MỘT số GIẢI PHÁP GIÚP học SINH lớp 10 rèn LUYỆN kỹ NĂNG PHÂN TÍCH – TỔNG hợp bài tập vật lí “CHƯƠNG CHẤT KHÍ”

Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lí các học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp…Do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh.. Trên cơ

1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI

-& -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIÚP HỌC SINH LỚP 10

RÈN LUYỆN KỸ NĂNG PHÂN TÍCH – TỔNG HỢP

BÀI TẬP VẬT LÍ “CHƯƠNG CHẤT KHÍ”

Người thực hiện: Hà Thị Thanh Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật lí

MỤC LỤC

TRANG

I.MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài 01

2 Mục đích nghiên cứu 01

3 Đối tượng nghiên cứu 02

4 Phương pháp nghiên cứu 02

II.NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1 Cơ sở lý luận 02

2 Thực trạng vấn đề 02

3 Các giải pháp giải quyết vấn đề 03

3.1 Cơ sở lý thuyết 03

3.2 Phân loại bài tập theo các chủ đề 06

3.2.1.Chủ đề 1: Quá trình đẳng nhiệt,định luật Bôi lơ-Mari ốt 06

3.2.2 Chủ đề 2: Định luật Sác lơ 08

3.2.3 Chủ đề 3: Phương trình trạng thái 11

4 Hiệu quả 14

III Kết luận 16

I MỞ ĐẦU

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lí các học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp…Do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống

cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Bài tập vật lí là một trong những công cụ không thể thiếu được trong quá trình dạy học Với tính chất là một phương tiện dạy học, bài tập vật lí giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí:

- Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn

- Thông qua bài tập vật lí, với sự vận dụng linh hoạt kiến thức đã học để tự lực giải quyết tốt những tình huống có vấn đề thì các kiến thức đó trở nên sâu sắc, hoàn thiện hơn

- Bài tập vật lí là phương tiện tốt để phát triển óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

- Bài tập vật lí là một hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức trong một chương hay một phần

- Đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập vật lí còn là phương tiện kiểm tra kiến thức và kĩ năng của học sinh

Việc vận dụng phương pháp phân tích – tổng hợp để giải bài tập vật lí ở chương này sẽ mở cho các em một hướng giải bài tập linh hoạt hơn Trên cơ sở những dữ kiện đề ra, phân tích những đại lượng và tìm mối liên hệ giữa những đại lượng đó dựa trên các định luật vật lí đã học, tổng hợp lại và tìm ra hướng giải phù hợp và đúng nhất của bài toán, nhờ đó rèn luyện khả năng phân tích – tổng hợp, tư duy sáng tạo cho học sinh

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Học sinh nắm vững kiến thức lý thuyết về chương ‘‘Chất khí’’.

- Nhận dạng được bài tập, từ đó chọn phương pháp giải thích hợp mang lại kết quả thật nhanh, thật chính xác

- Phân loại và đưa ra phương pháp giải

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Bài tập phần ‘‘Chất khí’’

- Học sinh THPT

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thực nghiệm, phương pháp thống kê

- Tham khảo các tài liệu liên quan đến đề tài

- Đề xuất phương pháp giải tổng quát

II NỘI DUNG

1 Cơ sở lý luận

Đổi mới phương pháp dạy học là khắc phục phương pháp truyền thụ một chiều, rèn luyện thói quen,nếp sống tư duy sáng tạo của người học.Để thực hiện được nhiệm vụ này cần phải bồi dưỡng được cho học sinh phương pháp học tập để phát triển tư duy nhận thức và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế Muốn nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lý phải có nhiều yếu tố song hành trong đó việc áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bài tập vật lý đóng vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình giải bài tập vật lý lớp 10 nói chung và bài tập chương “ Chất khí ’’nói riêng,học sinh còn nhiều lúng túng,nhiều em chưa có phương pháp giải phù hợp,linh hoạt,chưa biết vận dụng phương pháp phân tích- tổng hợp để giải bài tập một cách có hiệu quả

Đề tài về chương ‘‘Chất khí’’ là một trong những nội dung quan trọng của chương trình vật lí của lớp 10 Thông qua nội dung của đề tài cung cấp cho học sinh được kỹ năng giải được những bài tập và phân loại các dạng bài tập Nếu học sinh nắm vững được nội dung của đề tài này sẽ góp phần trong việc nâng cao chất lượng học tập ôn học sinh giỏi và nâng cao chất lượng bộ môn

2 Thực trạng của vấn đề

Hiện nay đa số học sinh học bài chưa bao quát được hết các kiến thức đã học một cách có hệ thống, chưa có một phương pháp cụ thể để phân loại cách giải cho từng dạng một cách phù hợp và kỹ năng giải bài tập còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt

là trong quá trình làm bài thường bị sai sót khi tính toán công thức, sai đơn vị, quá trình thay số, …Thường bị bế tắc khi giải những bài tập định tính có liên quan đến các hiện tượng vật lí

Các em ít chịu khó đầu tư vào những bài tập khó và ít tham khảo những tài liệu liên quan đến môn học, có nhiều dạng bài tập khi vận dụng kiến thức để giải các em còn lúng túng…

Qua thực tế cho thấy, học sinh lớp 10A2 ở năm học (2017-2018) khi chưa vận dụng đề tài này vào giảng dạy, chất lượng qua kiểm tra học sinh đạt kết quả là: Lớp 10A2 ( Tổng số học sinh : 40)

Nguyên nhân :

- Một số học sinh chưa nắm được phương pháp giải hợp lý

- Học sinh còn sai sót nhiều trong tính toán

3 Các giải pháp giải quyết vấn đề.

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.1.1.QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ-MA-RI-ÔT

I Quá trình đẳng nhiệt.

Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái khí khi nhiệt độ không đổi

II Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ôt.

Trong quá trình đẳng nhiệt của một khối lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích

p 

V

1

hay pV = hằng số Hoặc: p1V1 = p2V2 = …

III Đường đẳng nhiệt.

Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi gọi

là đường đẳng nhiệt

Dạng đường đẳng nhiệt :

Trong hệ toạ độ p, V đường đẳng nhiệt là đường hypebol.

3.1.2 : QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ

I Quá trình đẳng tích.

Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi

II Định luật Sác –lơ.

Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

p ~T

T

p

= hằng số hay

1

1

T

p

=

2

2

T

p

= …

III Đường đẳng tích.

Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi

là đường đẳng tích

Dạng đường đẳng tích :

Trong hệ toạ độ OpT đường đẳng tích là đường thẳng kéo dài đi qua gốc toạ độ

3.1.3 : PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

I Khí thực và khí lí tưởng.

T(K)

V

2 >V

1

V

1

V

2

p

O

Các chất khí thực chỉ tuân theo gần đúng các định luật Bôilơ – Mariôt và định luật Sáclơ Giá trị của tích pV và thương

T

p

thay đổi theo bản chất, nhiệt độ và áp suất của chất khí

Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật về chất khí đã học

II Phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

Xét một lượng khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) qua trạng thái trung gian (1’) (p’, V2, T1) :

- Từ TT.1  TT 1’ : quá trình đẳng nhiệt

Ta có p1V1=p’V2 => p’=

2

1 1

V

V p

- Từ TT.1’ TT.2 : quá trình đẳng tích:

Ta có

2

2 1

' '

T

p T

p

 (2)

Thế (1) vào (2) ta được

2

2 1 2

1 1

T

p T V

V p



T

pV T

V p

T

V

p

2

2 2 1

1

1

hằng số (3)

(3) gọi là phương trình trạng thái khí lý tưởng

III Quá trình đẳng áp.

1 Quá trình đẳng áp.

Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi

2 Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp.

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỷ lệ thuận với nhiệt

độ tuyệt đối

V~  

T

V

T hằng số hay

2

2 1

1

T

V T

V



3 Đường đẳng áp.

Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi

là đường đẳng áp

Dạng đường đẳng áp :

Trong hệ toạ độ OVT đường đẳng tích là đường thẳng kéo dài đi qua gốc toạ độ

3.2.Phân loại bài tập theo các chủ đề.

3.2.1.Chủ đề 1: QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ-MA-RI-ÔT

3.2.1.1Phương pháp

Quá trình đẳng nhiệt là quá trình trong đó nhiệt độ được giữ không đổi

Nội dung định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích p V1 1 p V2 2

Trong đó áp suất đơn vị ( Pa), thể tích đơn vị ( lít)

-1atm = 1,013.10 5 Pa, 1mmHg = 133,32 Pa, 1 Bar = 10 5 Pa

-1m 3 = 1000lít, 1cm 3 = 0,001 lít, 1dm 3 = 1 lít

- Công thức tính khối lượng riêng: m = .V ; ρ=m/V

là khối lượng riêng (kg/m 3 )

3.2.2.2 Ví dụ minh họa.

T(K)

P

2 >P

1

P

1

P

2

V

O

Ví dụ 1: Người ta điều chế khí hidro và chứa vào một bình lớn dưới áp suất 1atm ở

nhiệt độ 20oC Tính thể tích khí phải lấy từ bình lớn ra để nạp vào bình nhỏ có thể tích 20lít ở áp suất 25atm Coi quá trình này là đẳng nhiệt

Giải

Bước 1:Tóm tắt đề:

Trạng thái 1: V1 =?; p1 = 1atm;

Trạng thái 2: V2 = 20l; p2 = 25atm

Bước 2,3: Phân tích bài tập và lập kế hoạch giải

Vì quá trình là đẳng nhiệt, nên ta áp dụng định luật Bôilơ – Mariôt cho hai trạng thái khí (1) và (2):

p1V1 = p2V2 => 1.V1 = 25.20 => V1 = 500lít

Bước 4:Củng cố.

Khi tính tỉ số của cùng một đại lượng thì dùng đơn vị chung cho cả mẫu

số và tử số

Ví dụ 2: Một bọt khí ở đáy hồ sâu 6m nổi lên đến mặt nước Hỏi thể tích của bọt

khí tăng lên bao nhiêu lần?

Giải

Bước 1:Tóm tắt đề:

Đại lượng đã cho: áp suất p1 ở độ sâu 6m; áp suất khí quyển p2

Đại lượng cần tìm: Tỉ số

1

2

V V

Bước 2: Phân tích bài tập và lập kế hoạch giải.

Cần tính các đại lượng đã cho thành số,sau đó áp dụng định luật Bôi lơ-Mairôt

Ta có p2=1atm = 1,013.105 Pa

p1=p2+p

p là độ chênh lệch áp suất ứng với độ chênh h của độ sâu là 6m trong nước ( nước có khối lượng riêng là =1000kg/m3)

p=gh=1000.9,81.6=58860 Pa

Bước 3: Thực hiện kế hoạch giải.

Theo định luật Bôi lơ- Mariôt: p1V1=p2V2

=>

2

1 1

2

V

V

P

P

 => 1,58

2

1



V V

Vậy thể tích bọt khí tăng lên 1,58 lần

Bước 4:Củng cố.

Áp suất khí quyển khi không cho biết cụ thể thì phải coi là bằng 1atm, độ chênh

áp suất p= gh

BÀI TẬP ÁP DỤNG :

Bài 1: Xylanh của một ống bơm hình trụ có diện tích 10cm2, chiều cao 30 cm,

dùng để nén không khí vào quả bóng có thể tích 2,5 (l) Hỏi phải bơm bao nhiêu lần

để áp suất của quả bóng gấp 3 lần áp suất khí quyển, coi rằng quả bóng trước khi bơm không có không khí và nhiệt độ không khí không đổi khi bơm

Đs : 25 lần

Bài 2 : Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 9(l) đến thể tích 6 (l) thì thấy áp suất tăng lên

một lượng  p 40kPa Hỏi áp suất ban đầu của khí là bao nhiêu?

Đs : 80kPa

To= 273oC) đến áp suất 2atm Tìm thể tích của lượng khí đó sau khi biến đổi

Đs: V= 16,8lít

3.2.2 Chủ đề 2: QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ 3.2.2.1.Phương pháp

Quá trình đẳng tích là quá trình trong đó thể tích được giữ không đổi

Nội dung định luật Sác-lơ: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định,

áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối 1 2

1 2

p p

T T

Trong đó áp suất đơn vị ( Pa), thể tích đơn vị ( lít)

1atm = 1,013.10 5 Pa, 1mmHg =133,32 Pa, 1 Bar = 10 5 Pa

T = 273 + t ( 0 C)

3.2.2.2 Ví dụ minh họa.

Ví dụ1: Một bình kín chứa khí ở áp suất 100kPa và nhiệt độ 170C Làm nóng bình đến 570C

a, Tính áp suất của khí trong bình ở 570C

b, Vẽ đường biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ

Hướng dẫn:

Bước 1: Tóm tắt đề.

Đại lượng đã biết: t1=170C; p1 = 100kPa

Đại lượng cần tìm: áp suất p2 ở nhiệt độ

Bước 2: Phân tích bài tập và lập kế hoạch giải.

Cần đổi nhiệt độ: T1= t1 + 273 = 290K

T2= t2 + 273 = 330K

Bước3: Thực hiện kế hoạch giải:

a, Áp dụng định luật Sac-lơ 1 2

1 2

P P

T T

1

330

10 1,138.10

T

T

b, Đường biểu diễn là đoạn thẳng

nối hai điểm 1 và 2 trên đồ thị p-T

Bước 4:Củng cố.

Chú ý đoạn thẳng kéo dài của đường biểu diễn áp suất theo nhiệt độ đi qua gốc

tọa độ O

khí trong bình bằng áp suất khí quyển bên ngoài,nhiệt độ khí là 70C Lực ma sát giữ nút có giá trị cực đại là 8N Hỏi phải đun nóng khí đến nhiệt độ nào để nút bật ra Hướng dẫn:

Bước 1: Tóm tắt đề.

T(K) 2

p(kPa

O

1

114 100

Đại lượng đã biết: p1=p0=1,013.105Pa; t1=70C; Fms=8N; S=3,2cm2

Đại lượng cần tìm: t2 để bật nút ra

Bước 2: Phân tích bài tập và lập kế hoạch giải.

Để nút bật ra thì áp suất của khí trong bình cần có giá trị lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực ma sát tác dụng lên nút bình Tức là phải đun nóng khí lên nhiệt độ t2 để khí trong bình có áp suất:

P2  P0  Pms với Pms=

S F

Lượng khí ở hai trạng thái:

p1=p0=1,013.105Pa ; T1=273+ t1=280K

p2=p0+ pms=1,013.105 + 8 4

3, 2.10  =1,263.105 Pa ; T2 =273+t

Bước3: Thực hiện kế hoạch giải:

Cần tăng nhiệt độ của khí trong bình vượt quá giá trị T2 được xác định như sau:

Áp dụng định luật Sáclơ: 2 1

2 1

P P

T T

=>

5 2

1

1, 263.10

280 347, 2

1, 013.10

P

P

Vậy phải đun nóng khí đến nhiệt độ 347,2K tức là 74,20C

Bước 4:Củng cố Phải làm rõ bản chất của vấn đề là muốn cho nút bật ra thì áp suất

của khí trong bình phải lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực ma sát tác dụng lên nút

BÀI TẬP ÁP DỤNG :

Bài 1: Van an toàn của một nồi áp suất sẽ mở khi áp suất trong nồi là 9atm Ở

200C, hơi trong nồi áp suất 1,5atm.Hỏi ở nhiệt độ nào thì van an toàn sẽ mở?

ĐS: 1758K hay 14850C

Bài 2 : Đun nóng đẳng tích một khối khí lên 20oC thì áp suất khí tăng thêm1/40 áp suất khí ban đầu tìm nhiệt độ ban đầu của khí

Đs:T2 = T1 + 20   

 1  1 1   1 

1

20

41 40

o

p T

p

Bài 3: Nếu nhiệt độ khí trơ trong bóng đèn tăng từ nhiệt độ t1 = 15oC đến nhiệt độ

t2 = 300oC thì áp suất khi trơ tăng lên bao nhiêu lần?

Đs: Áp suất sau khi biến đổi gấp 1,99 lần áp suất ban đầu

3.2.3.Chủ đề 3: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ

TƯỞNG.QÚA TRÌNH ĐẲNG ÁP 3.2.3.1.Phương pháp

Quá trình đẳng áp là quá trình trong đó áp suất được giữ không đổi

Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp.

Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỷ lệ thuận với nhiệt

độ tuyệt đối

T

V

T hằng số hay

2

2 1

1

T

V T

V



T

pV T

V p T

V p

2

2 2 1

1 1

hằng số

Trong đó áp suất đơn vị ( Pa), thể tích đơn vị ( lít)

1atm = 1,013.10 5 Pa, 1mmHg =133,32 Pa, 1 Bar = 10 5 Pa

T = 273 + t ( 0 C)

3.2.3.2 Ví dụ minh họa.

Ví dụ1: Một lượng khí đựng trong một xi lanh được đậy kín bởi một pittông.

Pittông chuyển động tự do được Lúc đầu lượng khí có nhiệt độ là 200C thì đo được thể tích khí là 12 lít Đưa xi lanh đến nơi có nhiệt độ là 700C, khí nở ra đẩy pittông

đi lên Thể tích của lượng khí trong xi lanh lúc đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Bước 1: Tóm tắt đề

Đại lượng đã biết : t1=200C; V1=12 lít; t2=700C

Đại lượng cần tìm: V2

Bước 2: Phân tích bài tập và lập kế hoạch giải.

Vì lượng khí được đậy kín bởi xi lanh tự do dịch chuyển nên khi nhiệt độ tăng lên thì pittông đi lên và ở vị trí cân bằng mới nên áp suất khí trong bình vẫn không đổi Áp dụng mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp để tìm V2