sáng kiến kinh nghiệm bài tập chất khí

Chương chất khí là một trong những nội dung quan trọng của phần nhiệt học chương trình lớp 10 nâng cao. ở đó, các quy luật biến đổi của chất khí không tuân theo các định luật cơ học Niutơn mà học sinh thường gặp. Do đó, việc lĩnh hội kiến thức của chương đối với học sinh là không dễ dàng, đặc biệt là các bài tập về biểu diễn quá trình biến đổi của chất khí trong các hệ tọa độ khác nhau. Học sinh khi giải bài tập loại này còn rất lúng túng gặp nhiều khó khăn trong việc phân biệt dạng các đồ thị, cách chuyển đồ thị sang hệ tọa độ khác và gọi tên các quá trình biến đổi của chất khí trên đồ thị. Từ sự khó khăn này mà khi dạy bài 59 :”Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng” sách giáo khoa vật lí 10 nâng cao nhiều em học sinh lại gặp khó khăn hơn. Đó cũng chính là lý do tôi chọn và thực hiện đề tài: “Sử dụng bài tập đồ thị nâng cao kết quả học tập chương chất khí cho học sinh lớp 10 nâng cao”

MỤC LỤC

I TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trang 02

II GIỚI THIỆU 03

1 HIỆN TRẠNG 03

2 GIẢI PHÁP THAY THÊ 03

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 04

4 GIẢ THIÊT NGHIÊN CỨU 04

III PHƯƠNG PHÁP 05

1 KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 05

2 THIÊT KÊ 05

3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 06

4 ĐO LƯỜNG 06

IV PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KÊT QUẢ 06

1 TRÌNH BÀY KÊT QUẢ 06

2 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU 07

3 BÀN LUẬN 07

4 HẠN CHÊ 07

V KÊT LUẬN VÀ KHIÊN NGHI 08

1 KÊT LUẬN 08

2 KHUYÊN NGHI 08

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

VII PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI 11

Phụ lục 1: Các giải pháp đã thực hiện đối với đề tài 11

1 GIẢI PHÁP 1 11

2 GIẢI PHÁP 2 16

3 GIẢI PHÁP 3 19

4 GIẢI PHÁP 4 23

Phụ lục 2: Các bài tập vận dụng 26

Phụ lục 3: Đề kiểm tra sau tác động 28

Phụ lục 4: Kết quả kiểm tra trước và sau tác động 30

1

I TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Chương chất khí là một trong những nội dung quan trọng của phần nhiệthọc chương trình lớp 10 nâng cao ở đó, các quy luật biến đổi của chất khíkhông tuân theo các định luật cơ học Niutơn mà học sinh thường gặp Do đó,việc lĩnh hội kiến thức của chương đối với học sinh là không dễ dàng, đặc biệt làcác bài tập về biểu diễn quá trình biến đổi của chất khí trong các hệ tọa độ khácnhau Học sinh khi giải bài tập loại này còn rất lúng túng gặp nhiều khó khăntrong việc phân biệt dạng các đồ thị, cách chuyển đồ thị sang hệ tọa độ khác vàgọi tên các quá trình biến đổi của chất khí trên đồ thị Từ sự khó khăn này màkhi dạy bài 59 :”Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng” -sáchgiáo khoa vật lí 10 nâng cao -nhiều em học sinh lại gặp khó khăn hơn

Đó cũng chính là lý do tôi chọn và thực hiện đề tài: “Sử dụng bài tập đồ

thị nâng cao kết quả học tập chương chất khí cho học sinh lớp 10 nâng cao”

Nghiên cứu được tiến hành trên hai lớp tương đương là lớp 10A4 và lớp

10A3 của trường THPT Yên Định 2 Lớp 10A3 là lớp thực nghiệm, lớp 10A4 làlớp đối chứng Lớp thực nghiệm 10A3 được dạy sử dụng bài tập đồ thị chất khí

Trong đề tài, phần nghiên cứu tôi đưa ra sơ đồ để ghi nhớ các kiến thứcgiúp các em học sinh hiểu sâu về kiến thức đó để nhớ chính xác và được lâu,tiếp đó tôi đưa ra phương pháp vẽ đồ thị căn cứ vào phương trình hàm số, cácdạng bài tập cơ bản và phương pháp giải tương ứng, bài tập vận dụng cácphương pháp đó và cuối cùng là các bài tập tự luyện nhằm giúp các em có kĩnăng giải bài tập

Kết quả như sau: Trước tác động thì điểm trung bình môn học kỳ I củalớp thực nghiệm là 7,3; của lớp đối chứng là 7,1 Giá trị của phép kiểm chứng T-test p = 0,133709 > 0,05 (hai lớp được coi là tương đương) Sau tác độngđiểm trung bình bài kiểm tra của lớp thực nghiệm là 8,1; của lớp đối chứng là7,2

Như vậy, lớp thực nghiệm có kết quả cao hơn lớp đối chứng Kết quảkiểm tra T-test cho thấy p = 0,00000061 < 0,05 có nghĩa là có sự khác biệt lớngiữa bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và đối chứng Điều đó chứng tỏ rằng việc

sử dụng bài tập đồ thị đã làm tăng kết quả ôn luyện và vận dụng kiến thứcchương chất khí cho học sinh lớp lý 10 ban KHTN

II GIỚI THIỆU

1 HIỆN TRẠNG

Khi giảng dạy chương chất khí lớp 10 tôi nhận thấy hầu hết các em họcsinh đều rất lúng túng khi làm các bài tập về chất khí bởi đây là phần có nhiềudạng bài tập, có nhiều công thức cần nhớ và việc áp dụng các công thức toánhọc tương đối phức tạp, dễ nhầm lẫn Trong đó, khó khăn lớn nhất của các em làviệc xác định bài toán thuộc dạng nào để ra đưa phương pháp giải phù hợp choviệc giải bài toán đó

Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh thường chỉ biết làmnhững bài tập đơn giản, còn những bài tập yêu cầu phải có khả năng phân tích

đề hoặc tư duy, nhớ lâu và chính xác kiến thức để vận dụng thì còn nhiều hạn chế

Các bài tập về đồ thị chất khí đã được viết không nhiều Tuy vậy, một sốcác tài liệu đó chủ yếu viết cho học sinh khá và giỏi tự đọc và có thể hiểu ngayvấn đề và áp dụng vào các bài tập khác, còn đối với đa số học sinh thì việc tựnghiên cứu các tài liệu để nắm kiến thức là vô cùng khó khăn chính, hay nhầmlẫn kiến thức, chưa hiểu rõ mối liên hệ giữa các công thức và đặc biệt là họcsinh rất khó nhớ

2 GIẢI PHÁP THAY THÊ

Để giúp cho học sinh dễ dàng nắm được kiến thức và vận dụng tốt cácphương pháp cơ bản giải các bài toán trong các đề thi thuộc chương chất khínên tôi đã thực hiện đề tài này

Thực tế giảng dạy nhiều khóa học sinh, tôi nhận thấy vấn đề các em họcsinh hay mắc phải là học từng bài thì có hiểu, nhưng để nhớ các kiến thức đóđược lâu và hiểu rõ sự logic liên quan giữa các bài học thì các em chưa làm tốt.Chương chất khí có các phương trình diễn tả sự biến đổi chất khí nên tôi đã chú

trọng sử dụng bài tập đồ thị chất khí để diễn tả các quá trình biến đổi chất khí.

Việc sử dụng phương pháp này hướng tới nhiều mục đích: rèn luyện kỹ năng vẽ

và đọc đồ thị, kỹ năng tư duy logic hiểu được diễn biến của các quá trình, vàđiều quan trọng hơn là kỹ năng ghi nhớ kiến thức phương trình cla-pê-rôn -Men-âã-lê-ép, phương trình trạng thái khí lí tưởng, các phương trình diễn tả các địnhluật chất khí

Việc sử dụng bài tập đồ thị sẽ tạo ra hiệu quả cao và tiết kiệm được thờigian hơn trong quá trình làm bài tập chương chất khí Từ đó nâng cao chất lượngcủa các bài kiểm tra, tạo hứng thú học tập cho học sinh

3

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Giúp các em học sinh có thể hiểu và vận dụng tốt kiến thức giải thôngthạo các dạng bài tập cơ bản về bài tập chất khí và có những kĩ năng tốt trongviệc làm các bài tập phần nhiệt học

Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôicuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập môn vật lý, đồng thời giúp các emđạt được kết quả cao trong các kỳ thi

Đưa ra phương pháp chung để giải một số dạng bài tập Việc nghiên cứu

đề tài này nhằm giúp học sinh củng cố được kiến thức, rèn luyện được phươngpháp giải các loại bài tập, nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lý

4 GIẢ THIÊT NGHIÊN CỨU

Sử dụng bài tập đồ thị chất khí sẽ làm nâng cao chất lượng học tập

chương chất khí cho học sinh lớp 10 ban KHTN

III PHƯƠNG PHÁP

1 KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

Tôi lựa chọn học sinh lớp 10A3 và lớp 10A4 trường THPT Yên Định 2 đểnghiên cứu vì hai lớp có lực học tương đương nhau, kết quả điểm trung bìnhmôn học kì I là gần tương đồng nhau Cả hai lớp trên đều do tôi giảng dạy

Đề tài nghiên cứu sử dụng bài tập đồ thị giải một số bài tập chương chất khí thuộc chương trình lớp 10 nâng cao.

2 THIÊT KÊ

- Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài

- Trình bày kiến thức cơ sở sách giáo khoa về các định luật và phương trìnhchất khí

- Phương pháp suy luận tìm ra kiến thức liên quan đến các dạng bài tập về đồthị chất khí

- Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập

- Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện

- Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng đối tượnghọc sinh

- Chọn lớp 10A3 làm lớp thực nghiệm, lớp 10A4 là lớp đối chứng Tôi dùngđiểm trung bình môn học kì I-môn Vật lý làm bài kiểm tra trước tác động

Kết quả cho thấy điểm trung bình của hai nhóm có sự khác nhau, do đóchúng tôi dùng phép kiểm chứng T- test để kiểm chứng sự chênh lệch trung bình

về điểm số của hai nhóm trước khi tác động

Bảng so sánh điểm trung bình của bài kiểm tra trước tác động

Nhóm Số HS Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn (SD) p

Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn( SMD) 0,304

Ta thấy p = 0,134 > 0,05 nên sự chênh lệch về điểm số trung bình của hainhóm là không có ý nghĩa, hai nhóm được coi là tương đương

5

Kiểm tra trước và sau tác động với nhóm tương tương

Nhóm Kiểm tra trước

Kiểm tra sautác độngThực nghiệm 01 Sử dụng bài tập đồ thị

3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU

a Sự chuẩn bị bài của giáo viên:

- Lớp 10A4 (lớp đối chứng): Dạy theo phương pháp thông thường

- Lớp 10A3 (lớp thực nghiệm): Giáo viên biên soạn tài liệu về phương pháp đồthị có hướng dẫn cụ thể phương pháp và cách làm, sau đó giáo viên lên lớpgiảng dạy cho học sinh nội dung bài tập của từng phương pháp, ra bài tập chocác em tự làm để nắm vững các phương pháp

b Tiến hành dạy thực nghiệm:

- Dạy trên lớp theo phân phối chương trình

- Dạy thêm buổi chiều tại trường 1 buổi/tuần

- Tiến hành kiểm tra và chấm bài

IV PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KÊT QUẢ

1 TRÌNH BÀY KÊT QUẢ:

Bảng so sánh điểm trung bình của bài kiểm tra sau tác động

Chênh lệch giá trị trung

2 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU

Như trên đã chứng minh: kết quả 2 nhóm trước tác động là tương đương.Sau tác động kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình bằng t-test cho kết quảp=0,00000061 < 0,05 Đây là kết quả rất có ý nghĩa, tức là sự chênh lệch kết quảđiểm trung bình nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng không phải dongẫu nhiên mà do kết quả của tác động.

Giá trị SMD = 8,1 7, 20,673− =1,263 theo bảng tiêu chí Cohen cho thấy mức độảnh hưởng của dạy học có sử dụng tài liệu tự học đến kết quả là rất lớn Nhưvậy, giả thuyết của đề tài đã được kiểm chứng

3 BÀN LUẬN

- Điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm là là8,1; của nhóm đối chứng là 7,2 Chứng tỏ điểm trung bình của hai lớp có sựkhác nhau rõ rệt Lớp thực nghiệm có điểm cao hơn lớp đối chứng

- Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn (SMD) của hai bài kiểm tra là 1,263.Chứng tỏ biện pháp tác động có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả

- Phép kiểm chứng T-test điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động củahai lớp 10A3 và 10A4 là p = 0,00000061 < 0,05 Kết quả này khẳng định sựchênh lệch điểm trung bình của hai nhóm không phải do nhẫn nhiên mà do kếtquả tác động

4 HẠN CHÊ

Để có thể sử dụng phương pháp đồ thị chất khí đòi hỏi học sinh phải tìmtòi và tự học tự nghiên cứu dựa trên sự hướng dẫn của giáo viên Để có thể giảitốt được các bài tập chương chất khí đòi hỏi học sinh phải có kĩ năng và kiếnthức vững vàng Giáo viên phải hướng dẫn các em một cách cẩn thận và tỉ mỉ

7

V KÊT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHI

1 KÊT LUẬN

Sử dụng phương pháp đồ thị chất khí sẽ giúp các em làm bài tập một cáchhiệu quả trong thời gian ngắn nhất và đạt kết quả cao Kiến thức của học sinh vềchương chất khí ngày càng được củng cố và phát triển sau khi nắm vững sau khivận dụng bài tập đồ thị chất khí.Qua thời gian giảng dạy tôi thấy rằng với việcphân loại bài tập như trên đã giúp học sinh có cái nhìn đúng đắn và hứng thúhơn khi học chương chất khí Các em không còn túng túng bỡ ngỡ khi gặp cácbài tập này:

- Học sinh biết cách biểu diễn các đẳng quá trình biến đổi của chất khí vàchọn dạng phương trình nào cần để áp dụng

- Học sinh lĩnh hội được phương pháp biểu diễn các quá trình biến đổi củachất khí trong các hệ tọa độ khác nhau, xác định được chiều diễn biến và gọi têncác quá trình tương ứng

- Học sinh biết cách chứng minh hoặc so sánh thông số của các trạng tháicủa chất khí bằng đồ thị

- Học sinh đã hệ thống được các công thức và dạng các đồ thị diễn tả cácđịnh luật thực nghiệm, từ đó khắc sâu và nhớ lâu được nội dung kiến thức

Thực tế giảng dạy cho thấy việc sử dụng phương pháp đồ thị học sinhhiểu và áp dụng được phương pháp giải các bài tập tương đối dễ dàng, chínhxác Tuy nhiên, chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót trong cáchphân dạng cũng như cách giải các bài tập minh họa Rất mong nhận được nhữngnhận xét, góp ý của các bạn đồng nghiệp để đề tài ngày càng hoàn chỉnh, đónggóp vào kho phương pháp giải bài tập vật lý hay và có hiệu quả

2 KHUYÊN NGHI

Giáo viên thường xuyên tự học, tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyênmôn Dạy học kết hợp sử dụng phương pháp đồ thị để tạo cho học sinh thói quenghi nhớ và làm đúng bài tập chương chất khí

Đề tài đã được thử nghiệm ở trường phổ thông, xong việc áp dụng còn ởmột phạm vi hẹp Do vậy, để đề tài được kiểm nghiệm và mang lại hiệu quảthiết thực hơn cần được thử nghiệm trên một phạm vi rộng hơn,

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều và đề tài cũng đã đạt được những kết quảnhất định, xong chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót, tác giả rất mong

nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong tổ vật lý trường THPTYên Định 2 nói riêng và các bạn đồng nghiệp nói chung.

Xin trân trọng cảm ơn!

Thanh Hóa, ngày 16 tháng 05 năm 2013

Xác nhận của thủ trưởng đơn vị Người viết

Tôi xin cam đoan đây là NCKHSPƯD

của mình viết, không sao chép nội dung của người khác

Nguyễn Văn Tường

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

9

1 Vật Lí 10 Nâng cao - Nguyễn Thế Khôi, Phạm Quý Tư, Lê Trọng Tường,Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Đình Thiết, BùiTrọng Tuân - Sách giáo khoa Nhà xuất bản GD - 2006.

2 Bài tập vật lí 10 Nâng cao - Lê Trọng Tường, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng,Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân - Nhà xuất bản GD - 2006

3 Giải toán Vật lí 10 - Tập 2- Bùi Quang Hân, Trần Văn Bồi, Phạm Ngọc Tiến,Nguyễn Thành Tương - Nhà xuất bản GD - 1999

4 Tuyển tập đề thi Olympic 30 - 4 vật lý 11 lần thứ VIII - 2002 - Sở GD -ĐTThành Phố HCM -Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nhà xuất bản GD -2012

VII PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI Phụ lục 1: Các giải pháp đã thực hiện đối với đề tài

1 Giải pháp 1:

Biểu diễn các đẳng quá trình biến đổi của chất khí sang hệ khác.

1.1 Cơ sở lý thuyết: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng: pV

T = const

1.1.1 Quá trình đẳng nhiệt:

+ Dạng 1: T = const

+ Dạng 2: P.V = const

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) hoặc (V,T) → dùng dạng 1 (hình 1a,b)

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,V) → dùng dạng 2 (hình 1c)

1.1.2 Quá trình đẳng tích:

+ Dạng 1: V = const

+ Dạng 2: p

T = const

• Nếu biểu diễn trong hệ (V,T) hoặc (P,V) → dùng dạng 1 (hình 2a,b)

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) → dùng dạng 2 (hình 2c)

1.1.3 Quá trình đẳng áp:

+ Dạng 1: P = const

+ Dạng 2: V

T = const

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) hoặc (P,V) → dùng dạng 1 (hình 3a,b)

• Nếu biểu diễn trong hệ (V,T) → dùng dạng 2 (hình 3c)

11

0 hçnh 1

hçnh 2

P V

T

Phương trình Cla-pê-rôn –Men-đê-lê-ép

1.1.4 Xác định chiều diễn biến và gọi tên các quá trình.

+ Căn cứ vào sự thay đổi của các thông số trạng thái P,V, T dựa trên đồ thị đã có hoặc dựa vào dữ kiện đề ra

+ Viết chúng dưới dạng kí hiệu

* Ghi nhớ kiến thức:

1/ Mỗi đẳng quá trình ta nêu cả 2 dạng phương trình thì mới diễn tả đầy

đủ sự thay đổi 3 thông số trạng thái p, V, T

2/ Bảng tổng hợp hình dạng đồ thị và các phương trình tương ứng:

Định luật

Bôi-lơ-ma-ri-ốt

Định luậtSác- Lơ

Định luậtGay-Luy-XắcQuá trình đẳng nhiệt Quá trình đẳng tích Quá trình đẳng áp

P

2 1

0

2

V V

T T

P

V

1.2 Áp dụng giải các dạng toán.

1.2.1 Bài toán ví dụ 1 : Vẽ đồ thị diễn tả các quá trình biến đổi trạng thái của

một lượng khí

Vẽ đồ thị biểu diễn chu trình sau trong hệ tọa độ (P,V):

- Giãn đẳng áp từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 ( V2 = 2V1 )

- Giãn đẳng nhiệt từ trạng thái 2 sang trạng thái 3 ( V3 = 2V2 )

- Nén đẳng áp từ trạng thái 3 sang trạng thái 4 sao cho V4 = V2

- Nén đẳng nhiệt từ trạng thái 4 về trạng thái

Hướng dẫn

Ta có sơ đồ mô tả các quá trình biến đổi trạng thái của lượng khí:

Quá trình dãn đẳng áp 1-2 :

onst1 onst2 V tang T tang

2 1

p 1

p 2

onst1 onst2 V giam T giam

1.2.2 Bài toán ví dụ 2: biểu diễn đẳng quá trình sang một hệ khác.

Hình bên là đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí trong hệ (P,T) Hãy:

a, Mô tả quá trình biến đổi trạng

thái của lượng khí trên

b, Biểu diễn các quá trình biến đổi

P giảm : → giãn nở đẳng nhiệt

V tăng : giãn nở * quá trình 3-1: P = const : đẳng áp

Quá trình 2-3:

+ Dạng 1: T = const+ Dạng 2: pV = const (p tỉ lệ nghịch với V)(p giảm, V tăng)

14

0

P

T 1

3

- Ta có thể mở rộng cho quá trình bất kỳ qua việc thực hiện các bước sau:

+ Bước 1: Xác định quy luật biến đổi của chất khí bằng phương trình toán

học (từ đồ thị suy ra hoặc dựa vào các dữ kiện đề bài): f( P,V,T) = C1

+ Bước 2: Thành lập hệ phương trình

f (P,V,T) = C1

g (P,V,T) = pV

T = C2 (phương trình trạng thái)Khử 1 trong 3 thông số từ hệ trên ta được một phương trình liên hệ giữa hai thông số còn lại: h( y, x ) = C3 hay y = f(x)

+ Bước 3: Khảo sát hàm số y = f(x) ta vẽ được đồ thị trong hệ (y,x)

x∈{ P,V,T}

y∈{ P,V,T}, x ≠ y

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) thì ta khử thông số V

• Nếu biểu diễn trong hệ (P,V) thì ta khử thông số T

• Nếu biểu diễn trong hệ (V,T) thì ta khử thông số P

2.2 Áp dụng giải các dạng toán

2.2.1.Bài toán ví dụ 1:

Cho biết một lượng khí biến đổi theo

một quá trình như đồ thị bên

Hãy biểu diễn quá trình biến đổi của

chất khí trong các hệ (T,P) và (T,V)

Hướng dẫn

- Nhận xét: Quá trình 1-2 không phải là các đẳng quá trình

→ không thể sử dụng được các phương pháp thông thường

- Từ đồ thị, ta có quy luật biến đổi của chất khí:

1

2 T

0

P

V 1

2