Bài 33 CÁC NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (2 tiết) I MỤC TIÊU 1 Kiến thức Phát biểu và viết được biểu thức của nguyên lý I của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của c[.]
Trang 1Bài 33: CÁC NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (2 tiết)
I MỤC TIÊU
1 Kiến thức
- Phát biểu và viết được biểu thức của nguyên lý I của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong biểu thức
- Chứng minh được biểu thức của nguyên lí I ĐLH đối với quá trình đẳng tích có dạng:
ΔU = QU = Q; đối với quá trình đẳng áp có dạng: ΔU = QU = A + Q; đối với quá trình đẳng nhiệt có dạng: U + Q = 0
- Phân biệt được quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch
- Phát biểu được nguyên lý II của nhiệt động lực học (NĐLH) theo Clau-di-út và Các-nô
- Vận dụng nguyên lý II của nhiệt động lực học (NĐLH) dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật VD: động cơ nhiệt…
- Vận dụng được nguyên lý thứ I của NĐLH để giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự
2 Định hướng phát triển năng lực
a Năng lực được hình thành chung:
- Năng lực giải quyết vấn đề: từ phát hiện vấn đề cần giải quyết “Mối liên hệ của ba khái
niệm cơ bản là nội năng, công và nhiệt lượng trong các đẳng quá trình cụ thể?“ Từ đó đề xuất giải thuyết, lập kế hoạch GQVĐ, giải quyết vấn đề, đánh giá kết quả
- Năng lực dự đoán, suy luận lí thuyết, thiết kế và thực hiện theo phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết ( TN của nguyên lý I Nhiệt động lực học); dự đoán, phân tích, xử
lí số liệu và khái quát rút ra kết luận khoa học
- Năng lực tự học và tự chủ: HS lập kế hoạch tự học (Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt được học ở lớp 8), tìm kiếm thông tin (cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt), đặt và trả lời câu hỏi, thực hành và tự đánh giá cá nhân
- Năng lực giao tiếp và hợp tác: HS tổ chức nhóm nhỏ thảo luận về quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch; lập kế hoạch hợp tác, tạo môi trường học tập chung, lắng nghe và diễn đạt ý kiến
Trang 2b Năng lực đặc thù môn vật lý:
- Năng lực khoa học vật lí: Học sinh vận dụng nguyên lý II của nhiệt động lực học (NĐLH) để phân tích cấu tạo và cơ chế hoạt động của động cơ nhiệt, năng lực thực nghiệm và mô hình hóa, trao đổi thông tin cùng nhau
- Năng lực tính toán: Giải được các bài tập liên quan đến cấu tạo chất thuyết động học phân tử chất khí
- Năng lực sử dụng ngôn ngữ: Các thuật ngữ vật lý, tiếng anh chuyên ngành vật lý
- Năng lực sử dụng công nghệ thông tin: Mô hình thí nghiệm ảo PhET.com trên điện thoại, kahoot, quizizz…
3 Phẩm chất
- Ý thức tìm hiểu, tìm tòi, trao đổi các kiến thức Vật lý; mục “Có thể em chưa biết”
- Chăm chỉ, ham học hỏi
- Năng lực thực hành trong phòng thí nghiệm
II THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:
1 Thiết bị dạy học:
a Chuẩn bị giáo viên
- Slide bài giảng, máy chiếu, máy tính
- Giáo án, SGK, thước kẻ, đồ dùng dạy học
- Mô hình thí nghiệm ảo nguyên lý I của nhiệt động lực học (NĐLH)
b Chuẩn bị học sinh
- Giấy A4, bút dạ để hoạt động nhóm
- Điện thoại, máy tính xách tay
2 Học liệu:
- Tham khảo tài liệu:
+ SGK Vật lý lớp 8 cơ bản: Ôn lại kiến thức đã học về sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt được học ở THCS
+ SGK Vật lý lớp 10 cơ bản Xem trước bài học: Các VD và tranh ảnh 33.1, 33.2, 33.3, 33.4, trong SGK; chuẩn bị các câu hỏi cần hỏi thầy cô về những phần chưa rõ
+ SGK Vật lý lớp 10 nâng cao (đọc thêm)
Trang 3- Dữ liệu học tập:
+ File bài tập GV gửi trước cho HS chuẩn bị
+ Link youtobe “Thí nghiệm các nguyên lý động lực học” cho HS xem trước ở nhà
(https://www.youtube.com/watch?v=K_fRDPXaXlc)
III TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
1 Ổn định lớp:
10D4 10A6
2 Kiểm tra bài cũ:
+ Phát biểu định nghĩa nội năng?
+ Nội năng của một lượng khí lí tưởmg có phụ thuộc vào thể tích không? Tại sao?
+ Nhiệt lượng là gì? Viết công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay toả ra khi nhiệt độ
của vật thay đổi Nêu tên và đơn vị của các đại lượng trong công thức?
3 Bài mới.
HOẠT ĐỘNG 1: KHỞI ĐỘNG (5’) Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh
đi vào tìm hiểu bài mới
Nội dung: HS dựa vào hiểu biết để trả lời câu hỏi
Sản phẩm: Từ bài toán HS vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi GV đưa ra.
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
+ GV giới thiệu bài toán yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi
*Bài toán ĐVĐ: 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
Trang 4vực này là việc tìm ra các nguyên lí của nhiệt động lực học.
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
+ HS thực hiện nhiệm vụ trong thời gian 2 phút
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
+ GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét câu trả lời và bổ sung
Bước 4: Kết quả, nhận định:
+ GV đánh giá kết quả của HS, trên cơ sở đó dẫn dắt HS vào bài học mới
Giới thiệu ND của chương
Dẫn dắt vào bài:
Trong bài trước chúng ta đã đi
tìm hiểu Nội năng và các cách
làm thay đổi nội năng Vậy
mối liên hệ giữa 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 như
nào Chúng ta sẽ cùng đi tìm
hiểu trong bài bài hôm nay
=> Bài 33: Các nguyên lí của
nhiệt động lực học
HS định hướng
Bài 33:
CÁC NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (2 tiết)
Trang 5HOẠT ĐỘNG 2: HÌNH THÀNH KIẾN THỨC Hoạt động 2.1: Nguyên lí I nhiệt động lực học Mục tiêu 2.1: Sau khi học xong bài này HS:
- Biểu thức của nguyên lý I của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu được tên, đơn vị và quy ước
về dấu của các đại lượng trong biểu thức
- Lấy VD về nguyên lý I của nhiệt động lực học (NĐLH)
- Vận dụng được nguyên lý thứ I của NĐLH để giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự
Nội dung:
I Nguyên lí I nhiệt động lực học.
1 Phát biểu nguyên lí:
Độ biến thiên nội năng của một hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được
ΔU = QU = A + Q Quy ước về dấu:
Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng
Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng
A > 0: Vật nhận công
A < 0: Vật thực hiện công
Sản phẩm: HS hoàn thành tìm hiểu kiến thức
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
- Nêu câu hỏi: Quan sát TN trả lời câu hỏi Gv
đưa ra
- Nhận xét câu trả lời
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
- HS quan sát TN trên bảng
- HS trả lời câu hỏi GV đưa ra
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
- Theo dõi bài giảng của GV
- Đọc SGK
Trang 6- GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét
câu trả lời, bổ sung và ghi bài vào vở
- GV trình bày nội dung của nguyên lý I như
SGK và rút ra biểu thức:
ΔU = QU = A + Q
- Yêu cầu HS tìm ví dụ về qua trình mà vật
đồng thời nhận công và nhiệt
- Hướng dẫn HS thảo luận về các ví dụ
- Nêu và phân tích quy ước về dấu của A và
Q trong biểu thức nguyên lý I
- Cho HS làm bài tập ví dụ trong SGK, chữa
bài tập ví dụ lên bảng
- Yêu cầu HS trả lời các câu C1 và C2 trong
SGK
Bước 4: Kết quả, nhận định:
+ GV đánh giá kết quả của HS
- HS: Độ biến thiên nội năng của một hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được
- Viết biểu thức 33.1:
ΔU = QU = A + Q
- Quy ước về dấu của A và Q trong biểu thức nguyên lý I:
Q > 0: Vật nhận nhiệt lượng
Q < 0: Vật truyền nhiệt lượng
A > 0: Vật nhận công
A < 0: Vật thực hiện công
- HS lấy ví dụ thực tế và thảo luận
- HS làm bài tập ví dụ trong SGK
- Trả lời C1, C2
Hoạt động 2.2: Vận dụng Mục tiêu 2.2: Sau khi học xong bài này HS:
- Chứng minh được biểu thức của nguyên lí I ĐLH đối với quá trình đẳng tích có dạng: ΔU = QU = Q; đối với quá trình đẳng áp có dạng: ΔU = QU = A + Q; đối với quá trình đẳng nhiệt có dạng: U + Q
= 0
- Vận dụng được nguyên lý thứ I của NĐLH để giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự
Nội dung:
Quá trình đẳng tích: V1=¿ V2
Trang 7 ΔU = QU = Q
Quá trình đẳng áp: p1 = p2 = p ; A # 0, Q # 0.
ΔU = QU = Q + A
Quá trình đẳng nhiệt: T1 = T2
A + Q = 0
Trang 8Sản phẩm: HS hoàn thành tìm hiểu kiến thức
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
- Nêu câu hỏi: Dựa vào nguyên lý I NĐLH
để tìm hiểu về sự truyền và chuyển hóa năng
lượng, trong các đẳng quá trình của chất khí
- Nhận xét câu trả lời
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
- HS đọc SGK
- HS trả lời câu hỏi GV đưa ra
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
- GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét
câu trả lời, bổ sung và ghi bài vào vở
Vận dụng nguyên lí I NĐLH vào một quá
trình đơn giản nhất là quá trình đẳng tích
Giải sử có một lượng khí không đổi đựng
trong một xi lanh có pit-tông Người ta đun
nóng từ từ chất khí và giữ cho pit-tông không
chuyển dời
- Viết biểu thức của nguyên lí I cho quá trình
này.Bước 4: Kết quả, nhận định:
- Theo dõi hình vẽ của GV để tìm hiểu quá trình và viết biểu thức nguyên lý I cho quá trình đẳng tích
- Tương tự với đẳng nhiệt và đẳng áp (BTVN)
Trang 9+ GV đánh giá kết quả của HS.
Hoạt động 2.3: Nguyên lí II nhiệt động lực học Mục tiêu 2.3: Sau khi học xong bài này HS:
- Phân biệt được quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch
- Phát biểu được nguyên lý II của nhiệt động lực học (NĐLH) theo Clau-di-út và Các-nô
Nội dung:
II Nguyên lí II nhiệt động lực học.
1 Quá trình thuận nghịch:
Tự quay về trạng thái ban đầu ⇒ Quá trình xảy ra theo cả hai chiều thuận và nghịch
2 Quá trình không thuận nghịch:
Không tự quay về trạng thái ban đầu ⇒ chỉ xảy ra theo một chiều xác định
3 Nguyên lí II NĐLH
a) Cách phát biểu của Clau-di- út
- Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn
b) Cách phát biểu của Các-nô
R.Clausius (1822 - 1888) Nhà vật lí người Đức
Trang 10- Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.
Sản phẩm: HS hoàn thành tìm hiểu kiến thức.
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
- Nêu câu hỏi: Quan sát thí nghiệm 33.3
+ Thế nào là quá trình thuận nghịch và quá
trình không thuận nghịch?
+ Trình bày nguyên lý II của nhiệt động lực
học (NĐLH) theo Clau-di-út và Các-nô
- Nhận xét câu trả lời
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
- HS đọc SGK
- HS trả lời câu hỏi GV đưa ra
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
- GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét - Đọc SGK
Sadi Carnot (1796 - 1832) Nhà vật lí người Pháp
Trang 11câu trả lời, bổ sung và ghi bài vào vở.
+ Mô tả thí nghiệm hình 33.3
+ Phát biểu quá trình thuận nghịch
+ Mô tả quá trình truyền nhiệt và quá trình
chuyển hóa năng lượng
+ Nêu và phân tích khái niệm quá trình
không thuận nghịch
+ Giới thiệu và phân tích phát biểu của
Clau-di-ut
+ Giới thiệu và phân tích phát biểu của
Các-nô
- Nhận xét các câu trả lời
Bước 4: Kết quả, nhận định:
+ GV đánh giá kết quả của HS
- Nhận xét về quá trình chuyển động của con lắc đơn
- Lấy ví dụ về quá trình thuận nghịch
- Nhận xét tính thuận nghịch trong quá trình truyền nhiệt và quá trình chuyển hóa giữa cơ năng và nội năng
- Đọc SGK và trình bày cách phát biểu nguyên lý II của Clau-di-ut
- Trả lời C3
- Đọc SGK và trình bày cách phát biểu nguyên lý II của Các-nô
- Trả lời C4
Hoạt động 2.4: Vận dụng
Mục tiêu 2.4: Sau khi học xong bài này HS:
- Vận dụng nguyên lý II của nhiệt động lực học (NĐLH) dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật VD: động cơ nhiệt…
Nội dung:
- Mỗi động cơ nhiệt phải có ba bộ phận cơ bản : nguồn nóng ; bộ phận phát động ; nguồn lạnh
Trang 12- Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1 cho bộ phận phát động để bộ phận này chuyển hóa một phần thành công A, phần còn lại là nhiệt lượng Q2 truyền cho nguồn lạnh
- Hiệu suất của động cơ nhiệt là:
Sản phẩm: HS hoàn thành tìm hiểu kiến thức
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
GV:
+ Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động
của động cơ nhiệt
+ Hiệu suất của động cơ nhiệt
- Mỗi động cơ nhiệt phải có ba bộ phận cơ bản : nguồn nóng ; bộ phận phát động ; nguồn lạnh
- Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1 cho
bộ phận phát động để bộ phận này chuyển
Nguồn nóng
Bộ phận phát động
Nguồn lạnh Q2
A = Q1 - Q2 Q1
Trang 13+ Tại sao hiệu suất của động cơ nhiệt luôn
nhỏ hơn 1
+ Tại sao A để trong dấu giá trị tuyệt đối
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
- HS suy nghĩ trả lời câu hỏi GV đặt ra
trả lời đã hoàn thiện
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
- GV gọi HS trả lời câu hỏi
Bước 4: Kết quả, nhận định:
- GV nhận xét, chốt kiến thức
- HS nộp vở bài tập
- HS tự ghi nhớ nội dung
hóa một phần thành công A, phần còn lại là nhiệt lượng Q2 truyền cho nguồn lạnh
- Hiệu suất của động cơ nhiệt là:
HOẠT ĐỘNG 3: HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP (10') Mục tiêu:
+ Luyện tập, củng cố nội dung bài học
+ Vận dụng kiến thức đã học làm bài tập
Nội dung: HS trả lời câu hỏi trắc nghiệm trong phiếu bài tập.
Sản phẩm: HS được ôn lại các kiến thức trọng tâm trong bài.
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
GV giao nhiệm vụ cho học sinh làm bài tập trắc nghiệm:
Câu 1: Công thức mô tả đúng nguyên lí I của nhiệt động lực học là
A ΔU = QU = A + Q B Q = ΔU = QU + A
C ΔU = QU = A – Q D Q = A - ΔU = QU
Câu 2: Trường hợp nội năng của vật bị biến đổi không phải do truyền nhiệt là
A chậu nước để ngoài nắng một lúc thì nóng lên
B gió mùa đông bắc tràn về làm cho không khí lạnh đi
C khi trời lạnh, ta xoa hai bàn tay vào nhau cho ấm lên
Trang 14D cho cơm nóng vào bát thì bưng bát cũng thấy nóng.
Câu 3: Phát biểu không đúng với nguyên lí I nhiệt động lực học là
A Nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ chuyển hóa thành độ biến thiên nội năng của hệ và công
mà hệ sinh ra
B Công mà hệ nhận được bằng tổng đại số của độ biến thiên nội năng của hệ với nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh
C Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được
D Nhiệt lượng mà hệ truyền cho môi trường xung quanh bằng tổng của công mà hệ sinh ra
và độ biến thieen nội năng của hệ
Câu 4: Biểu thức diễn tả đúng quá trình chất khí vừa nhận nhiệt vừa nhận công là:
A ΔU = QU = Q + A; Q > 0; A < 0 B ΔU = QU = Q; Q > 0
C ΔU = QU = Q + A; Q < 0; A > 0 D ΔU = QU = Q + A; Q > 0; A > 0
Câu 5: Công A và nhiệt lượng Q trái dấu với nhau trong trường hợp hệ
A tỏa nhiệt và nhận công
B tỏa nhiệt và sinh công
C nhận nhiệt và nhận công
D nhận công và biến đổi đoạn nhiệt
Câu 6: ΔU = QU = 0 trong trường hợp hệ
A biến đổi theo chu trình
B biến đổi đẳng tích
C biến đổi đẳng áp
D biến đổi đoạn nhiệt
Câu 7: ΔU = QU = Q là hệ thức của nguyên lí I áp dụng cho
A quá trình đẳng áp
B quá trình đẳng nhiệt
C quá trình đẳng tích
D cả ba quá trình nói trên
Câu 8: Một viên đạn bằng chì khối lượng m, bay với vận tốc v = 195 m/s, va chạm mềm vào
một quả cầu bằng chì cùng khối lượng m đang đứng yên Nhiệt dung riêng của chì là c = 130
Trang 15J/kg.K Nhiệt độ ban đầu của viên đạn và quả cầu bằng nhay Coi nhiệt lượng truyền ra môi trường là không đáng kể Độ tăng nhiệt độ của viên đạn và quả cầu là
A 146oC B 73oC
C 37oC D 14,6oC
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS làm bài tập
Bước 3: Báo cáo, thảo luận: GV gọi HS lên chữa bài
Bước 4: Kết quả, nhận định: GV chữa bài HS
Hướng dẫn giải và đáp án
HOẠT ĐỘNG 4: HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG (8’) Mục tiêu: Vận dụng kiến thức đã học trả lời câu hỏi liên quan
Nội dung: HS trả lời câu hỏi GV đưa ra
Sản phẩm: HS giải quyết các bài tập, câu hỏi kiến thức trọng tâm trong bài.
Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
GV: Chữa BT trong SGK
Bài 6 (trang 180 SGK Vật Lý 10): Người ta
thực hiện công 100 J để nén khí trong một
xilanh Tính độ biến thiên nội năng của khí,
biết khí truyền ra môi trường xung quanh
nhiệt lượng 20 J
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:
- HS trả lời
- HS nộp vở bài tập
- HS tự ghi nhớ nội dung trả lời đã hoàn thiện
Áp dụng công thức nguyên lí I NĐLH:
ΔU = QU = A + Q
Vì chất khí nhận công (khí bị nén) và truyền nhiệt nên A > 0, Q < 0