Dạy học bài tập vật lý phần “các định luật của khí lý tưởng nhiệt động lực học” chương trình vật lý THPT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC CÀ THỊ DOAN DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

CÀ THỊ DOAN

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SƠN LA, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

CÀ THỊ DOAN

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

Chuyên ngành: Phương pháp dạy học Vật lý

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS Phạm Hồng Sơn

SƠN LA, NĂM 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Phạm Hồng Sơn giảng viên giảng dạy bộ môn Vật lý trường Đại Học Tây Bắc đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong tổ bộ môn Vật lý khoa Toán - Lý - Tin, thư viện trường Đại Học Tây Bắc đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện đề tài này

Chân thành cảm ơn các thầy cô giáo ở các trường THPT đã tận tình đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực nghiệm sư phạm

Tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các bạn

để đề tài thêm hoàn thiện

Xin chân thành cảm ơn!

Sơn La, tháng 5 năm 2015

Người thực hiện

Cà Thị Doan Lớp K52ĐHSP Vật Lý

Các chữ viết tắt trong khóa luận

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

3 Mục đích nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

5 Giả thuyết khoa học 3

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp của đề tài 3

9 Cấu trúc đề tài 4

PHẦN 2 NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5

1.1 Cơ sở lý luận 5

1.1.1 Khái niệm bài tập vật lý [6] 5

1.1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [6] 5

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học [6] 6

1.1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý [6] 6

1.1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [6] 6

1.1.5.1 Lựa chọn hệ thống bài tập 6

1.1.5.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý 7

1.1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [6] 8

1.1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý 10

1.1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 10

1.1.7.2 Hướng dẫn tìm tòi 10

1.1.7.3 Định hướng khái quát hóa chương trình 11

1.2 Cơ sở thực tiễn 11

1.2.1 Cơ sở pháp lý 11

1.2.2 Cơ sở thực tiễn 13

1.2.2.1 Thực trạng giảng dạy bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” 13

1.2.2.2 Những khó khăn của học sinh mà học sinh hay gặp khi giải bài tập phần này 17 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 19

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 20

2.1 Các kiến thức cơ bản trong phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” 20

2.1.1 Thuyết động học phân tử về chất khí 20

2.1.1.1 Tính chất của chất khí 20

2.1.1.2 Lượng chất, mol 20

2.1.1.3 Thuyết động học phân tử chất khí 21

2.1.2 Một số khái niệm 21

2.1.2.1 Khái niệm khí lý tưởng 21

2.1.2.2 Áp suất 21

2.1.2.3 Thể tích 21

2.1.2.4 Nhiệt độ 22

2.1.3 Các định luật chất khí lý tưởng 22

2.1.3.1.Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt 23

2.1.3.2 Định luật Sác-lơ 24

2.1.3.3 Định luật Gay Luy-xác 26

2.1.3.4 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng 27

2.1.3.5 Phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ép: 27

2.1.4 Các kiến thức cơ bản về nhiệt động lực học 28

2.1.4.1 Nội năng của khí lý tưởng 28

2.1.4.2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học 28

2.2 Những điểm cần lưu ý về phương pháp giải 30

2.2.1 Đối với các bài tập về các định luật của khí lý tưởng 30

2.2.2 Đối với các bài tập về Nội năng của khí lý tưởng và Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học 31

2.3 Phân dạng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải 32

2.3.1 Bài tập về các định luật của khí lý tưởng 32

2.3.1.1 Dạng 1: Bài tập về các đẳng quá trình (trong quá trình biến đổi có một thông số không đổi) 32

2.3.1.2 Dạng 2: Bài tập áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng 43

2.3.1.3 Dạng 3: Bài tập áp dụng phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép 48

2.3.1.4 Dạng 4 Bài tập đồ thị 53

2.3.1.5 Đề cử một số bài tập giảng dạy tiết bài tập chương này 55

2.3.2 Bài tập về Nhiệt động lực học 56

2.3.2.1 Dạng 1: Bài tập về sự tryền nhiệt lượng giữa các vật 56

2.3.2.2 Dạng 2: Bài tập áp dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học 60

2.3.2.3 Dạng 3: Bài tập về động cơ nhiệt Máy lạnh 63

2.3.2.4 Đề cử bài tập giảng dạy tiết bài tập chương này 65

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 67

CHƯƠNG 3: CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ MỤC TIÊU 68

3.1 Mục đích 68

3.2 Đối tượng 68

3.3 Phương pháp 68

3.4 Kết quả 68

3.5 Kết luận 69

PHẦN 3 KẾT LUẬN CHUNG 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kĩ thuật trên tất cả các ngành các lĩnh vực khác nhau của đời sống - xã hội thì nhu cầu về sự phát triển của con người đặc biệt là trình độ, năng lực, sự hiểu biết có vai trò hết sức quan trọng Bước sang thế kỉ XXI loài người đã đạt được thành tựu to lớn nhưng cũng đặt ra nhiều khó khăn, thử thách với cá nhân Với vai trò ngày càng cao của con người trong kỉ nguyên này đặt ra nhiệm vụ của giáo dục là phải đào tạo những con người có trình độ văn hóa, sáng tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội

Để đào tạo thế hệ trẻ đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới toàn bộ cả mục đích, cả nội dung, phương pháp và phương tiện dạy học Chương trình mới có những đổi mới cơ bản, sâu sắc nhất là phương pháp dạy học, sự đổi mới phương pháp dạy học được thể hiện trong tất cả các môn học trong đó có môn Vật lý

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm có vai trò quan trọng giúp con người ngày càng hoàn thiện khả năng hiểu biết về tự nhiên - xã hội Trong chương trình phổ thông Vật lý có vai trò quan trọng cung cấp cho học sinh những kiến thức ban đầu cơ bản về thế giới tự nhiên đồng thời giúp học sinh hình thành thói quen làm việc một cách khoa học Cũng như phần lớn môn học khác, Vật lý cũng có yêu cầu riêng ngoài việc nắm vững lý thuyết thì việc vận dụng vào việc giải bài tập một cách khoa học luôn được quan tâm

Việc dạy học bài tập Vật lý giúp các em ôn tập củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức lý thuyết để ứng dụng vào giải bài tập và hiểu rõ thêm ý nghĩa vật lý của nó Ngoài ra nó còn là tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT, sinh viên sư phạm Vật lý, học sinh THPT cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản thân

Trong quá trình tham khảo kinh nghiệm giảng dạy của giáo viên phổ thông và quá trình học của học sinh, tôi thấy khi giải bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” của chương trình Vật lý 10 nâng cao các

em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như: không tìm được

hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương để giải quyết một vấn đề chung…hay khi giải bài tập thì thường áp dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa Vật lý của chúng…

Xuất phát từ thực tế trên và tham khảo một số tài liệu, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình trong việc nâng cao chất lượng dạy và học môn Vật

lý ở trường phổ thông, tôi chọn đề tài: Dạy học bài tập Vật lý phần “Các định

luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” chương trình Vật lý THPT nhằm

củng cố thêm kiến thức lý thuyết và phương pháp giải bài tập cho bản thân trong quá trình học chương này, làm tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT trong quá trình giảng dạy, sinh viên sư phạm Vật lý và học sinh THPT làm tài liệu tham khảo lý thuyết và giải một số bài tập cơ bản của phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Các nội dung kiến thức phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” thuộc SGK Vật lý 10 THPT

luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” SGK Vật lý 10 THPT, đặc biệt việc

vận dụng lý thuyết vào giải bài tập trong phần này

3 Mục đích nghiên cứu

- Vận dụng cơ sở lý luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lý thuyết,

phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”, SGK Vật lý 10 THPT có định hướng tư duy cho học sinh nhằm bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đề tài nghiên cứu nội dung kiến thức phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”, SGK Vật lý 10 THPT, phân loại bài tập và hướng dẫn giải có hướng định hướng tư duy cho học sinh

5 Giả thuyết khoa học

phân loại được hệ thống bài tập và sử dụng một cách có hiệu quả trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý ở THPT trên cơ sở lý luận, có định hướng tư duy có tác dụng rèn luyện kiến thức và kĩ năng cho người học hiệu quả hơn, đáp ứng được mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng người học cần đạt được trong chương trình

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu tình hình thực tế dạy và học bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”, SGK Vật lý 10 cơ bản và nâng cao ở trường phổ thông

- Hệ thống hóa nội dung lý thuyết phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” SGK Vật lý 10 cơ bản và nâng cao

- Tìm ra những lưu ý phương pháp giải và giải bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” SGK Vật lý 10 ở trường THPT

- Sưu tầm, phân loại và lưu ý phương pháp giải bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”

7 Phương pháp nghiên cứu

pháp sau:

- Nghiên cứu lý luận

- Phương pháp điều tra thăm dò

8 Đóng góp của đề tài

- Nêu ra được hệ thống kiến thức lý thuyết phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” chương trình Vật lý THPT

hệ thống các bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học” chương trình Vật lý THPT

- Là tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học phổ thông, sinh viên sư phạm Vật lý, học sinh THPT

9 Cấu trúc đề tài

Phần 1 Mở đầu

Phần 2 Nội dung

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn

Chương 2: Dạy học bài tập vật lý phần “Các định luật của khí lý tưởng Nhiệt động lực học” chương trình vật lý THPT

-Chương 3: Căn cứ đánh giá mục tiêu

Phần 3 Kết luận

PHẦN 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Cơ sở lý luận

1.1.1 Khái niệm bài tập vật lý [6]

Trong thực tế dạy học “bài tập vật lý được hiểu là một vấn đề được đặt ra

mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgic, những phép toán

và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lý”…

Hay trong các tài liệu về phương pháp dạy học bộ môn người ta hiểu “bài tập vật lý là những bài tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn”

Do đó, bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nghiệm vụ dạy học vật lý trong nhà trường phổ thông

1.1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [6]

Thông qua dạy học về bài tập vật lý, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lý, những hiện tượng vật

lý, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học

Bài tập vật lý có thể sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc

Bài tập vật lý sẽ là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lý được trình bày dưới dạng các tình huống có vấn đề

Bài tập vật lý còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và

là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh

Ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lý thuyết với thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học [6]

Thông thường có 3 hình thức phân loại bài tập vật lý được coi là cơ bản nhất

- Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy của học sinh:

+ Bài tập nhận biết, tái hiện, tái tạo

+ Bài tập hiểu, áp dụng trực tiếp

+ Bài tập vận dụng linh hoạt

+ Bài tập vận dụng sáng tạo

- Phân loại theo nội dung bài tập:

+ Bài tập có nội dung cụ thể

+ Bài tập có nội dung lịch sử

+ Bài tập có nội dung trừu tượng

+ Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp

1.1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý [6]

- Xác lập được mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên việc vận dụng kỹ thuật vật lý vào những điều kiện cụ thể của bài toán đã cho

- Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ đầu mối liên hệ đã xác lập đến kết luận cuối cùng của việc giải quyết vấn đề đã đặt ra trong bài toán

1.1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [6]

1.1.5.1 Lựa chọn hệ thống bài tập

- Khi lựa chọn hệ thống bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản, đã được xác định của đề tài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hóa và khắc sâu thêm + Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của các mối quan hệ giữa các đại lượng và các khái niệm đặc trưng cho các quá trình hoặc hiện tượng phải được mô tả trong hệ thống bài tập

+ Mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức cho học sinh Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức

+ Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại (bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị…) và nội dung phải không được trùng lặp

+ Các kiến thức toán lý được sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình

độ học sinh

+ Số lượng bài tập được lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian

1.1.5.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý

- Người giáo viên phải dự tính được kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể Muốn vậy:

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy học sinh

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung hoàn thiện những kiến thức lý thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho người học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan đến kiến thức lý thuyết

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập điển hình nhằm hình thành phương pháp chung giải mỗi loại bài tập đó

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chương trình

- Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phương pháp sử dụng

- Khi dạy giải bài tập vật lý cần dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức

đó để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn cho người học kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chương trình vật lý

- Người giáo viên cần đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và tính tự lập của học sinh Chính thông qua việc giải bài tập vật lý mà có thể hình thành ở người học phong cách nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các hiện tượng cần nghiên cứu, qua đó có thể phát triển tư duy của người học

1.1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [6]

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để giúp học sinh giải một bài tập Nhưng có một phương pháp thường được dùng nhiều hơn hết là phương pháp thông qua các bước sau:

Bước 1: Đọc đề bài Tìm hiểu đề bài

- Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là

dữ kiện đã cho

- Dùng các kí hiệu vật lý để ghi tóm tắt đề bài

- Đổi đơn vị về đơn vị hợp pháp

- Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lý trong bài tập

Bước 2: Phân tích các hiện tượng của bài toán để xác lập các mối liên hệ

Bước 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số

- Mỗi bài tập phải bắt đầu giải ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lượng cần tìm cần tìm phải được biểu thị qua các đại lượng đã cho Sau khi tìm được kết quả cuối cùng bằng chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút

ra mối liên hệ tường minh, trực tiếp giữa cái đã cho và cái phải tìm bằng cách thay các đại lượng bằng trị số của chúng để tính kết quả bằng số

- Các trị số của các đại lượng vật lý luôn luôn là gần đúng Do đó, khi tính toán cần tuân theo các quy tắc áp dụng cho các số gần đúng

Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả

- Kiểm tra xác nhận kết quả:

+ Kiểm tra xem đã tính toán đúng chưa

+ Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không

+ Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không

+ Giải bài toán theo cách khác xem có cho cùng kết quả không

- Nhận xét về:

+ Giá trị thực tế của kết quả

+ Phương pháp giải

+ Khả năng mở rộng bài tập

+ Khả năng ứng dụng của bài tập…

Như vậy, xem xét tư duy khi giải bài tập vật lý cho thấy có hai phần việc quan trọng nhất thiết cần thực hiện

+ Xác lập cho được các mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng trực tiếp kiến thức vật lý vào điều kiện bài tập

+ Luận giải tính toán để tìm mối liên hệ đã xác lập đi đến kết quả cuối cùng Sự thực hiện hai phần này có thể lần lượt và xen kẽ nhau, trong đó quan trọng nhất là việc xác lập được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

Các công thức, phương trình đã xác lập dựa trên các kiến thức vật lý và điều kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại lượng vật lý Đối với các bài tập tính toán định lượng thì đó chính là thiết lập các phương trình để đi đến việc giải hệ phương trình để tìm nghiệm của ẩn số

Người ta có thể biểu diễn mô hình hóa các mối liên hệ giữa cái đã cho (kí hiệu bằng các chữ a, b, c …), cái phải tìm (kí hiệu bằng chữ x) và cái chưa biết (kí hiệu bằng các số 1, 2, 3…) như sơ đồ dưới đây:

Trong đó: là cái phải tìm

1.1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

1.1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

- Là sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có Angorit là một quy tắc hoạt động hay chương trình hoạt động được xác định một cách rõ ràng, chính xác, chặt chẽ trong đó cần thực hiện hoạt động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

- Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn phải hành động như thế nào không được nêu ra Học sinh thưc hiện nhiệm vụ một cách mò mẫm theo cách thử và sai Kết quả nhiệm vụ

có thể thưc hiện được nhưng hành động mà nhờ đó nhiệm vụ được thực hiện không bền vững khi thay đổi điều kiện

+ Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải bài toán một cách chắc chắn, giúp

cho việc rèn luyện kĩ năng giải toán của học sinh có hiệu quả

+ Nhược điểm: Học sinh chỉ chấp nhận những hành động đã được chỉ sẵn

theo một mẫu đã có sẵn do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế

+ Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc

giải bài toán

+ Nhược điểm: Theo cách này không đảm bảo cho học sinh giải toán một

cách chắc chắn Giáo viên phải hướng dẫn sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ việc thực hiện các hành động theo mẫu đồng thời không hướng dẫn viển vông, quá chung chung, không giúp ích cho sự định hướng tư duy của học sinh

1.1.7.3 Định hướng khái quát hóa chương trình

- Là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết chứ không thông báo ngay cho học sinh cái đã có sẵn Giáo viên tiến hành dạy có kế hoạch về sự phân tích các nhiệm vụ nhằm rút ra những điểm tựa để thực hiện nhiệm vụ Đặc biệt của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết phù hợp với học sinh Nếu vẫn không đủ khả năng tự lập tìm tòi, giải quyết thì hướng dẫn của giáo viên chuyển thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu của một bước, sau yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bước tiếp theo Nếu cần, giáo viên lại giúp

đỡ cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, nhằm giúp học sinh tự lực giải quyết được bài toán đã cho, đồng thời dạy học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải toán

+ Ưu điểm: Hình thành ở người học kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch

hóa hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập

1.2 Cơ sở thực tiễn

1.2.1 Cơ sở pháp lý

Ngày mùng 5 tháng 5 năm 2006 Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ký quyết định số 16/2006/QĐ – BGDĐT về ban hành Chương trình giáo dục phổ thông bao gồm:

+ Mục tiêu giáo dục

+ Phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục

+ Chuẩn kiến thức kĩ năng và yêu cầu về thái độ của từng môn học, cấp học

+ Phương pháp và hình thức tổ chức giáo dục

+ Đánh giá kết quả từng môn học ở mỗi lớp, cấp học

+ Đánh giá kết quả giáo dục

* Yêu cầu về chuẩn kiến thức kĩ năng cần đạt của chương

Chất khí

- Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí

- Nêu được đặc điểm của khí

lý tưởng

- Phát biểu được định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt, Sác-lơ

- Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì

- Nêu được các thông số P,

V, T xác định trạng thái của một lượng khí

- Viết được phương trình trạng thái của khí lý tưởng

- Viết được phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép

- Vận dụng được thuyết động học phân tử để giải thích các định luật chất khí

- Vận dụng các định luật chất khí

để giải các bài tập cơ bản

- Vận dụng được phương trình trạng thái của khí lý tưởng

- Vẽ được đường đẳng tích, đẳng

áp, đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (P, V)

- Vận dụng được mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ và thể tích để giải thích một số hiện tượng có liên quan

Cơ sở của

nhiệt động

lực học

- Nêu được có lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật

- Nêu được nội năng bao gồm động năng của các hạt (nguyên tử, phân tử) và thế năng tương tác giữa chúng

- Nêu được ví dụ về hai cách làm thay đổi nội năng

- Phát biểu được nguyên lý I Nhiệt động lực học Viết được hệ thức của nguyên lý I Nhiệt động lực học ∆ U = A + Q Nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu các đại

- Vận dụng được mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ và thể tích để giải thích một số hiện tượng đơn giản

lượng trong hệ thức này

- Phát biểu được nguyên lý II Nhiệt động lực học

* Phân phối chương trình

Căn cứ vào Công văn số 5842/ BGDĐT-VP ngày 01 tháng 9 năm 2001 Bộ Giáo dục và Đào tạo

- Chương chất khí bao gồm 7 tiết: 5 tiết lý thuyết, 1 tiết bài tập, 1 tiết kiểm tra

- Chương Cơ sở của nhiệt động lực học bao gồm 4 tiết: 3 tiết lý thuyết (có giảm tải mục II.1 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch của bài 33 trang 175 SGK), 1 tiết bài tập

phân phối chương trình vẫn còn ít, với thời lượng như vậy thì chưa đáp ứng được việc vận dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết tất cả các dạng bài tập cơ bản của chương

- Vấn đề tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh và việc sử dụng bài tập trong dạy học vật lý của giáo viên

- Tìm hiểu tiếp cận với các dạng bài tập của phần “Các định luật của khí lý

tưởng - Nhiệt động lực học” Các bài tập của chương có nội dung thực tế trong học tập và vận dụng kiến thức vật lý vào thực tế cuộc sống

1.2.2.1.2 Đối tượng điều tra

- Giáo viên vật lý phổ thông:

Tôi đã tiến hành tham khảo ý kiến của 3 thầy cô giáo ở phổ thông, trong đó có một giáo viên là tổ trưởng tổ chuyên môn Vật lý, một cô giáo đã có kinh nghiệm dạy học 7 năm ở phổ thông, một thầy đã từng dạy học ở 2 trường khác nhau

- Giảng viên tổ Vật lý khoa Toán – Lý – Tin trường Đại học Tây Bắc: Tôi đã tham khảo ý kiến của 2 giảng viên đang trực tiếp giảng dạy bộ môn, có giảng viên đã từng giảng dạy ở phổ thông

1.2.2.1.3 Phương pháp điều tra

Để thực hiện được các mục đích điều tra trên, chúng tôi đã tiến hành:

+ Điều tra giáo viên: trao đổi qua mail, trao đổi trực tiếp và thực hiện qua phiếu + Điều tra giảng viên: trao đổi trực tiếp và thực hiện qua phiếu

1.2.2.1.4 Kết qủa điều tra

Theo ý kiến của thầy cô giáo đang giảng dạy ở phổ thông đã được hỏi thì tôi thu được kết quả sau:

- Những tài liệu mà thầy cô giáo đang giảng dạy ở THPT hiện tại thường hay sử dụng là: Hướng dẫn thực hiện chuẩn kiến thức kĩ năng; SGK, sách bài tập vật lý theo chương trình cơ bản hoặc nâng cao và những tài liệu tham khảo khác phù hợp với điều kiện học tập của học sinh trong nhà trường Đa số các tài liệu có hệ thống bài tập đa dạng, bám sát chuẩn kiến thức kĩ năng nhưng bên cạnh đó những tài liệu này chưa có sự phân dạng bài tập một cách rõ ràng và chưa đề cập đến nội dung giảm tải

- Việc xây dựng một tiết học bài tập cho học sinh thì các giáo viên thường hay lựa chọn bài tập theo tiêu chí là 50% nhận biết, 30% thông hiểu và 20% vận

dụng Đối với những bài tập vận dụng thấp thì giáo viên cho học dạng bài và

phương pháp giải bài tập sau đó cho bài tập mẫu để học sinh vận dụng kiến thức đơn giản làm bài Đối với những bài tập vận dụng cao thì giáo viên cho bài tập sau đó cho học sinh phân tích dữ liệu (giáo viên có thể gợi ý) rồi vận dụng tổ hợp kiến thức và giải

- Bên cạnh đó phân phối chương trình ở bậc THPT cho tiết bài tập theo các chương trong nội dung giảng dạy mà Bộ Giáo dục, Sở giáo dục hướng dẫn đến các đơn vị trường chưa thật sự hợp lý, vẫn còn ít để đảm bảo cho học sinh có thể nắm chắc được hết tất cả các dạng bài tập của chương

- Những nội dung thuộc phần giảm tải nếu điều kiện cho phép, giáo viên hoàn toàn có thể bổ sung vào nội dung tiết dạy bám sát, để học sinh hiểu biết thêm

Một tiết bài tập thường khó dạy, ở chỗ chưa có một tài liệu nào phù hợp với mọi đối tượng học sinh Các lài liệu thiết kế bài dạy thường không có sự khái quát, kết luận từng vấn đề, nên học sinh khó có thể nêu lên được phương pháp giải các bài tập liên quan Bên cạnh đó có những giáo viên chỉ dạy bài tập ở SGK, đa số các bài tập trong SGK chỉ dừng lại ở mức độ củng cố, và còn thiếu

so với lượng kiến thức đã nêu trong lý thuyết do đó dẫn đến tình trạng học sinh khá giỏi không thể phát huy hết khả năng, học sinh ở mức độ trung bình trở xuống thì gặp bế tắc khi gặp dạng bài tập khác, kĩ năng vận dụng kiến thức toán học trong việc giải bài tập còn hạn chế đối với một bộ phận không nhỏ học sinh Hơn nữa một số đơn vị kiến thức không được trình bày trong sách cơ bản nhưng lại cho bài tập trong sách bài tập, vì vậy ta cần một bộ tài tiệu trình bày đầy đủ hợp lý với nội dung chương trình học của chương

- Gọi học sinh lên bảng trình bày lời giải: giáo viên nêu bài tập (đã đưa cho học sinh về làm ở nhà), gọi học sinh lên bảng tóm tắt và trình bày lời giải, gọi học sinh khác nhận xét lời giải, giáo viên tổng kết bài giải và kết luận Tuy nhiên hoạt động này có những ưu và nhược điểm như:

+ Ưu điểm: kiểm tra và biết được khả năng hiểu và vận dụng kiến thức của học sinh lên bảng chữa bài; có thể phân tích và chỉ ra lỗi của học sinh một cách trực tiếp; có thể rèn luyện kĩ năng trình bày bài tập cho học sinh

+ Nhược điểm: trong một giờ bài tập chỉ kiểm tra được một số ít học sinh trong lớp; học sinh ở dưới mất trật tự nếu giáo viên không bao quát tốt

lớp giải chung một bài tập thông qua hệ thống câu hỏi, hoạt động này thường

được tiến hành khi có những bài tập phức tạp, giải qua nhiều bước, ở trong lớp chỉ một số ít học sinh giải được Tuy nhiên hoạt động này cũng có một số ưu nhược điểm như:

sinh hiểu được các bước suy luận giải bài toán thông qua các câu hỏi của giáo viên; giáo viên dễ bao quát lớp

sinh khi giải bài tập

Giáo viên phải dự đoán được những chỗ khó mà học sinh hay mắc phải khi giải bài tập để từ đó lựa chọn hệ thống câu hỏi, gợi ý dẫn dắt hợp lý Thường

sử dụng những câu hỏi dẫn dắt chung như:

+ Đọc, tóm tắt đề bài, đổi đơn vị, vẽ hình

+ Mô tả và tưởng tượng về hiện tượng nêu trong bài toán

+ Hiện tượng nêu trong bài toán có liên quan đến công thức, định luật nào

đã học?

+ Viết ra công thức có liên quan

+ Với các phương trình, công thức trên có xác định được cái cần tìm không? + Cụm từ “……” trong bài có ý nghĩa như thế nào? Có thể biểu diễn bằng phương trình toán học như thế nào?

+ Có thể giải phương trình, hệ phương trình trên như thế nào?

+ Kết quả thu được có hợp lý không?

Đặt câu hỏi phải phù hợp với đối tượng, không cứng nhắc, nếu câu hỏi khó học sinh không trả lời được có thể chia nhỏ câu hỏi thành những câu dễ hơn hoặc sử dụng sự liên tưởng, tưởng tượng để học sinh có thể trả lời được Kết hợp tốt trình bày bảng và phần trả lời câu hỏi gợi ý của học sinh, những câu trả lời quan trọng thì giáo viên chốt lại trong phần trình bày bảng

Giáo viên tổng kết và chốt lại phương pháp giải chung của bài toán

- Giao phiếu học tập và chia nhóm để học sinh giải bài tập tại lớp: cho các nhóm trình bày bài tập trong bảng phụ, giáo viên theo dõi các nhóm và đưa ra gợi ý giải, gọi đại diện nhóm lên trình bày bài giải cho các nhóm còn lại nhận xét kết quả Giáo viên tổng kết chốt lại bài tập, đánh giá về hoạt động của các nhóm

Để khắc phục những nhược điểm của từng phương pháp thì trong một tiết bài tập ta cần kết hợp giải bài tập thông qua nhiều hoạt động khác nhau, chủ yếu

là thông qua ba hoạt động nêu trên

- Thông qua sự định hướng nghiên cứu của giảng viên hướng dẫn về bộ

tài liệu đang được sử dụng giảng dạy ở bậc đại học dành cho sinh viên đại học

sư phạm chuyên môn vật lý Tôi đã nhận thấy rằng bộ tài liệu đã tóm tắt những nội dung kiến thức trọng tâm của phần khá đầy đủ, kết hợp cả chương trình cơ bản và nâng cao và đưa ra được những điểm chú ý về phương pháp giải rất rõ ràng Đưa ra hệ thống bài tập giải mẫu theo các bước giải bài tập vật lý và hệ thống bài tập tự giải Tuy nhiên có một số nội dung kiến thức có trong chương trình học ở phổ thông có thể giúp cho học sinh có cơ sở để giải thích nhiều hiện tượng vật lý và giải thích các định luật chưa được đề cập đến Trong phân phối chương trình của chương chất khí ở phổ thông có tiết đầu của chương nói về cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí Nội dung của thuyết động học phân tử chất khí giúp học sinh nắm được cấu trúc và tính chất của chất khí được

sử dụng để giải thích nhiều hiện tượng vật lý, ví dụ như sự lan tỏa của mùi nước hoa trong không gian, giải thích tại sao chất khí lại gây áp suất lên thành bình và tại sao áp suất này lại tỉ lệ nghịch với thể tích bình khí………Trên cở sở đó giải thích được các định luật của khí lý tưởng Ngoài ra, chưa đề cập đến các hằng số vật lý thường được áp dụng trong việc giải bài tập Chưa nêu lên đặc điểm và khái niệm về khí lý tưởng trong khi phần này nghiên cứu chủ yếu về khí lý tưởng Chưa đề cập đến động cơ nhiệt và máy lạnh, là những ứng dụng quan trọng của nhiệt động lực học

Trên những cơ sở phân tích trên, tôi dựa vào đó để soạn thảo thêm những nội dung kiến thức nêu trên trong nội dung chương 2 của phần này

1.2.2.2 Những khó khăn của học sinh mà học sinh hay gặp khi giải bài tập phần này

1.2.2.2.1 Đối với phần các định luật khí lý tưởng

- Khó khăn trong việc lượng khí đang xét là lượng khí nào, chứa ở đâu

- Hay nhầm lẫm trong việc xác định các thông số trạng thái ở trạng thái

đầu, thông số nào ở trạng thái cuối

- Học sinh thường quên là đối với chất khí thì thể tích của nó phụ thuộc vào thể tích bình chứa Nên nhiều khi bài toán không nói rõ là quá trình đẳng tích mà chỉ nói là lượng khí được chứa trong một bình ở cả hai trạng thái nhưng học sinh không xác định được đó là quá trình gì

- Hay nhầm lẫm quá trình nào thì ứng với định luật nào

- Nếu không phải đẳng quá trình thì khó khăn trong việc xác định được trường hợp nào thì áp dụng phương trình trạng thái, trường hợp nào thì áp dụng phương trình Cla-pê-rôn - Men-lê-đê-ép

- Học sinh thường quên đổi đơn vị đo của cùng một thông số về cùng đơn

vị khi giải bài tập và không thông thạo trong việc đổi đơn vị đo

1.2.2.2.2 Đối với phần nhiệt động lực học

- Nhiều học sinh thường không phân biệt được hai khái niệm “nhiệt lượng”

và “nhiệt độ”

- Khi giải bài toán truyền nhiệt học sinh thường khó xác định vật thu nhiệt

và tỏa nhiệt khi hệ có sự tham gia của nhiều vật

- Học sinh thường quên khâu kết luận về dấu của các đại lượng trong các bài toán tính công, nhiệt lượng và độ biến thiên nội năng để biết vật nhận hay thực hiện công, thu hay tỏa nhiệt, nội năng tăng hay giảm

+ Đưa ra cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý một cách khoa học Quá trình điều tra thực tiễn dạy học bài tập vật lý phần “Các định luật của khí lý tưởng – Nhiệt động lực học” hiện nay vấn còn nhiều hạn chế Chúng ta đều biết bài tập vật lý là phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức đã học nhưng cũng là phương tiện phát triển tư duy lôgic và khả năng vận dụng vào thực tế Thông qua khảo sát một số trường THPT hiện nay, chúng tôi đánh giá thực trạng giảng dạy bài tập chương “Các định luật của khí lý tưởng – Nhiệt động lực học”

và các hoạt động dạy học thường áp dụng trong một tiết dạy học vật lý ở trường THPT hiện nay

Những luận điểm và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở của việc vận dụng lý luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lý thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Các định luật của khí lý tưởng – Nhiệt động lực học” SGK Vật lý THPT có định hướng tư duy cho học sinh bám sát mục tiêu dạy học chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” CHƯƠNG TRÌNH

VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1 Các kiến thức cơ bản trong phần “Các định luật của khí lý tưởng - Nhiệt động lực học”

2.1.1 Thuyết động học phân tử về chất khí

2.1.1.1 Tính chất của chất khí

- Bành chướng: chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa

- Dễ nén: khi áp suất tác dụng lên một lượng khí tăng thì thể tích của khí giảm đáng kể

- Có khối lượng riêng nhỏ so với chất lỏng và chất rắn

2.1.1.2 Lượng chất, mol

- Lượng chất chứa trong một vật được xác định theo số phân tử hay nguyên

tử chứa trong vật ấy

- Một mol là một lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng số nguyên tử chứa trong 12g Cácbon 12

- Số Avôgađrô: số 6,02.1023 hạt chứa trong 1 mol chất gọi là số Avôgađrô và được kí hiệu là: NA = 6,02.1023 mol-1 đó là số nguyên tử trong 12g Cácbon được lấy làm chuẩn về lượng chất

- Khối lượng mol của một chất khí được đo bằng khối lượng của 1 mol chất

ấy Kí hiệu: μ

l/mol hay 0,0224 m3/mol

- Khối lượng m0 của một phân tử chất: m0 = μ

+ Lực tương tác giữa các phân tử chỉ trừ lúc va chạm là đáng kể còn lại thì rất nhỏ, có thể bỏ qua

+ Sự va chạm lẫn nhau giữa các phân tử khí tuân theo quy luật va chạm đàn hồi (nghĩa là không hao hụt động năng phân tử)

- Khái niệm khí lý tưởng: Chất khí trong đó các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm gọi là khí lý tưởng

2.1.2.2 Áp suất

- Theo thuyết động học phân tử: Các phân tử khí chuyển động hỗn độn va đập vào thành bình chứa gây nên một lực Độ lớn của lực này trên một đơn vị diện tích được định nghĩa là áp suất Như thế đối với cùng bình chứa, áp suất khí càng lớn nghĩa là khí tác động vào thành bình càng mạnh

- Đơn vị: thường dùng là N/m2 hay Pa (Pascal) hoặc atm (atmosphere)

2.1.2.4 Nhiệt độ

- Nhiệt độ là thông số xác định trạng thái của một lượng khí, có mối liên hệ với các thông số P, V

- Đơn vị:

+ Nhiệt giai Cesius: 0C

+ Nhiệt giai Kelvil: K

+ Nhiệt giai Fahrenheti: 0F

- Giới hạn nhiệt độ tùy thuộc vào nhiệt giai tương ứng

- Độ không tuyệt đối: là trạng thái nhiệt động học lý tưởng của vật chất, trong đó mọi chuyển động nhiệt đều ngừng, theo kết quả tính toán lý thuyết thì

C được tính là 00

K

2.1.3 Các định luật chất khí lý tưởng

Các định luật chất khí lý tưởng đều được áp dụng cho khối khí:

+ Cô lập (có khối lượng không đổi), không có biến đổi hóa học

Trạng thái của một lượng khí được xác định bằng ba thông số trạng thái là:

áp suất P, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T

- Trong quá trình biến đổi có một thông số không thay đổi, còn hai thông số còn lại thay đổi:

* T = const: áp dụng đinh luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

* V = const: áp dụng định luật Sác-lơ

* P = const: áp dụng định luật Gay Luy-xác

- Nếu trong quá trình biến đổi, cả ba thông số đều biến đổi và không cần biết đến khối lượng của chất khí thì ta dùng phương trình trạng thái của khí lý tưởng

- Cần tính khối lượng của chất khí hoặc cho khối lượng làm dữ kiện thì sử dụng phương trình Cla-pê-rôn – Men-đê-lê-ép

- Vẽ đồ thị, vẽ các điểm tương ứng với mỗi trạng thái, nối các điểm lại theo đúng các đường đã học

2.1.3.1.Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

2.1.3.1.1 Định luật: Ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một khối lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với áp suất:

V1

V2 = P2

P1 => P1V1 = P2V2Hay: Ở nhiệt độ không đổi, thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định là một hằng số: PV= const

* Giải thích dựa vào thuyết Ðộng học phân tử, ta có thể giải thích định luật này một cách định tính như sau:

- Nguyên nhân gây ra áp suất là do va chạm của các phân tử lên thành bình

- Số va chạm trên mỗi đơn vị diện tích của thành bình (trong một đơn vị thời gian) phụ thuộc vào mật độ phân tử khí, mật độ lại phụ thuộc vào thể tích Thể tích tăng mật độ giảm và ngược lại, nên khi nhiệt độ không đổi thể tích và

áp suất thay đổi ngược nhau

2.1.3.1.2 Đường đẳng nhiệt trong các hệ tọa độ

- Trong hệ tọa độ POV: các đường đẳng nhiệt có dạng hypebol, nhiệt độ càng cao thì đường đẳng nhiệt càng dịch lên trên

- Trong hệ tọa độ VOT: các đường đẳng nhiệt có dạng đường thẳng song song với trục thể tích V

- Trong hệ tọa độ POT: các đường đẳng nhiệt có dạng đường thẳng song song với trục áp suất P

2.1.3.2 Định luật Sác-lơ

2.1.3.2.1 Định luật:

- Phát biểu 1: Khi thể tích không đổi, hệ số tăng áp suất γ của mọi chất khí

theo nhiệt độ đều bằng

273

1, Pt = P0 (1 +γ t) trong đó P0 là áp suất ở 00C, Pt là áp suất ở t0

Với T là nhiệt độ tuyệt đối (hay nhiệt giai Kelvil) và T (K) = t0

C+ 273

- Có thể vận dụng thuyết Ðộng học phân tử để giải thích định tính định luật trên:

+ Trong trường hợp đẳng tích, mặc dù mật độ phân tử không đổi, khi nhiệt

độ tăng thì vận tốc phân tử tăng, va chạm mạnh hơn vào thành bình

Mặt khác số lần va chạm trên một đơn vị diện tích (trong một thời gian nhất định) cũng sẽ tăng lên, vì thế mà áp suất tăng theo

- Trong hệ tọa độ TOV: các đường đẳng tích có dạng đường thẳng song song với trục nhiệt độ T

2.1.3.3 Định luật Gay Luy-xác

- Trong hệ tọa độ VOP: các đường đẳng áp có dạng đường thẳng song song với trục thể tích V

- Trong hệ tọa độ TOP: các đường đẳng áp có dạng đường thẳng song song với trục nhiệt độ T

2.1.3.4 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

Trong đó: m là khối lượng của khí (kg)

2.1.4 Các kiến thức cơ bản về nhiệt động lực học

2.1.4.1 Nội năng của khí lý tưởng

2.1.4.1.1 Khái niệm nội năng

Nội năng của một vật bao gồm động năng của chuyển động của các phân tử và thế năng tương tác giữa các phân tử Nội năng phụ thuộc vào trạng thái của vật

2.1.4.1.2 Các cách biến đổi nội năng

Khi Q > 0 thì vật thu nhiệt

Khi Q < 0 thì vật tỏa nhiệt

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Qthu = Qtỏa

Nhiệt lượng hóa hơi: Q = L.m (L là nhiệt lượng hóa hơi)

Nhiệt lượng nóng chảy: Q = λ.m (λ là nhiệt lượng nóng chảy)

Nhiệt lượng do nhiên liệu đốt cháy tỏa ra: Q = mq (q là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu)

2.1.4.2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

2.1.4.2.1 Nguyên lý thứ nhất: Nhiệt lượng truyền cho hệ bằng tổng độ biến thiên nội năng và công của hệ, Q = ΔU + A

Quy ước:

ΔU > 0 nội năng tăng; ΔU < 0 nội năng giảm

Q > 0 vật nhận nhiệt; Q < 0 vật tỏa nhiệt

A > 0 vật thực hiện công; A < 0 vật nhận công

2.1.4.2.2 Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho khí lý tưởng

+ Quá trình biến đổi đẳng áp: A= P0ΔV=P (V2 – V1)

Khi A > 0 khí thực hiện công; A < 0 khí nhận công

+ Quá trình đẳng tích: ΔV = 0 => A = 0 và Q = ΔU

+ Quá trình đẳng áp: A = PΔV và Q = ΔU + A

+ Quá trình đẳng nhiệt: T = const => ΔU = 0 và do đó Q = A

2.1.4.2.3 Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học

- Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại hai (nói cách khác, động cơ nhiệt không thể biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành công)

Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng thành công

Q2 là nhiệt lượng lấy đi từ nguồn lạnh

- Hiệu suất cực đại của máy lạnh lý tưởng: εmax = TT2

2.2 Những điểm cần lưu ý về phương pháp giải

2.2.1 Đối với các bài tập về các định luật của khí lý tưởng

* Cần xác định rõ lượng khí đang xét là lượng khí nào, các đại lượng đặc

trưng trong phương trình đó phải là của cùng một khối lượng khí không đổi

* Cần xét các đại lượng đặc trưng của trạng thái trước (P1, V1, T1) và của trạng thái sau (P2, V2, T2): đại lượng nào đã cho, đại lượng nào không cho trước nhưng dựa vào điều kiện bài tập có thể xác định được, đại lượng nào là đại lượng phải tìm.Từ đó có thể áp dụng công thức thích hợp để lập phương trình:

* Với bài tập chỉ xét một khối lượng khí xác định (chứa trong một bình

chẳng hạn), thì khảo sát các biến đổi bất kì của chúng, chỉ cần áp dụng phương

trình: P1V1

T1 = P2V2

T2 Đối với các bài tập lien quan đến khối lượng khí thay đổi thì cần áp dụng phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép

* Cần lưu ý về đơn vị đo Đôi khi đề bài cho áp suất tính ra at, mmHg hoặc

tính toán mà không đổi đơn vị tương ứng trong hệ SI Một số công thức quy đổi:

1 at = 9,81.104 Pa

1 mmHg = 133 Pa

1 l =1 dm3 = 10-3 m3

* Nhiều bài tập cần xác định áp suất chất khí bằng cách so sánh áp suất tại một

điểm nào đó trong chất lỏng Khi đó cần áp dụng công thức p = d.h (p là áp suất

tại một điểm trong chất lỏng, d là trọng lượng riêng của khối chất lỏng và h là độ

cao của cột chất lỏng) Nếu đo áp suất bằng mmHg thì p =

6,13

.d

h

* Đối với bài tập đồ thị biểu diễn sự biến đổi trạng thái của khí lý tưởng:

Khối khí lý tưởng có thể biến đổi qua một quá trình, hai quá trình……hoặc theo một chu trình (trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau, khối khí trở về trạng thái ban đầu và đồ thị là một đường khép kín)

- Nếu đề bài đã cho biết đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi của khí, thì dựa vào đồ thị và áp dụng định luật của khí lý tưởng và phương trình trạng thái

ta xác định được các thông số trạng thái (P, V, T) Căn cứ vào đó vẽ được đồ thị biểu diễn sự biến đổi trạng thái của khí trong các tọa độ khác theo yêu cầu

- Nếu đề bài không cho biết đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi của khí, thì căn cứ vào các dữ kiện đề bài, xác định các thông số trạng thái, từ đó vẽ đồ thị theo yêu cầu của đề bài Để vẽ được đồ thị, cần liên hệ với các dạng đồ thị đã biết về các quá trình biến đổi trạng thái của khí và chú ý rằng nhiệt độ theo nhiệt giai Kelvil:

+ Trong hệ (V, T) các đường thẳng qua gốc tọa độ là các đường đẳng áp Ứng với áp suất càng nhỏ, đường đẳng áp có độ dốc càng lớn

+ Trong hệ (P, T) các đường thẳng qua gốc tọa độ là các đường đẳng tích Ứng với thể tích càng nhỏ, đường đẳng tích có độ dốc càng lớn

+ Trong hệ (P, V) các đường đẳng nhiệt có dạng hypebol Ứng với nhiệt độ càng cao, đường đẳng nhiệt càng dịch về phía trên

2.2.2 Đối với các bài tập về Nội năng của khí lý tưởng và Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

* Khi khảo sát công cần thiết để làm biến đổi trạng thái của một chất khí lý

tưởng và công khi chất khí giãn nở cần sử dụng nguyên lý I của nhiệt động lực học Nguyên lý này khẳng định nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ và chuyển thành công mà hệ thực hiện với các vật bên ngoài

* Nhiệt lượng Q có thể tìm được nhờ công thức Q = mcΔt

m là khối lượng (kg)

Trong đó c là nhiệt dung riêng (J/kg.mol)

∆t độ biến thiên nhiệt độ (0C)

* Để xác định công A cần sử dụng kiến thức về các định luật của chất khí Dễ

dàng tìm được công A đối với quá trình đẳng áp

(ΔA = P.ΔV) Nhưng nếu áp suất thay đổi thì chỉ có thể tìm được giá trị của công trong trường hợp tổng quát bằng phương pháp đồ thị

2.3 Phân dạng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải

2.3.1 Bài tập về các định luật của khí lý tưởng

Dạng tổng quát của bài tập về chất khí được viết như sau:

Biết các thông số trạng thái P1, V1, T1 ở trạng thái ban đầu của một lượng khí; sau quá trình biến đổi, ở trạng thái cuối có các thông số có giá trị P2, V2, T2 mà thông số đó là chưa biết cần phải tính thì ta sẽ có các dạng bài tập sau:

2.3.1.1 Dạng 1: Bài tập về các đẳng quá trình (trong quá trình biến đổi có một thông số không đổi)

2.3.1.1.1 Phương pháp giải các bài tập về đẳng quá trình

- Trong quá trình biến đổi nếu nhiệt độ không đổi (đẳng nhiệt) :

độ sâu h đối với một chất lỏng có khối lượng ρ, nhiệt độ không đổi theo độ sâu

ta chỉ cần dùng hệ thức tính áp suất này ở độ sâu như sau : P = P0 + ρ.g.h, với g

- Trong quá trình biến đổi nếu áp suất không đổi (đẳng áp):

Bài 1: Một quả bóng da có dung tích bằng 2,5 lít Người ta bơm không khí ở áp suất

105 Pa vào quả bóng Mỗi lần bơm được 125 cm3

không khí Hỏi áp suất của không khí trong quả bóng sau 50 lần bơm ? Biết trước khi bơm bóng chứa không khí ở áp suất 105

Pa và trong thời gian bơm, nhiệt độ của không khí là không đổi

Giải

1 Mục đích bài tập

- Nắm vững nội dung định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

- Vận dụng linh hoạt định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt trong từng bài toán cụ thể