Giáo án môn Vật lý 10 - Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Ngày soạn : 11/02/2012 Ngày dạy : 27/02/2012 Tiết dạy: tiết 3 (chiều) Lớp dạy : 10/12 Người dạy : Trần Trọng Công Người dự : Thầy Phạm Khắc Chính Tên bài dạy : PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 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 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 Claperôn để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. - Vẽ được 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) II – CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên: - Dụng cụ đẻ làm thí nghiệm ở hình 31.1 SGK (nếu có). - Chuẩn bị một số ví dụ về quá trình đẳng áp. 2. Học sinh: - Ôn lại kiến thức của bài 29 và 30. NỘI DUNG VIẾT BẢNG TIẾT 51 - BÀI 31 : PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG (tiết 1) I. Khí thực và khí lí tưởng. - Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật về chất khí. - Ở những điều kiện áp suất và nhiệt độ thông thường có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng. II. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Từ định luật Bôilo-Mariot và định luât Saclo dể dàng chứng minh được hay Đây là phương trình trạng thái của khí lí tưởng (phương trình Claperon). - Đồ thị biểu diển quá trình biến đổi trạng thái (từ (1) sang (1’) sang (2)) trong hệ tọa độ (p,V) * Vận dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng: 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, 3000 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? Tóm tắt: Cho: Trạng thái 1: p1= 2 atm, V1= 15 lit, T1= 3000 K Trạng thái 2:p2= 3,5 atm, V2= 12 lít. Hỏi: T2=? Bài giải: Áp dụng phương trạng thái của khí lý tưởng: Bài 2: Một cái bơm chứa 60 không khí ở nhiệt độ , và áp suất Pa.Tính áp suất của khí trong bơm khi không khí trong bơm bị nén xuống còn 20 và nhiệt độ tăng lên . Tóm tắt: Cho: Trạng thái 1: T1 = 273 + 37 = 310 0K, V1 = 60cm3, P1 = 2.105 Pa Trạng thái 2: T2 = 273 + 59 = 332 0K, V2 = 20cm3 Hỏi: P2 = ? Bài giải: Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng Câu 3: Hệ thức không phù hợp với phương trình trạng thái khí lí tưởng là: A. hằng số B. C. D. .đáp án đúng là D III – TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC: Hoạt động 1: (5 phút) Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh + 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. + 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 Hoạt động 2:(5 phút) Phân biệt giữa khí thực và khí lý tưởng: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - 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? + Trong trường hợp nào có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng? - Nhận xét , bổ sung - 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. + 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. Hoạt động 3: (20 phút) Xây dựng phương trình trạng thái khí lý tưởng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - 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’(p’,V’,T1). p1 p’ p2 1 V1 1’ V’ 2 V’ T1 T=hs T1 V=hs T2 - 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. -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. - Từ trạng thái (1) (p1,V1,T1)sang trạng thái (1’) (p’,V’,T1) là qt đẳng nhiệt nên ta có: - Áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt ta có: Þ p1V1= p’V’Þ p’ = (1) - Từ trạng thái (1’) (p’,V’,T1) sang trạng thái (2) (p2,V2,T2) : đẳng tích - Áp dụng định luật Sáclơ: Þ Þ p’ = (2) - Từ (1) và (2) ta có: = Û hay - Tiến hành vẽ đồ thị theo sự hướng dẫn của GV Hoạt động 4:(13 phút) vận dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 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? - Yêu cầu HS chép bài tập, đọc kỷ yêu cầu của bài toán và tìm ra phương pháp giải. - Gọi 1 hs tóm tắt lại bài toán. - Gọi 1 Hs lên bảng giải bài toán. - GV nhận xét Bài 2: Một cái bơm chứa 60 không khí ở nhiệt độ , và áp suất pa. Tính áp suất của khí trong bơm khi không khí trong bơm bị nén xuống còn 20 và nhiệt độ tăng lên . - Yêu cầu HS chép bài tập, đọc kỷ yêu cầu của bài toán và tìm ra phương pháp giải. - Gọi 1 hs tóm tắt lại bài toán. - Gọi 1 Hs lên bảng giải bài toán. - GV nhận xét Câu 3: Hệ thức không phù hợp với phương trình trạng thái khí lí tưởng là: A. hằng số B. C. D. - HS giữ trật tự, chép bài tập và tìm phương pháp giải bài tập - HS lên bảng tóm tắt lại bài toán(2 phút) - HS lên bảng giải bài toán (3 phút) - Tóm tắt: Cho: Trạng thái 1: p1= 2 atm, V1= 15 lit, T1= 3000K Trạng thái 2:p2= 3,5 atm, V2= 12 lít. Hỏi: T2=? Bài giải: Áp dụng phương trạng thái của khí lý tưởng: - Hs tiếp thu, ghi nhớ và chép bài vào vở. - HS giữ trật tự, chép bài tập và tìm phương pháp giải bài tập - HS lên bảng tóm tắt lại bài toán(2 phút) - HS lên bảng giải bài toán (3 phút) - Tóm tắt: Cho: Trạng thái 1: T1 = 273 + 37 = 3100K, V1 = 60cm3, P1 = 2.105 Pa Trạng thái 2: T2 = 273 + 59 = 3320 K, V2 = 20cm3 Hỏi: P2 = ? Giải Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng - Hs tiếp thu, ghi nhớ và chép bài vào vở. - Hs suy nghĩ trả lời - Đáp án đúng câu D. 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. Ghi nhớ IV – RÚT KINH NGHIỆM: ... Đà nẵng, ngày 18 tháng 02 năm 2012 BCĐTTSP Chữ ký của GVHD Chữ ký của GSTT (duyệt) Thầy Lê phước Dũng Thầy Phạm Khắc Chính Trần Trọng Công