Giáo án Vật lý bài: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng (2 tiết)

GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Bài 31 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG (Tiết 1) I. MỤC TIÊU + 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” + 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. CHUẨN BỊ: 1.Giáo viên: - Một số ví dụ về quá trình đẳng áp. 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. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC: HOẠT ĐỘNG 1: (5 phút) Kiểm tra bài cũ 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 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 vẽ hình dạng của đường đẳng tích trong hệ tọa độ(pOT)? HOẠT ĐỘNG 2: (1phút): Giới thiệu bài mới Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ 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. HOẠT ĐỘNG 3: ( 5 phút) Tìm hiểu khí thực và khí lí tưởng. HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG - Một em hãy nhắc lại định nghĩa khí lí tưởng ? - Khí thực là gì? - 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. - 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... - 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. 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 chất khí. - 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. HOẠT ĐỘNG 4: (20 phút) Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG - Bây giờ cô xét một lượng khí có trạng thái 1 (p1,V1,T1), bằng các đẳng quá trình, cô làm cho lượng khí này chuyển sang trạng thái 2 (p2,V2,T2) qua trạng thái trung gian là 1’(p’,V2,T1) như sơ đồ h31.2 SGK. - Một em cho 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 cô 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 nhận xét? - Phương trình (4) được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn. - Bây giờ chúng ta vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để giải bài tập. - 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 II. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Xét 1 lượng khí xác định từ trạng thái 1 (p1,V1,T1)à trạng thái 2 (p2,V2,T2),qua trạng thái trung gian 1’(p’,V2,T1) +giai đoạn 1: 1à1’: quá trình đẳng nhiệt p1V1 = p’V2 (1) +giai đoạn 2: 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. 4.HOẠT ĐỘNG 5 (12 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 sửa 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 6 (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. Mỹ Tho, ngày 28 tháng 2 năm 2013 Bài 31 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG (Tiết 2) 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: (5 phút) Quá trình đẳng áp là gì? HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG - Một em hãy nhắc lại 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 quá trình đẳng áp là gì? - Em nào có thể lên bảng viết 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. - 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. 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. Hoạt động 3:(15phút) Liên hệ giữa thể tích, nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG - Em nào có thể lên bảng viết lại phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Nếu 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? - 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? - Trong qúa trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. - Đường đẳng áp. 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: Trong qúa trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Hoạt động 4: ( 5 phút) Đường đẳng áp. HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG - Đường đẳng áp là gì? - Dựa vào khái niệm đường đẳng áp, một em hãy lên bảng vẽ đường đẳng áp 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 - 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 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 Hoạt động 5: (10 phút) Độ không tuyệt đối HOẠT ĐỘNG GV HOẠT ĐỘNG HS NỘI DUNG 1/Độ không tuyệt đối: - 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 con người thực hiện được trong phòng thí nghiệm hiện nay là 10-9 oK. Hoạt động 6: (5phút) Củng cố và dặn dò: 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 tập cuối chương 5 sách bài tập. - Tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài. - Nghe sự hướng dẫn của thầy cô. - Ghi các bài tập về nhà. V. Rút kinh nghiệm: