(SKKN CHẤT 2020) chuyên đề phương pháp giải bài tập về quá trình biến đổi trạng thái của khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị

NỘI DUNG Bài tập về phương trình trạng thái của khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị là dạng bài tập mà trong đó những dữ liệu được sử dụng làm dữ kiện để giảiphải tìm trong các đồ thị c

Trang 1

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC

NGƯỜI THỰC HIỆN: NGUYẾN THỊ NGUYỆT

ĐỐI TƯỢNG : HỌC SINH LỚP 10

Năm 2016-2017

download by : skknchat@gmail.com

Trang 2

A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU

I NỘI DUNG

Bài tập về phương trình trạng thái của khí lý tưởng có liên quan đến đồ thị

là dạng bài tập mà trong đó những dữ liệu được sử dụng làm dữ kiện để giảiphải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, từ đồ thị yêu cầu phải biểudiễn được các quá trình diễn biễn của hiện tượng trong bài tập Đối với dạng bàitập này, nếu giáo viên bổ sung thêm kiến thức toán về đồ thị và đưa ra hướnggiải chung cho các bài tập sẽ giúp học sinh định hướng cách giải cho từng bài cụthể

II KĨ NĂNG

Học sinh có kỹ năng phân tích đồ thị trong các bài tập vật lý

Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lí học sinh sẽ hiểu sâu lí thuyết vàrèn luyện đư+-ợc kĩ năng so sánh, kĩ năng phân tích ,tổng hợp…do đó có thểphát triển tư duy học sinh

III PHƯƠNG PHÁP

1 Về phía giáo viên

Để thực hiện chuyên đề đã chọn, chúng tôi đã kết hợp sử dụng kết hợp những phương pháp sau:

- Hoạt động song phương giữa giáo viên và học sinh trong quá trình tiếpcận, tìm hiểu và nhận biết những bài tập về phương trình trạng thái của khí lýtưởng có liên quan đến đồ thị

và phát huy khả năng làm việc nhóm, làm việc độc lập ở học sinh

2 Về phía học sinh

- Sau khi xử lí nguồn tài liệu, học sinh tích cực, chủ động đưa ra các

phương án phân tích để đưa ra phương pháp giải bài toán

Trang 2

Trang 3

- Học sinh cần huy động những năng lực như: năng lực vận dụng tổng hợp,năng lực hợp tác, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề, năng lực vận dụng kiếnthức liên môn giải quyết vấn đề, để hiểu sâu, rộng hơn về bài tập có liên quan đến

đồ thị.

IV ĐỐI TƯỢNG, THỜI LƯỢNG GIẢNG DẠY CHUYÊN ĐỀ

- Học sinh lớp 10, 11: Bồi dưỡng học sinh giỏi

- Số tiết: 06 tiết

Trang 3

Trang 4

B PHẦN NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ

I- Phương pháp chung giải bài tập về phương trình trạng thái của khí lý

tưởng có liên quan đến đồ thị

Các bài toán cho trước đồ thị, ta phải phân tích đồ thị về các mặt sau:

- Từ đồ thị ta xác định được các quá trình biến đổi trạng thái của khối khí từ đó lựa chọn được định luật chất khí phù hợp

- Nếu dùng các định luật về chất khí mà chưa đủ điều kiện để giải bài toán thì ta phân tích đồ thị về mặt toán học để tìm thêm số phương trình như viết phương

trình của đường đồ thị, tìm giao điểm của các đường đồ thị,…

Sau đây là các kiến thức cơ bản của phần Nhiệt học được sử dụng trong

chuyên đề:

II – cơ sở lý thuyết

1- Các định luật cơ bản về chất khí lý tưởng

1.1 Định luật Bôilơ – Mariốt

Đường đẳng tích là đường đồ thị biểu diễn sự biến thiên

của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi

T2>T1

T1 T2 V

Từ (2) p=a.T nên đường đẳng tích là đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ

Trang 4

Trang 5

Đường đẳng áp là đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích

theo nhiệt độ khi áp suất không đổi

Từ (3) V=a.T nên đường đẳng tích là đường thẳng kéo

dài qua gốc tọa độ

1.4 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

T =

hằng số p

Xét một lượng khí có khối lượng m, khối lượng mol của chất khí là M đang ở

nhiệt độ T, áp suất p, thể tích V, ta có

pV = M RT

Với hằng số R = 8,31J/mol.K,

Lưu ý đơn vị của các đại lượng: V(m3), p(Pa), T(K)

2 Công của chất khí lý tưởng trong các đẳng quá trình

- Đối với quá trình nhỏ: ΔAA= p ΔAV

- Đối với quá trình lớn: A=∑ ΔAA=∑ p ΔAV hay A=∫ p ΔAV

diện tích đường biểu diễn với các đường V=V1, V=V2 và trục OV Đặc biệt, nếu

chu trình (quá trình khép kín) công tính bằng diện tích đường giới hạn của chu

Trang 6

Trang 5

Trang 7

trình trong hệ tọa độ p-V, nếu chiều chu trình thuận theo chiều kim đồng hồ

A>0, ngược lại A<0

Để minh họa cho phương pháp giải bài tập này dưới đây là một số ví dụ minh họa:

III- Các ví dụ minh họa

- Thay vào (*) ta có phương trình đoạn thẳng đó : (**)

- Mặt khác, phương trình trạng thái của 1 mol khí : (***)

Trang 8

Trang 6

Trang 9

- Đồ thị biểu diễn quá trình đó trên hệ toạ độ T-P là một trong hai đồ thị dướiđây :

Một mol khí lý tưởng trong xi-lanh kín biến đổi (B)

trạng thái từ (A) đến (B) theo đồ thị có dạng một phần tư

pA

I

(A)

đường tròn tâm I(VB, pA), bán kính r = VA – VB như hình

bên Tính công mà khí nhận trong quá trình biến đổi O VB VA V

trạng thái từ (A) đến (B) theo pA và r

Trang 10

Trang 11

Cách 2: Đối với học sinh lớp 12 khi đã học tích phân có thể sử dụng cách

này

+ Gọi tâm đường tròn I(x0, y0); x0 = VB; y0 = PA và V = x; y = P

+ Ta có phương trình đường tròn tâm I, bán kính R là:

(1)+Theo công thức tính công của khí:

Có 1 g khí Heli (coi là khí lý tưởng đơn nguyên

tử) thực hiện một chu trình 1 – 2 – 3 –4 – 1 được biểu

diễn trên giản đồ p-T như hình vẽ bên Cho p0

Trang 12

= 105 Pa; T0 = 300K.

a Tìm thể tích của khí ở trạng thái 4

b Hãy nói rõ chu trình này gồm các đẳng quá trình nào Vẽ lại chu trình này

trên giản đồ p-V và trên giản đồ V-T (cần ghi rõ giá trị bằng số và chiều biến đổi

của chu trình)

c Tính công mà khí thực hiện trong từng giai đoạn của chu trình

Hướng dẫn:

a Quá trình 1 – 4 có P tỷ lệ thuận với T nên là quá trình đẳng tích, vậy thể tích

ở trạng thái 1 và 4 là bằng nhau: V1 = V4 Sử dụng phương trình Claperon -

Trang 13

Trang 14

Công mà khí thực hiện trong từng giai đoạn:

Môt mol khi li tương thưc hiên chu trinh

1-2-3-1 như hinh ve Biêt T1 = 300K; T3 = 675K;

V3 = 5lit; R = 8,31J/mol.K; cac điêm 1 va 3 cung

năm trên môt Parabol có đỉnh là toa đô

Tinh công sinh ra trong ca chu trinh

Trang 15

Trang 10

Trang 16

Phương trình của đoạn 1-3 trong hệ tọa độ (P,V) như sau: Từ P.V=RT=R α V2

Suy ra P=R α V nên đoạn 1-3 trong hệ (P,V) là đoạn thẳng đi qua gốc tọa độ

Một mol khí lí tưởng thực hiện chu trình 1-2-3-1 Trong đó, quá trình 1 - 2

được biểu diễn bởi phương trình T = T 1 (2- bV)bV (với b là một hằng số dương

và thể tích V2>V1) Quá trình 2 - 3 có áp suất không đổi Quá trình 3 - 1 biểu

diễn bởi phương trình : T= T 1 b 2 V 2 Biết nhiệt độ ở trạng thái 1 và 2 là: T1 và0,75T1. Hãy tính công mà khối khí thực hiện trong chu trình đó theo T1

p2+ Quá trình biến đổi từ 3-1

Trang 17

Trang 18

+ Thay T=T1 vào phương trình T = T 1 (2- bV)bV => V 1=b => P1= RbT1

+ Thay T2= 0,75T1 vào phương trình: T = T 1 (2- bV)bV

Một mol khí lí tưởng thực hiện 1 chu

trình BCDEB như hình bên Tìm công mà

khí thực hiện trong một chu trình

V (lít)

10 E D

5 B

A B

C

Trang 19

Trang 12 V

Trang 20

Một lượng khí lý tưởng thực hiện một chu trình như hình vẽ Nhiệt độ khí ở

trạng thái A là 200K Ở trạng thái B và C khí có cùng nhiệt độ

Xác định nhiệt độ cực đại của khí

Trên hình vẽ biểu diễn một chu trình biến đổi trạng thái

của n mol khí lý tưởng Chu trình bao gồm hai đoạn thẳng

biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất p vào thể tích V và một

đường đẳng áp Trên đường đẳng áp 1-2, sau khi thực hiện

một công A thì nhiệt độ của nó tăng 4 lần Nhiệt độ ở các

trạng thái 1 và 3 bằng nhau Các điểm 2 và 3 nằm trên đường

thẳng đi qua gốc tọa độ Hãy xác định nhiệt độ của khí ở

trạng thái 1 và công mà khí thực hiện trong chu trình

Trang 21

Trang 13download by : skknchat@gmail.com

Trang 22

Hướng dẫn :

Gọi nhiệt độ của khí ở trạng thái 1 là T1, khi đó nhiệt độ ở trạng thái 2 sẽ là 4T1

Giả sử áp suất trên đường đẳng áp 1 – 2 là p1, thì công mà khí thực hiện trong

quá trình này là: A = p1(V2 -V1), trong đó V1 và V2 tương ứng là thể tích khí ở

- Gọi p3 là áp suất khí ở trạng thái 3 thì công mà khí thực hiện trong cả chu trình

được tính bằng diện tích của tam giác 123:

Trang 23

Trang 14

Trang 24

A123= A/4Thay số ta có: A123=2250J.

Ví dụ 10

Trên giản đồ pV đồi với 1 lượng khí lý tưởng nào đó,

gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng áp Hãy

xác định tỷ số nhiệt độ T3/T1 của chất khí tại các trạng

thái 3 và 1, nếu biết tỷ số V3/V1= Cho các thể tích khí

Trang 25

Trang 15

Trang 26

C KẾT QUẢ TRIỂN KHAI CHUYÊN ĐỀ TẠI ĐƠN VỊ TRƯỜNG

Chuyên đề đã được áp dụng để giảng dạy ôn thi đội tuyển học sinh giỏikhối 10, 11 trong năm học 2015 – 2016 và năm 2016 – 2017, chuyên đề đã gópphần nâng cao chất lượng của đội tuyển học sinh giỏi Từ đó giúp học sinh say

mê và yêu thích môn học hơn

Chuyên đề đã được trình bày và thảo luận trước nhóm lý vào tháng 11năm học 2016-2017 và được tiếp tục triển khai trong các năm học tới

D PHẦN KẾT LUẬN

Việc giao bài tập về nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái

độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho mỗi bài toán

Giúp các em có được cái nhìn tổng quan về phương pháp giải một bài tậpVật lý nói chung và bài tập về phương trình trạng thái có liên quan đến đồ thị nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập trong bộ môn Vật lý Từ đó phát huy

được khả năng tự giác, tích cực của học sinh, giúp các em tự tin vào bản thân

khi gặp bài toán mang tính tổng quát Đó chính là mục đích mà tôi đặt ra

Trang 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Sách giáo khoa Vật lý 10CB tác giả Lương Duyên Bình, NXB Giáo Dục 2006

2. Sách giáo khoa Vật lý 10NC tác giả Nguyễn Thế Khôi, NXB Giáo Dục 2006

3. Sách tham khảo các bài toán chọn lọc vật lý 10 tác giả Vũ Thanh Khiết – Ths Mai Trọng Ý – Ths Vũ Thị Thanh Mai – Ths Nguyễn Hoàng Kim

4 Đề thi hsg các năm của tỉnh Vĩnh Phúc.

5 Trang dethi.violet.vn

Trang 17

Trang 28

B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHUYÊN ĐỀ 4

C KẾT QUẢ TRIỂN KHAI CHUYÊN ĐỀ TẠI ĐƠN VỊ 16

TRƯỜNG

Trang 18

Trang 29

Trang 19

Tiêu đề	Phương Pháp Giải Bài Tập Về Quá Trình Biến Đổi Trạng Thái Của Khí Lý Tưởng Có Liên Quan Đến Đồ Thị
Tác giả	Nguyễn Thị Nguyệt
Trường học	Trường THPT Quang Hà
Chuyên ngành	Vật lý
Thể loại	báo cáo chuyên đề
Năm xuất bản	2016-2017
Thành phố	Vĩnh Phúc

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	347,86 KB