Sức lao động được giải phóng, hiệu quả kinh tếcao đã tạo ra được rất nhiều của cải vật chất tuy nhiên bên cạnh các ưu điểm dođộng cơ nhiệt, máy lạnh …mang lại cũng đã xuất hiện một nguy
Trang 1MỤC LỤC
1 Mở đầu 2
1.1 Lí do chọn đề tài 2
1.2 Mục đích nghiên cứu 3
1.3 Đối tượng nghiên cứu 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 3
1.5 Những điểm mới của SKKN 4
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 4
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 4
2.1.1 Nguyên lí I nhiệt động lực học: 4
2.1.2 Nguyên lí II nhiệt động lực học: 5
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 8
2.2.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường do hoạt động của động cơ nhiệt 8
2.2.2 Thực trạng của hoạt động dạy – học tiết bài tập vật lí 9
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 10
2.3.1 Giải pháp cũ thường làm 10
2.3.2 Giải pháp mới cải tiến 10
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 16
3 Kết luận, kiến nghị 17
3.1 Kết luận 17
3.2 Kiến nghị 18
4 Tài liệu tham khảo 20
Trang 21 Mở đầu
1.1 Lí do chọn đề tài.
Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề bức xúc đối với toàn xã hội Ô nhiễmkhông khí có tác động xấu đối với sức khỏe con người (đặc biệt là các bệnh về hôhấp) ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và các biến đổi khí hậu Một trong những tácnhân gây ô nhiễm môi trường là động cơ nhiệt Để biết tại sao động cơ nhiệt lạigây ra ô nhiễm môi trường phải xét đến quá trình cháy diễn ra trong buồng cháycủa động cơ.Theo nguyên lý, quá trình cháy lý tưởng chỉ sinh ra CO2, H2O và N2.Nhưng trong thực tế, thì quá trình cháy xảy ra trong buồng cháy của động cơ không
lý tưởng như vậy Quá trình cháy thực tế sinh ra các chất độc nguy hiểm như: CO,CnHm, SO2, và bụi hữu cơ,…Chính những chất này là nguyên nhân gây ra ô nhiễmmôi trường Sự xuất hiện của động cơ nhiệt và máy lạnh đã tạo ra một bước ngoặttrong sự phát triển của loài người Sức lao động được giải phóng, hiệu quả kinh tếcao đã tạo ra được rất nhiều của cải vật chất tuy nhiên bên cạnh các ưu điểm dođộng cơ nhiệt, máy lạnh …mang lại cũng đã xuất hiện một nguy cơ mới, đó là ảnhhưởng của các loại động cơ này đến môi trường như: Khí thải gây ô nhiễm môitrường, nhiệt độ môi trường ngày càng tăng cao, tầng Ôzôn bị phá hủy,…đặt ra chocon người nhiều thách thức mới cần giải quyết
Vậy trong quá trình dạy học giúp học sinh ứng dụng kiến thức vật lí vào thựctiễn, nâng cao hơn ý thức bảo vệ môi trường sống cho học sinh Nếu như lí thuyếtvật lí là sự tổng hợp, khái quát hóa các hiện tượng rời rạc trong tự nhiên thành cácquy luật, định luật, định lý có tính chất hệ thống, mang tính tổng quát thì bài tập vật
lí lại là sự vận dụng các kiến thức tổng quát đó cho từng trường hợp cụ thể Khigiải một bài tập vật lí có nghĩa là người ta đang đi tìm quy luật vận động của cáctrường hợp cụ thể
Trong những tiết dạy bài tập vật lí nhiều khi học sinh và người dạy cảm thấykhô khan các em chỉ quan tâm tìm ra kết quả đúng, nhưng khi dạy một tiết bài tập
Trang 3hoàn chỉnh và ý nghĩa là ta phải tìm ra được ý nghĩa thực tiễn của nó và vận dụngkết quả mà mình tìm ra
Nguyên lý I Nhiệt động lực học phản ánh quy luật vận động của tự nhiên,Nguyên lý II là sự bổ xung cho Nguyên lý I nhưng xét về ý nghĩa và ứng dụng thì
nó có cũng có một tầm quan trọng đặc biệt Sự ra đời của các loại động cơ nhiệt,máy lạnh…là sự ứng dụng của Nguyên lý II Nhiệt động lực học vào thực tiễn cuộcsống Các loại động cơ này đã góp phần to lớn trong việc giải phóng sức lao động,phát triển khoa học, kinh tế, xã hội…
Trong quá trình giảng dạy về động cơ nhiệt trong môn công nghệ lớp11 vàtiết bài tập các Nguyên lí nhiệt động lực học Vật lí lớp 10 thường liên quan đến cácquá trình làm việc của động cơ nhiệt Để vận dụng tốt kiến thức vào thực tiễn vànâng cao hơn ý thức bảo vệ môi trường của học sinh, cách sử dụng động cơ nhiệt
đúng cách Tôi đã chọn đề tài: Nâng cao ý thức sử dụng an toàn, tiết kiệm - Động
cơ nhiệt vì sự phát triển bền vững thông qua tiết bài tập “Các nguyên lí của nhiệt động lực học ”.
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Khai thác ý nghĩa thực tiễn khi dạy tiết bài tập liên quan đến “Các Nguyên
Lí Của Nhiệt Động Lực Học ”
Giáo dục học sinh ý thức sử dụng an toàn, tiết kiệm Động cơ nhiệt, nâng cao
ý thức bảo vệ môi trường
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Hoạt động dạy và học vật lí ở trường THPT, trong đó tập trung vào phầnbài tập vật lí
- Phần cơ sở của nhiệt Động lực học lớp 10 - THPT
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết, nghiên cứu cơ sở lýluận và thực tiễn về phát triển bài tập vật lí và vai trò của nó trong việc tăng cường
Trang 4hứng thú và phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh và pháthuy ý nghĩa thực tiễn của tiết dạy bài tập vật lí
- Nghiên cứu nội dung phần “Các nguyên lí của nhiệt động lực học ” vật lí
10 - THPT
1.5 Những điểm mới của SKKN.
So với những SKKN cùng đề tài của các năm trước của các tác giả khác thìtôi thấy những điểm mới của SKKN này như sau:
- Đối với giáo viên
+ Cung cấp kiến thức cơ bản, kết hợp dạy chuyên sâu
+ Liên hệ với thực tế, giáo dục ý thức của học sinh với cộng đồng
+ Rèn luyện kĩ năng tự học, tự nghiên cứu những hiện tượng, vấn đề xung quanhliên quan đến kiến thức vật lí cho học sinh
- Đối với học sinh
+ Tập làm việc, suy nghĩ một cách độc lập, kết hợp tốt vai trò khi tham gia hoạtđộng nhóm
+ kết hợp tốt kiến thức đã học vào thực tế, nâng cao thức bảo vệ môi trường
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
Trang 5Quá trình thuận nghịch cũng là quá trình cân bằng Đối với quá trình thuậnnghịch, sau khi tiến hành quá trình thuận và quá trình nghịch để đưa hệ về trạngthái ban đầu thì không làm cho môi trường xung quanh bị biến đổi.
Quá trình không thuận nghịch, là quá trình mà khi tiến hành theo chiềungược lại hệ không đi qua đầy đủ các trạng thái trung gian như trong quá trìnhthuận [4.1], [4.2]
Đối với quá trình không thuận nghịch thì môi trường xung quanh bị biến đổi
ta coi nguồn nhiệt có nhiệt độ không đổi và sự trao đổi nhiệt không ảnh hưởng tớinhiệt độ của nó Thông thường máy nhiệt trao đổi với hai nguồn nhiệt Nguồn cónhiệt độ cao hơn gọi là nguồn nóng, nguồn có nhiệt độ thấp hơn gọi là nguồnlạnh.Tất cả các máy đều hoạt động tuần hoàn, do đó tác nhân trong máy biến đổitheo các chu trình [4.2]
Động cơ nhiệt
Động cơ nhiệt là một hệ họat động tuần hoàn biến nhiệt thành công Ví dụnhư máy hơi nước, các loại động cơ đốt trong Trong máy hơi nước tác nhân là hơinước, nguồn nóng là nồi súpde, nguồn lạnh là bình ngưng hơi Trong động cơ đốttrong, tác nhân có thể là chất hơi như hơi đốt, hơi mêtan; có thể là nhiên liệu lỏngnhư ét xăng, dầu madút…
Tác nhân trong các động cơ nhiệt biến đổi theo chu trình thuận nghịch nghĩa
là đường cong biểu diễn chu trình có chiều theo chiều kim đồng hồ (sinh công)
Trang 6-Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt:
- Hiệu suất của động cơ nhiệt:
1
A H Q
Trang 7các bức xạ nhiệt, bức xạ này bị hấp thụ chủ yếu bởi khí CO2và hơi nước Kết quảnhiệt độ của khí quyển Trái Đất tăng dần lên Theo tính toán của các nhà khoa họcthì khi nồng độ CO2trong khí quyển Trái Đất tăng lên gấp đôi thì nhiệt độ bề mặtTrái Đất tăng lên khoảng 3 C0 Các số liệu quan trắc cho thấy nhiệt độ Trái Đất đãtăng chừng 0
1 C trong khoảng thời gian từ 1860 - 1992 Theo dự đoán nếu không cóbiện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính thì nhiệt độ trung bình bề mặt Trái Đất sẽtăng thêm từ 1,5 4, 4 C 0 vào năm 2050 Sự gia tăng nhiệt độ bề mặt Trái Đất có tácđộng mạnh mẽ đến nhiều mặt của môi trường Trái Đất như:
+ Làm tan băng ở các cực trái đất và làm dâng cao mực nước biển
+ Làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất, kể
cả con người
+ Khí hậu trái đất sẽ biến đổi sâu sắc
+ Nhiều loại bệnh tật mới xuất hiện
- Khí Sunfua đi oxit (SO2)
Khí SO2rất độc hại với sức khỏe của con người và sinh vật, gây ra các bệnh ở
hệ hô hấp Khí SO2trong không khí khi gặp oxi và hơi nước tạo thành axit gây rahiện tượng mưa axit Làm ảnh hưởng tới rừng và thảm thực vật xanh khác
Trang 8- Khí CFC
CFC là những hóa chất do con người tổng hợp để sử dụng trong nhiều ngànhcông nghiệp, trong các máy lạnh và từ đó xâm nhập vào khí quyển làm tổn hại tầngOzon. [4.8]
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
2.2.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường do hoạt động của động cơ nhiệt
Con người đã sản xuất được động cơ nhiệt như xe máy, ôtô… để phục vụ lợiích của chính con người, tuy nhiên vấn đề hiện nay đang được đặt ra đó là sử dụngcác phương tiện đó ảnh hưởng rất lớn đến môi trường, ảnh hưởng đến sự phát triểnbền vững, quá trình cháy xảy ra trong buồng cháy của động cơ không lý tưởng sẽ
truyền một nhiệt lượng đáng kể mà còn thải ra bầu khí quyển nhiều loại khí độc hạiCácbonđiôxit (CO2), Sunfua điôxit ( SO2), Cacsbon mônôôxít (CO), Nitơ ôxit(N2O), Clorofluôrôcacbon (CFC), Chì (Pb)…các chất độc hại này đã làm nhiệt độtrái đất tăng cao dự báo, nhiệt độ trái đất sẽ tăng thêm 1,50 – 4,50C làm tan băng ởcác cực Chúng ta là những chủ nhân tương lai cần có những ý tưởng giải pháp gì
để hạn chế được sự tác động đó? [4.8]
Một số hình ảnh ôi nhiễm môi trường do động cơ nhiệt:
Trang 92.2.2 Thực trạng của hoạt động dạy – học tiết bài tập vật lí.
Trong quá trình dạy học môn vật lí bài tập có vai trò rất quan trọng trongviệc củng cố, kiến thức và phát huy tính tích cực của học sinh đồng thời góp phầnrèn luyện tính kiên trì, kĩ năng vận dụng tổng hợp kiến thức, tư duy sáng tạo củacủa học sinh Tuy nhiên trong thực tế tiết dạy bài tập chỉ chiếm 15%-20% tổng sốtiết nên giáo viên chưa khai thác hết chức năng của bài tập Cũng có thể như chúng
ta đã biết tiết dạy bài tập rất khó dạy, ở chỗ không có một thiết kế nào cụ thể, tuỳthuộc vào khả năng tiếp thu của học sinh, của chương trình Học sinh khi giải một
Trang 10bài tập vật lí thường chỉ quan tâm đến việc áp dụng các công thức để tìm ra đáp số
mà không tìm hiểu ý nghĩa thực tiễn của bài tập, của các kết quả mà mình làm ra,không mấy khi quan tâm đến việc tìm ra ý nghĩa thực tiễn của bài tập để từ đó họcsinh có thể vận dụng trong đời sống, nghiên cứu khoa học… cũng thông qua phântích ý nghĩa bài toán để giáo dục về ý thức, đạo đức hình thành nhân cách chongười học
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
2.3.1 Giải pháp cũ thường làm.
- Về giáo viên:
+ Giảng dạy bài tập phần các nguyên lí của nhiệt động lực học, đôi khi giáoviên quan tâm đến biểu thức nguyên lí I, công thức xác định hiệu suất của động cơnhiệt, dấu của các đại lượng trong công thức… mà chưa đi sâu làm sáng tỏ bản chấtvật lý của bài tập, từ đó giúp định hướng, giáo dục cho học sinh ý thức tiết kiệmnhiên liệu, bảo vệ môi trường… phát huy mặt lợi và đấu tranh, cải tạo các vấn đề
có hại
+ Có liên hệ kiến thức thực tế nhưng còn hạn chế vì không có quỹ thời gian
- Phía học sinh:
+ Chỉ quan tâm đến đáp án đúng, sử dụng công thức nào để đưa ra được đáp
án đúng mà chưa đi sâu làm rõ được ý nghĩa của nó trong thực tiễn
2.3.2 Giải pháp mới cải tiến.
2.3.2.1 Nội dung giải pháp.
Câu hỏi: “Dạy như thế nào, học như thế nào để đạt được hiệu quả học tập tốt nhất?” dạy học như thế nào để tiết bài tập thêm phong phú, không nhàm chán,
dạy học để học sinh vận dụng học đi đôi với hành, vận dụng tốt kiến thức vật lí vàothực tế, nâng cao trách nhiệm sống của học sinh với cộng đồng xã hội Hiện nay xãhội đang phát triển các phương tiện sử dụng động cơ nhiệt đang rộng rãi và nhiều
Trang 11ứng dụng, vậy sử dụng như thế nào là an toàn tiết kiệm và đúng cách thông qua tiếtbài tập các nguyên lí của nhiệt động lực học
2.3.2.2 Giải quyết vấn đề trong tiết học
Hoạt động 1: Khởi động
Gv : Yêu cầu các nhóm trình bày kết quả học tập, đã được giao nhiệm vụ
tìm hiểu ở tiết học trước
Nhóm 1: Vai trò của động cơ nhiệt đối với đời sống sinh hoạt của con người?
Nêu các ứng dụng mà em biết?
Nhóm 2: Trình bày nguyên tắc hoạt động của các động cơ nhiệt? Làm thế
nào để nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt dùng trong xe máy, ôtô?
Nhóm 3: Hãy cho biết hiện nay nhiên liệu dùng cho xe máy, ôtô là những
loại nào? Bài toán kinh tế và giải pháp bảo vệ môi trường khi sử dụng các loạinhiên liệu đó?
Nhóm 4: Phân tích ảnh hưởng của khí thải và tiếng ồn khi ôtô, xe máy hoạt
động đối với môi trường? Hiệu ứng nhà kính là gì? Vì sao hàng năm các nước trênthế giới lại phải họp nhau lại để bàn việc cắt giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính?
Hs: Trình bày kết quả mà mình tìm hiểu được
Hoạt động 2: Vận dụng kiến thức giải bài tập và khai thác ý nghĩa thực tiễn của bài toán.
Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung
Bài tập 1, sgk (bài 6,trang 180 –CB) [4.1]
Người ta thực hiện công 100J để nén khí trong một xi lanh Tính độ biến thiên nộinăng của khí biết khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20J
Gv: yêu cầu học sinh hoạt động nhóm
∆U = Q + A
- theo bài ra: A>0, Q<0 nên:
∆U = 100 – 20 =80 J
Trang 12Hs : Nội năng tăng
Gv: Hãy nêu ý nghĩa thực tiễn của bài
Giáo dục ý thức của học sinh biết sử dụng an toàn, tiết kiệm – Động cơ nhiệt:
Giáo viên hỏi học sinh: Qua bài tập này theo các em thì việc hằng ngày sử dụngđộng cơ nhiệt chúng ta cần sử dụng thế nào cho hợp lí?
Ta thấy một động cơ nhiệt hoạt động theo các thông số như bài tập này trong quátrình nén của động cơ thì nó làm tăng nội năng, đồng thời thải ra môi trường lượngnhiệt làm tăng nhiệt độ môi trường gây ra hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng tới cuộcsống của con người và các sinh vật trên trái đất.Do đó các em cần nâng cao ý thứctrách nhiệm hơn nữa, sử dụng an toàn hơn,tiết kiệm hơn các động cơ nhiệt, nhằmhạn chế tối đa vấn đề thải nhiệt ra môi trường của các động cơ nhiệt nhằm đem lạicho môi trường một bầu không khí trong lành
Bài tập 2, sgk (bài 8,trang 180 –CB) [4.1]
Khi truyền nhiệt lượng 6.106 J cho khí trong một xi lanh hình trụ thì khí nở ra vàđẩy pit-tông lên làm thể tích tăng thêm 0,50 m3 Tính độ biến thiên nội năng củakhí Biết áp suất của khí là 8.106 N/m2 và coi áp suất này không đổi trong quá trình
Trang 13thực hiện công.
Gv: yêu cầu học sinh hoạt động nhóm
hoàn thành bài tập
Hs: thảo luận nhóm hoàn thành bài tập
+ công do khi thực hiện
A = p.(V2 – V1)
Độ biến thiên nội năng
∆U = A + Q
Gv: Khi khí nhận nhiệt lượng và sinh
công thì nội năng như thế nào? có ảnh
hưởng gì đến môi trường ?
Hs
: Nội năng tăng, sau quá trình này khí
vẫn có nhiệt độ cao vậy nhiệt độ môi
ý nhĩa thực tiễn của bài toán:
Trong quá trình nhận nhiệt đẳng áp trong chu trình Diesel của động cơ đốt
trong (động cơ đốt trong thường làm việc theo hai chu trình Otto hoặcDiesel).Trong quá trình này, khí trong xi lanh đã thực hiện công tuy nhiên nộinăng của chất khí vẫn tăng Lượng khí này được thải ra môi trường làm cho nhiệt
độ môi trường tăng
Bài tập 3: Một động cơ của xe máy có H = 20% Sau một giờ hoạt động tiêu thụ
hết 1kg xăng có năng suất toả nhiệt là q = 6.106J/kg Công suất của động cơ xemáy là bao nhiêu? [4.4]
Gv: yêu cầu học sinh hoạt động nhóm
hoàn thành bài tập
Hs: thảo luận nhóm hoàn thành bài tập
Nhiệt lượng tỏa ra Q=q.m
Giải: Khi 1 kg xăng cháy hết sẽ tỏa ra
nhiệt lượng Q=q.m= 46.106J
Trang 14Hiệu suất H=Q A
P = A / t
P = A / t = 2555,56 W
Ý nhĩa thực tiễn của bài toán: Đây là loại động cơ nhiệt làm việc kém hiệu quả,
hiệu xuất thấp ảnh hưởng xấu đến môi trường (nhiệt lượng truyền ra môi trườngquá lớn)
- Nhiệt độ môi trường tăng
- Khí thải ra môi trường có chứa các chất như CO2, CO, N2O, SO2… là cácchất có hại cho môi trường Các chất này có hại cho môi trường như gây nên hiệuứng nhà kính, làm thủng tầng OZôn…
Thực tế nên chế tạo và sử dụng các động cơ có hiệu suất lớn để tiết kiệm nănglượng,hạn chế ảnh hưởng xấu đến môi trường
Giáo dục ý thức của học sinh biết sử dụng an toàn, tiết kiệm – Động cơ nhiệt:
Với thông số của bài tập này các em thấy đối với những động cơ nhiệt kém chấtlượng thì nhiệt lượng tỏa ra môi trường quá lớn, đây là nhiệt lượng totr ra do nhiênliệu cung cấp là xăng nên các khí độc hại đưa ra môi trường như CO2, CO, N2O,
SO2… các chất độc hại này đã làm nhiệt độ trái đất tăng cao dự báo, nhiệt độ tráiđất sẽ tăng thêm 1,50 – 4,50C làm tan băng ở các cực Chúng ta là những chủ nhântương lai cần có những ý tưởng giải pháp gì để hạn chế được sự tác động đó?Một câu hỏi mà mỗi chúng ta đều phải trăn trở, suy ngẫm Do đó trước khi mỗichúng ta có ý tưởng phát minh ra những động cơ nhiệt ít gây ôi nhiễm cho môitrường thì các em hãy là những người tự bản thân nâng cao ý thức sử dụng cho tốt
đã, rồi mới nghĩ đến việc tìm kiếm cái mới thay thế
Bài tập 4:Tại sao buồng đốt của một nồi hơi trong động cơ nhiệt lại không nóng
chảy, mặc dù trong buồng đốt có lúc nhiên liệu cháy ở nhiệt độ cao hơn so với