skkn phân loại, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống các bài tập định luật chất khí trong dạy học bài tập vật lý lớp 10 thpt ban khtn

Mục đích nghiên cứu.. Nhiệm vụ nghiên cứu.. Đối tượng nghiên cứu.. Phương pháp nghiên cứu... X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv- phương pháp giải BTVL... Định luật Bôilơ- Mariôt

Trang 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT CAO BÁ QUÁT GIA LÂM

LỚP 10 THPT BAN KHTN.

Môn vật lý

Tên tác giả : Phạm Thị Tố Loan.

Giáo viên môn vật lý

NĂM HỌC 2011-2012

Trang 2

MỞ ĐẦU.

1 Lý do chọn đề tài.

Trong thực tiễn dạy học Vật lý ở trường phổ thông, việc giải bài tập vật lý (BTVL) là công việc diễn ra thường xuyên không thể thiếu được Nó tác động tích cực đến quá trình giáo dục và phát triển của học sinh, đồng thời là một trong những phương pháp, biện pháp kiểm tra, đánh giá thực chất sự nắm vững kiến thức của học sinh Vì vậy BTVL với tính cách là phương pháp dạy học giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường phổ thông Hiện nay, số lượng BTVL trong sách giáo khoa, sách bài tập và các sách tham khảo rất nhiều Vậy mà ở trên lớp cũng như ở nhà, học sinh được giáo viên hướng dẫn giải và giải một số không nhiều bài tập Như vậy, học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc nắm vững kiến thức của chương này trong thời lượng có hạn Mặt khác, chương “Chất khí- các định luật chất khí” là một trong những

chương rất quan trọng cung cấp kiến thức cơ bản cho học sinh

Xuất phát từ những lý do trên, em nhận thấy rằng việc nghiên cứu đề tài

“Phân loại, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống các bài tập định luật chất khí” trong dạy học BTVL lớp 10 THPT ban KHTN là cực kì cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu.

Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận giải BTVL, xác định yêu cầunắm vững kiến thức cơ bản của chương “Chất khí- các định luật chất khí” và tìm hiểu thực tế dạy học bài tập chương mà phân loại các bài tập chương này trong dạy học Vật lý 10 THPT- ban KHTN nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu.

3.1 Nghiên cứu một số vấn đề lí luận chung về BTVL.

3.2 Xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản chương “Chất khí- các định luật chất khí”trong dạy học môn Vật lý 10 THPT- ban KHTN.

3.3 Phân loại, đề ra phương pháp giải từng loại bài tập chương “Chất khí- các định luật chất khí”.

3.4 Lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập trong dạy học BTVL chương “Chất khí- các định luật chất khí”.

3.5 Một số bài tập trắc nghiệm khách quan.

4 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu là hoạt động dạy học BTVL chương “Chất khí- các định luật chất khí” lớp 10 THPT- ban KHTN của giáo viên và học sinh

5 Phương pháp nghiên cứu.

Trong đề tài này, em sử dụng phối hợp các phương pháp chủ yếu là:

Nghiên cứu lí luận, điều tra cơ bản qua dự giờ, trò chuyện với giáo viên và học sinh…

Trang 3

những đại lượng cần tìm

Theo X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv: Trong thực tiễn dạy học, BTVL là một vấn đề không lớn trong trường hợp tổng quát, được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở lí luận và những định luật vật lí (X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv- phương pháp giải BTVL Tập 2 NXBGD 1976)

Hiểu theo nghĩa rộng, thì sự tư duy định hướng tích cực về một vấn đề nào đó luôn luôn là việc giải bài tập Về thực chất, mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học vật lí chính là một bài tập đối với học sinh (Phạm Hữu Tòng- Phương pháp dạy BTVL- NXBGD 1989)

Trên cơ sở nghiên cứu các định nghĩa về BTVL, thì BTVL có hai chức năngchủ yếu là: Tập vận dụng kiến thức cũ và tìm kiếm kiến thức mới (TS Nguyễn Thế Khôi- luận án PTSPPGD vật lí trường ĐHSP Hà Nội 2, 1995)

Trong thực tế dạy học, bài tập Vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòihỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựatrên cơ sở các định luật và các phương pháp Vật lí

Bài tập Vật lí là những bài tập luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp vớimục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệmmới, phát triển tư duy Vật lí của HS, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, kiểm tra đánh giákết quả học tập của HS

2.Tác dụng

Những BTVL có rất nhiều tác dụng trong việc nâng cao chất lượng dạy học vật lý-BTVL là phương tiện rất tốt để rèn luyện kỹ năng ,kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen giải quyết những vấn đề thực tiễn ,bởi vì đó là một trong những hình thức sinh động nhất gắn liền lý thuyết với thực hành

-BTVLlà một trong những hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh Trong khi làm bài tập ,do phải phân tích các điều kiện của đầu bài,tự xây dựng những lập luận ,kiểm tra về phê phán kết luận của mình,nên tư duy của học sinh được nâng cao

-BTVLcũng là một hình thức củng cố,ôn tập sinh động khi làm bài tập học sinh phải nhớ lại những kiến thức vừa học hoặc có khi phải biết cách tổng hợp những kiến thức trong một phần ,một chương hay toàn bộ chương trình

Trang 4

-Cuối cùng BTVL còn là một phương tiện có hiệu lực để kiểm tra kiến thức và kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh Thông thường BTVL là một bộ phận không thể thiếu trong kiểm tra,đặc biệt là các bài kiểm tra viết

3.Phân loại

Có nhiều cách phân loại BTVL ,trong đó có hai cách chính

-Nếu căn cứ theo cách giải thì có bốn loại : bài tập câu hỏi(hoặc bài tập tính),bài tậptính toán (hoặc bài tập định lượng ), bài tập đồ thị ,bài tập thí nghiệm

-Nếu phân loại theo nội dung thì có thể chia BTVL thành bài tập có cac nội dung lịch sử,bài tập có nội dung thực tế,nội dung kỹ thuật ,có nội dung cụ thể hay trừu tượng…

II Mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản về các định luật chất khí.

1 Định luật Bôilơ- Mariôt cho khối lượng khí ở nhiệt độ không đổi (Đẳng nhiệt).

Ở nhiệt độ không đổi, tích áp suất P và thể tích V của một khối khí nhất định là một hằng số

.

PV const hay P V1 1 P V2 2

2 Định luật Sác- lơ cho khối khí có thể tích không đổi (Đẳng tích).

Khi thể tích của khối khí là không đổi, áp suất của khối khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó

0 P

V

2 1

T T

Trang 5

* Một chất khí nghiệm đúng với định luật Bôilơ- Mariôt và định luật Sác- lơ được gọi là chất khí lí tưởng

3 Định luật Gay Luy- Xác cho khối khí có áp suất không đổi (Đẳng áp)

Thể tích V của một lượng khí có áp suất không đổi thì tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khí

4 Phương trình trạng thái khí lí tưởng

Đối với một chất khí lí tưởng ta có phương trình trạng thái sau:

5 Phương trình Clapêrôn- Menđêlêep.

Đối với một chất khí có khối lượng m, ta có:

v R

Khối lượng mol

Số mol khí

8,31 J/(mol.k)

Trang 6

SƠ ĐỒ TỔNG KẾT CHƯƠNG.

P const



Trang 7

III Phân loại và đề ra phương pháp giải từng loại bài tập các định luật chất khí.

1 Dạng 1: Định luật Bôilơ- Mariôt cho quá trình đẳng nhiệt.

* Phương pháp.

- Một khối khí thực hiện quá trình biến đổi đẳng nhiệt từ trạng thái 1 sang trạng thái 2

+ Ở trạng thái 1: P1, V1

+ Ở trạng thái 2: P2, V2  PV1 1 PV2 2

Từ đó ta suy ra 1 trong 4 đại lượng nếu biết 3 đại lượng kia

- Khi có một khối khí chịu áp suất khí quyển P0 hoặc khối khí ở độ sâu h đối với một chất lỏng có khối lượng , ta cần dùng hệ thức tính áp suất ở độ sâu này như sau:

P P 0   g h

Với g là gia tốc trọng trường

* Ví dụ 1: Dưới áp suất 1000Pa một khối khí có thể tích là 10 lít, tính thể tích của

khối khí dưới áp suất 5000Pa

Bài giải.

- Trạng thái 1: P1  1000Pa, V1= 10 lít

- Trạng thái 2: P2= 5000 Pa, V2=?

Áp dụng định luật Bôilơ- Mariôt ta có:

P1V1=P2V2 1 1

2 2

1000.10

2 5000

PV V P

Đáp số: V2= 2 lít

* Ví dụ 2: Một bình có dung tích 10 lít chứa một khối khí dưới áp suất 30 atm Cho

biết thể tích của khối khí khi ta mở nút bình? Coi nhiệt độ khối khí là không đổi và áp suất khí quyển là 1 atm

Bài giải.

- Trạng thái 1: P1= 30 atm, V1= 10 lít

- Trạng thái 2: P2=1 atm, V2= ?

PV

PV PV V

P

Đáp số: V2= 300 lít

* Ví dụ 3: Ở độ sâu h1= 1m, dưới mặt nước có một bọt không khí hình cầu Hỏi ở độ sâu nào bọt không khí có bán kính nhỏ đi 2 lần? Cho biết khối lượng riêng của nước   10 3kg m/ 3, áp suất khí quyển P0=105 N/m2, g= 10m/s2, nhiệt độ không đổi theo độ sâu

Trang 8

Bài giải.

- Xét khối khí ở 2 trạng thái

+ Trạng thái 1: P1 P0   g h1, 1 3

4 3

R

V   , T1.+ Trạng thái 2: P2 P0   g h2, 2 3

4 3

R

V   , T2=T1.Áp dụng định luật Bôilơ- Mariôt ta có:

1 1 2 2 ( 0 ).8 1 0 2

PV PV  P   g h P  g h

Thay số vào ta có h2  78m Vậy ở độ sâu có bán kính nhỏ đi 2 lần là h2  78m

2 Dạng 2: Định luật Sác- lơ cho quá trình đẳng tích.

Một khối khí thực hiện quá trình biến đổi đẳng tích từ trạng thái 1 sang trạng thái 2

- Ở trạng thái 1: P1, T1, V

- Ở trạng thái 2: P2, T2, V

Ta có: 1 2

1 2

P P

T T

Từ đó suy ra 1 trong 4 đại lượng nếu biết 3 đại lượng kia

* Ví dụ 1: Khi tăng nhiệt độ của một khối khí trong bình lên thêm 100C, ta nhận thấy áp suất của khối khí tăng thêm 20% Hỏi nhiệt độ lúc đầu và lúc sau của khối khí bằng bao nhiêu?

* Ví dụ 2: Một cái chai chứa không khí ở nhiệt độ 300C và áp suất khí quyển là

P0=1,01.105 Pa, được đậy bằng một nút bấc Khi đun nóng chai đến nhiệt đô t=990C, nút bấc văng ra khỏi chai Tính áp suất của không khí trong chai khi nút bấc vừa văng ra?

Trang 9

P T

P

T

* Ví dụ 3: Trong ống có một giọt thủy ngân nằm

cách bình một khoảng d=10cm Hỏi phải nung nóng

đẳng áp khí trong bình thủy tinh đến nhiệt độ bằng

bao nhiêu để giọt thủy ngân di chuyển một đoạn 6cm

* Ví dụ 4: Trong một xi lanh có tiết diện đều, nằm ngang dài 120cm, có một

pittông mỏng, cách nhiệt Lúc đầu pittông nằm giữa xi lanh và 2 bên xi lanh có nhiệt độ 270C, tăng nhiệt độ ở phần bên trái của xi lanh lên thêm 200C và giảm nhiệt độ ở phần bên phải xi lanh xuống 200C, pittông sẽ di chuyển một đoạn bằng bao nhiêu?

Bài giải.

Gọi P0, V0 và T0 là áp suất, thể tích và nhiệt độ của

mỗi khối khí trong mỗi phần xi lanh

120 cm

0

27 C 27 C0

Trang 10

- Lúc đầu, pit tông đứng yên tức là áp suất hai khối

khí bằng nhau và bằng P0, với V0=S.60 (cm) (S là tiết diện

của xi lanh), và T0=27+273=300K

- Gọi P1, V1, T1 và P2, V2, T2 là các thông số trạng thái

của khối khí bên trái và bên phải lúc sau

- Gọi x là đoạn di chuyển của pittông ta có :

Thay số vào ta có : x 4cm.

Vậy pittông di chuyển một đoạn 4cm sang phải

Đáp số : x 4cm.

3 Dạng 3 : Định luật Gay Luy- Xác cho quá trình đẳng áp.

- Một khối khí thực hiện quá trình biến đổi đẳng áp từ trạng thái 1 sang trạng

thái 2

+ Ở trạng thái 1: T1, V1, P

+ Ở trạng thái 2: T2, V2, P

- Sử dụng định luật Gay Luy- Xác:

2

2 1

1

T

V T

- Định luật này áp dụng cho lượng khí có khối lượng và áp suất không đổi

*Ví dụ 1: Một khối khí đem giãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t1 = 32oC đến nhiệt độ t2 =

117oC, thể tích khối khí tăng thêm 1,7lít Tìm thể tích khối khí trước và sau khigiãn nở

Giải

Trạng thái 1: T1 = 305K; V1

Trạng thái 2: T2 = 390K V2 = V1 + 1,7 (lít)

Trang 11

Vì đây là quá trình đẳng áp, nên ta áp dụng định luật Gay Luy- Xác cho haitrạng thái (1) và (2):

V1T2 = V2T1 => 390V1 = 305(V1 + 1,7) => V1 = 6,1lít

Vậy + Thể tích lượng khí trước khi biến đổi là V1 = 6,1 lít;

+ Thể tích lượng khí sau khi biến đổi là V2 = V1 + 1,7 = 7,8lít

*Ví dụ 2: Đun nóng đẳng áp một khối khí lên đến 47oC thì thể tích tăng thêm 1/10 thể tích ban đầu Tìm nhiệt độ ban đầu?

Giải

Sử dụng định luật Gay Luy- Xác:

Tính T1 = 290,9K, tính được t1 = 17,9oC

*Ví dụ 3: Đun nóng một lượng không khí trong điều kiện đẳng áp thì nhiệt độ tăng

thêm 3K ,còn thể tích tăng thêm 1% so với thể tích ban đầu Tính nhiệt độ ban đầucủa khí?

4 Dạng 4 : Phương trình trạng thái khí lí tưởng.

Đối với một khối khí nhất định

* Ví dụ 1 : Trong một xilanh đặt thẳng đứng có một khối khí cao 30cm ở áp suất

1,1.105 Pa và ở nhiệt độ 270C Khi đặt một vật nặng M lên pittông, pittông hạ

xuống một đoạn 10cm và nhiệt độ khối khí bây giờ là 670C Cho biết xi lanh tiết diện đều S=50cm2 và cho g=10 m/s2 Tính khối lượng M của vật nặng?

Bài giải.

Trang 12

- Gọi TA, TB và T1A, T1B là nhiệt độ của mỗi bên A và B lúc trước và sau.

Đáp số : V=22,4 lít

4 Hệ thống bài tập.

Bài 4.1 Khi nổi ở dưới đáy hồ lên trên mặt nước, thể tích một bọt khí tăng

gấp rưỡi Hãy tính độ sâu của hồ, cho biết áp suất khí quyển P0=750 mmHg Coi nhiệt độ mặt hồ và đáy hồ bằng nhau Lấy g=9,8 m/s2, nước= 1000 kg/m3

(Hướng dẫn : Vận dụng định luật Bôilơ- Mariôt).

Đáp số : h=5,1m.

Bài 4.2 Một ống thủy tinh có tiết diện dài l= 40cm, một đầu kín, một đầu hở,

chứa không khí ở áp suất khí quyển P=1,01.105 N/m2 Nhúng ống thẳng đứng xuống một chậu thủy ngân để đầu hở ở dưới Hỏi chiều cao x của cột thủy ngân dâng lên trong ống bằng bao nhiêu khi phần ống ngập trong thủy ngân là l,= 30cm Cho khối lượng riêng của thủy ngân là   13,0.10 3 kg/m3

Đáp số : x 8,7cm

Trang 13

Bài 4.3 Một bình có dung tích V1=2 lít chứa một khối khí lúc đầu áp suất

P1=2 atm, được thông với một bình thứ hai có dung tích V2=8 lít và được hút chân không Hãy tính áp suất của khối khí sau khi hai bình được thông với nhau

Đáp số : P 2 =0,4 atm.

Bài 4.4 Trong một ống nghiệm tiết diện đều có một cột thủy ngân dài 10cm

Khi đặt ống nằm ngang khối không khí trong ống nghiệm có chiều dài là 20cm Khiđặt ống thẳng đứng để cột thủy ngân ở phía trên khối không khí chỉ có chiều dài là 17,67cm Tính áp suất của khí quyển ra đơn vị cmHg ?

Đáp số : P=75,84 cmHg.

Bài 4.5 Một cột không khí trong ống nhỏ, dài, tiết diện đều, cột không khí

được ngăn cách với khí quyển bởi một cột thủy ngân có chiều dài d=150mm, áp suất khí quyển P0=750mmHg, chiều dài cột không khí khi ống nằm ngang là

l0=144mm Hãy tính chiều dài cột không khí nếu :

a Ống thẳng đứng miệng ở trên

b Ống thẳng đứng miệng ở dưới

c Ống đặt nghiêng góc 300 với phương ngang, miệng ống ở dưới (giả sử ống đủ dàiđể cột thủy ngân luôn ở trong ống và nhiệt độ không đổi)

Đáp số : a l 1 = 120 mm.

b l 2 = 180 mm.

c l 3 = 160 mm.

Bài 4.6 Trước khi chiếc xe bắt đầu chạy, người lái xe đo áp suất của khí

trong ruột bánh xe là 2,8.105 Pa và nhiệt độ 11,30C Sau khi xe chạy được một quãng đường, người này đo lại thì thấy áp suất của khối khí nàu là 3,2.105 Pa

Hãy tính nhiệt độ của khối khí trong ruột bánh xe theo thang nhiệt độ Cencius sau khi xe chạy Giả sử thể tích của khối khí này là không đổi

(Hướng dẫn : Áp dụng định luật Sác- lơ).

Bài 4.8 Khi hai khối khí trong hai bình A và B cân bằng sẽ có chung một áp

suất bằng bao nhiêu ? Cho biết nhiệt độ mỗi bình vẫn giữ như lúc đầu (V1=4 lít,

T1=300K, V2= 2 lít, T2= 400K)

Đáp số : P=4,2.10 5 Pa.

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	458,5 KB