã thay đổi? - Theo định luật bảo toàn, công mà thầy truyền cho khối khí đã chuyển hóa thành gì rồi? Và mối liên hệ giữa các đại lượng được thể hiện như thế nào? - Cũng khối khí đó thầy vừa nén và nung khối khí, áp dụng định luật bảo toàn các em hãy viết biểu thức thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng cho thầy? - Từ công thức này các em hãy phát biểu thành lời? - Đây chính là nội dung của nguyên lí I NĐLH. Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. - Với quy ước về dấu thích hợp, hệ thức trên có thể diễn đạt các quá trình biến đổi trạng thái như 2 ví dụ mà chúng ta đã xét. Từ đây chúng ta có quy ước về dấu. - Ở ví dụ thứ nhất, một em hãy cho thầy biết khối khi của chúng ta nhận nhiệt hay tỏa nhiệt? Khối khí đã nhận công hay thực hiện công? Dấu của Q và A như thế nào? - Tương tự ở ví dụ thứ 2? Quy 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 hiên công. - Các em hoàn thành câu hỏi C1 trong SGK cho thầy? - Một em hãy nhận xét câu trả lời của bạn. - Hai em một nhóm hãy hoàn thành câu hỏi C2 trong vòng 1 phút? - Nhận xét câu phần trả lời của học sinh. - Sau đây chúng ta vận dụng nguyên lí I NĐLH vào các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. - Xét quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định. - Một em hãy nhắc lại cho thầy, thế nào là quá trình đẳng tích? Cho thầy 1 ví dụ? - Thầy xét khối khí nung nóng trong một một xi lanh có pít tông bị khóa chặt. Vậy đây là quá trình gì? Một em cho thầy biết khối khí có thực hiên công không? Vì sao? - Viết biểu thức nguyên lí I NĐLH cho quá trình này? - Nêu ý nghĩa vật lí của biểu thức vừa thu được? Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt. - Bài tập vận dụng: Như ví dụ trong SGK với các đại lượng như sau: Q = 8 J; S = 6cm; F = 50N. - Nội năng của khối khí đã thay đổi. (Có thể học sinh nói V,p,T của khối khí thay đổi, thay đổi V,T chính là thay đổi nội năng). - Nén => thực hiện công. - Nung => truyền nhiệt. - Bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng. - Nghe và tiếp thu. - Chất khí nóng lên, nở ra, đẩy pít tông lên, thực hiện công. - hay - V khối khí giảm, tăng, T tăng tức là Q tăng. - hay - - Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. - Khối khí nhận nhiệt, Q>0 - Khối khí thực hiện công, A<0 - Khối khí nhận công, A>0 - Khối khí tỏa nhiệt, Q<0 - Q>0; A0. - Thảo luận nhóm. - Cá nhân trả lời. - Quá trình đẳng tích; khối khí không thực hiện công, vì pít tông đã bị khóa chặt. - - Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt - Cá nhân làm sau đó lên bảng trình bài. II – Nguyên lí II nhiệt động lực học 1. Nguyên lí II nhiệt động lực học a/ Cách phát biểu của Clau-di-út Nhiệt không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn. b/ Cách phát biểu của Các-nô Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. 2. Vận dụng Cấu tạo cơ bản của động cơ nhiệt: - Nguồn nóng: để cung cấp nhiệt lượng. - Bộ phận phát động: nhận nhiệt sinh công. - Nguồn lạnh: thu nhiệt do tác nhân tỏa ra. - Hiệu suất: - Trong đó: + (J): Nhiệt lượng lấy từ nguồn nóng. + (J): Nhiệt lượng nhườn cho nguồn lạnh. + : Công có ích của động cơ. ï Củng cố và vận dụng: 15 phút 15 phút 10 phút - Trong tự nhiên có nhiều quá trình chỉ có thể tự xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại mặc dù điều này không vi phạm nguyên lí I NĐLH. - Thầy ví dụ, thầy thả viên phấn rơi, lúc này cơ năng của viên phấn chuyển hóa thành nội năng của viên phấn và không khí xung quanh. Trong quá trình này năng lượng được bảo toàn. Tuy nhiên lúc này viên phân có thể tự lấy nội năng của mình và không khí xung quanh để trở lại độ cao mà thầy vừa thả không? - Xét trường hợp thầy có một chậu nước ở nhiệt độ bình thường, thầy thả một miến kim loại đang nóng ở 1000C. Một em cho thầy biết điều gì sẽ xảy ra? - Vậy có khi nào miến kim loại nóng thêm còn nhiệt độ của nước giảm thêm không? - Từ đây một em cho thầy nhận xét. Nhiệt không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn. Đây cũng là một trong các cách phát biểu của nguyên lí II NĐLH. - Các em hãy cho thầy một vài ví dụ khác trong quá trình tuyền nhiệt. - Hai em một nhóm hoàn thành câu hỏi C3 trong SGK cho thầy. - Nhóm khác hãy nhận xét câu trả lời của nhóm bạn? - Ngoài cách phát biểu của Clau-di-ut chúng ta còn có cách phát biểu của Các-nô về nguyên lí II NĐLH. Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. - Hai em một nhóm hoàn thành câu hỏi C4 trong SGK. - Nhóm nào có thể chứng minh được, cách phát biểu trên không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng? - Nhóm khác hãy nhận xét phần trả lời của nhóm bạn đã đúng chưa? Bạn giải thích như vậy đã hợp lí chưa? - Nhận xét câu trả lời của học sinh. - Bây giờ chúng ta vận dụng nguyên lí II để giải thích cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt. Hình dung một động cơ nhiệt đơn giản nh- sau : Trong một xilanh có một lượng khí xác định (được gọi là tác nhân sinh công), đang ở trạng thái 1. Muốn cho khí trong xilanh giãn nở sinh công cần cho khí tiếp xúc với một nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn nó (nguồn nóng). Khí thu nhiệt lượng Q1 và thực hiện công A1 và chuyển sang trạng thái 2. Để cho động cơ nhiệt tiếp tục hoạt động ta phải đưa khí về lại trạng thái ban đầu. Muốn vậy, ta phải nhờ ngoại lực nén píttông về vị trí đầu và tốn công A2. Để được lợi về công thì A2 < A1. Muốn thực hiện được điều này phải cho khí trong xilanh khi nén tiếp xúc với nguồn có nhiệt độ thấp hơn nó, trong quá trình này chất khí nhường nhiệt lượng Q2 cho nguồn lạnh và nhận công A2. - Cấu tạo của động cơ nhiệt phải gồm những bộ phận nào? - Chúng ta có công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt: - Nêu tên đơn vị các đại lượng có mặt trong biểu thức. - Củng cố và vận dụng: - Một em hãy nhắc lại nguyên lí I và II NĐLH cho thầy? - Các em hãy đọc và làm bài tập 8 trong SGK. Sau 5 phút em nào có thể lên bảng giải được thầy sẽ cho điểm, nếu làm không được thầy sẽ gợi ý. - Thầy gợi ý: một em hãy viết cho thầy công thức tính công? - Trong quá trình này khối khí của chún ta nhận nhiệt hay tỏa nhiệt? Nhận công hay sinh công? Vậy dấu của Q và A như thế nào? - Học sinh tiếp nhận vấn đề. - Nước nóng lên, miến kim loại nguội đi. - Không thể. - Nhiệt không thể truyền từ một vật sang vật nóng hơn. - Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. - Cá nhân cho ví dụ. - Hai em một nhóm thảo luận và trả lời. - Nhóm khác nhận xét. - Học sinh thừa nhận và ghi nhớ - Một em đại diện trả lời câu hỏi của nhóm mình thảo luận. - Nhóm khác nhận xét. + (J): Nhiệt lượng lấy từ nguồn nóng. + (J): Nhiệt lượng nhườn cho nguồn lạnh. + : Công có ích của động cơ. - A=Fs=pV. Q>0,A<0. 4. Củng cố kiến thức: - Bài học hôm nay các em cần nắm được những nội dung chính sau: + Phát biểu và viết được nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu được tên, đơn vị và qui ước về dấu của các đại lượng trong hệ thức. +Vận dụng được nguyên lí I nhiệt động lực học cho các quá trình biến đổi trạng thái chất khí, viết cho quá trình đẳng tích. Giải các bài tập đơn giản. + Phát biểu được nguyên lí II Nhiệt động lực học. 5. Bài tập về nhà: + Về làm các bài tập trong SGK. Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thanh Thủy Ngày soạn 07 thang 03 nam 2012 Người soạn Ngày duyêt:............................................ Chữ ký: ................................................. Lâm Văn Đang