Chuong6

Häc sinh hiÓu s©u, n¾m ch¾c kh¸i niÖm néi n¨ng, nguyªn lý thø nhÊt cña nhiÖt ®éng lùc häc vËn dông vµo ®éng c¬ nhiÖt vµ gi¶i c¸c bµi tËp cã liªn quan.[r]

Trang 1

Ngày soạn :

Ngày dạy :

Chơng VI : Cơ sở của nhiệt động lực học

Tiết 54 : Nội năng và sự thay đổi nội năng

<I> Mục tiêu :

1 a) Phát biểu đợc định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học

b) Chứng minh đợc nội năng phụ thuộc nhiệt độ và thể tích

c) Nêu đợc các thí dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt

d) Viết đợc công thức tính nhiệt lợng mà một vật thu vào hay toả ra, nêu đợc tên

và đơn vị của các đại lợng có mặt trong công thức

2 a) Giải thích đợc một cách định tính một số hiện tợng đơn giản về thay đổi nội năng

b) Vận dụng đợc công thức tính nhiệt lợng để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tơng tự

<II> Chuẩn bị :

1 Giáo viên : Dụng cụ để làm thí nghiệm vẽ ở các hình 28.1a và c trong sgk

2 Học sinh : Ôn lại các bài 22, 23, 24, 25, 26 trong sách vậy lý 8

<III> Tổ chức các hoạt động dạy và học :

1- Tổ chức: Kiểm tra sĩ số của học sinh và ghi tên HS vắng mặt vào sổ đầu bài

Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 HS 2- Kiểm tra bài cũ :

3- Bài mới

Hoạt động 1 : Đặt vấn đề vào bài

GV :

- Nội năng chiếm 80% năng lợng mà con ngời

sử dụng và khai thác

- Nội năng là gì ? Nội năng có vai trò nh thế

nào trong đời sống và kỹ thuật?

HS :

- Theo dõi lời giảng và trả lời câu hỏi của gv

Hoạt động 2 : Giải quyết vấn đề

GV :

- Ở lớp 8 ta đã học về nhiệt năng

Vậy nhiệt năng là gì ?

Nhiệt năng phụ thuộc vào những

yếu tố nào ?

- Xét ví dụ h 28.1a, ta nhận thấy

nhiệt độ của đồng xu thay đồi nh

thế nào ?

- Xét ví dụ h 28.1b, nội năng của

khí thay đổi nh thế nào ?

- Khi ta đổ nớc sôi trong ấm ra chậu

nhôm, nhiệt độ của nớc và của chậu

thay đổi nh thế nào ?

HS :

I Nội năng.

1 Nội năng là gì ?

- Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật gọi là nội năng của vật

- Nội năng : ký hiệu là U, đơn vị là Jun (J)

2 Chú ý.

Từ nay ta chỉ chú ý đến độ biến thiên nội năng U

của vật (phần nội năng mà vật nhận đợc hay mất

đi trong quá trình trao đổi nhịêt)

II Các cách làm thay đổi nội năng.

1 Thực hiện công.

Trong quá trình thực hiện công, nội năng của vật thay đổi Có một sự chuyển hoá từ một dạng năng lợng khác sang nội năng

2 Truyền nhiệt.

a) Quá trình truyền nhiệt.

- Nội năng còn có thể biến đổi bằng cách truyền nhiệt

- Trong quá trình truyền nhiệt, chỉ có sự truyền 65

Trang 2

h

2

h

nội năng từ vật này sang vật khác

b) Nhiệt lợng.

Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình

truyền nhiệt gọi là nhiệt lợng : U = Q

Q = cmt = cm(t2- t1)

Hoạt động 3 :Vận dụng kiến thức đã học củng cố bài , hớng dẫn hs học tập ở nhà

GV :

- Nhắc lại phần in đậm cuối bài

- Nêu câu hỏi 1, 2, 3, sgk

- Cho bài tập về nhà 4, 5, 6, 7 cho cả lớp

- Đọc bài đọc thêm trong sgk, bài mới

- Giờ sau học bài mới

HS :

- Trả lời câu hỏi và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của giáo viên

Ngày soạn :

Ngày dạy :

Tiết 55 + 56 : các nguyên lý của nhiệt động lực học

1 a) Phát biểu và viết đợc biểu thức của nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH); nêu đợc tên đơn vị và qui ớc về dấu của các đại lợng trong biểu thức

b) Lập đợc biểu thức tính công của khí lý tởng khi áp suất thay đổi không đáng kể

2 a) Vận dụng đợc nguyên lý thứ nhất của NĐLH vào các đẳng quá trình để viết

và nêu ý nghĩa vật lý của biểu thức của nguyên lý này cho từng quá trình

b) Vận dụng đợc nguyên lý thứ nhất của NĐLH để giải các bài tập ra trong bài

và các bài tập tơng tự

c) Phát biểu nguyên lý thứ hai của NĐLH

1 Giáo viên : Nhắc học sinh ôn bài : Sự bảo toàn năng lợng trong các hiện tợng cơ và nhiệt ( bài 28 , vật lý 8)

Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 HS 2- Kiểm tra bài cũ : Nội năng là gì ? Nội năng có mấy cách biến đổi ?

3- Bài mới

GV :

- Các nguyên lý của NĐLH đã giải thích đợc cơ

chế vi mô của các hiện tợng nhiệt

Bài học hôm nay ta xét cụ thể về các nguyên lý

đó

HS :

GV :

- Áp dụng qui ớc dấu : nếu vật toả

nhiệt ra môi trờng và nguội đi?

- Nếu vật thu nhiệt lợng để tăng nội

HS :

I Nguyên lý thứ nhất của NĐLH.

Độ biến thiênnội năng của vật bằng tổng công

và nhiệt lợng mà vật nhận đợc : 66

o

P

p

vật

Q<0 Q>0

Trang 3

p

năng ?

Ví dụ :

Q = 1,5J l = 5cm = 0,05m

F = 20N U = ?

Giải :

Công mà chất khí nhận đợc là :

A = F.l = 20.0,05 = 1J

Theo nguyên lý I của NĐLH ta có

U = Q + A = 1,5 - 1 = 0,5 J

Cho chất khí chuyển từ trạng thái 1

(p1, V1, T1) sang trạng thái2

(p2, V2, T2) ta chứng minh rằng :

U = Q

Tiết 2

Quá trình đẳng tích.

A = 0 U = Q Quá trình đẳng áp.

U = A + Q

Quá trình đẳng nhiệt

U = 0 Q + A = 0

U = A + Q

+ Q < 0 Vật truyền n lợng cho các vật khác + Q > 0 Vật nhận nhiệt lợng từ các vật khác + A > 0 Vật nhận công từ các vật khác

+ A < 0 Vật thực hiện công lên các vật khác

II áp dụng nguyên lý thứ nhất của NĐLH cho khí lý tởng.

1 Biểu thức tính công của khí lý tởng.

A’ = F.h = pS.h = pS(h2 - h1) = p( V2 - V1) = pV

Theo qui ớc về dấu thì A = - A’

*************************

2 p dụng nguyên lý thứ nhất của NĐLH choÁ

các quá trình biến đổi của khí lý tởng.

a) Quá trình đẳng tích.

A = 0 U = Q chất khí nhận nhiệt Q > 0

Nhiệt lợng mà chất khí nhận đợc chỉ dùng làm tăng nội năng

b) Quá trình đẳng áp.

Chất khí thu nhiệt lợng ( Q < 0)để thực hiện

công ( A < 0 ) U = A + Q

c) Quá trình đẳng nhiệt

Nội năng của khí không đổi (U = 0), khí thu nhiệt lợng Q > 0) để thực hiện công ( A < 0)

Q + A = 0

d) Chu trình

Chu trình là một quá trình khép kín

Độ lớn của công thực hiện trong chu trình trên bằng độ lớn của diện tích gạch chéo trong hình

III Nguyên lý thứ hai của NĐLH.

1.Ví dụ :

Một ấm nứơc nóng đặt trong không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần đi, ấm không tự lấy nhiệt của không khí để nóng lên

2 Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.

Nhiệt không tự truyền từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn

GV :

- Nêu câu hỏi 1, 2, sgk

HS :

- Trả lời câu hỏi và thực hiện đầy đủ 67

V

(2)

(1)



o

P

p

V

p

0

V

(1)

(2)

(1)

(2) (4)

(3)

Trang 4

- Cho bài tập về nhà 4, 5, 6, 7 cho cả lớp.

- Đọc bài đọc thêm trong sgk, bài mới

- Giờ sau học bài mới

các yêu cầu của giáo viên

Ngày soạn :

Ngày dạy :

Tiết 57 : Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt

1 a) Mô tả đợc nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt

b) Nêu đợc tên và chức năng của 3 bộ phận chính của động cơ nhiệt

c) Viết đợc công thức tính hiệu suất và hiệu suất lý tởng của động cơ nhiệt

2 a) Giải đợc các bài tập về hiệu suất của động cơ nhiệt ra trong bài và các bài tập đơn giản

b) Vận dụng đợc nguyên lý thứ nhất của NĐLH để giải thích hoạt động của các

động cơ nhiệt

1 Giáo viên : - Mô hình các loại động cơ nhiệt (máy hơi nớc, động cơ nổ, tua bin ) nếu có

- Vẽ trên bảng nhỏ hoặc giấy khổ lớn các hình 30.3a, 30.3b sgk

2 Học sinh : Ôn lại các bài 28, 29 trong sách vậy lý 8

Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 HS 2- Kiểm tra bài cũ : Phát biểu và viết biểu thức của ng lý thứ nhất của NĐLH 3- Bài mới

GV :

- Động cơ nhiệt đợc con ngời phát minh ra vào

cuối thế kỷ 19, ngày nay có rất nhiều ứng dụng

trong kỹ thuật và đời sống Chúng ta nghiên cứu

một số nguyên tắc cơ bản của loại động cơ này

HS :

I Nguyên tắc hoạt động

1 Định nghĩa.sgk

- Ban đầu, trong động cơ có một lợng khí gọi là tác nhân sinh công (1)

- Cho tác nhân tiếp xúc với một nguồn nóng, nó nóng lên, giãn nở và chuyển sang trạng thái (2) U1 2 = U2- U1 = Q1 - A1

- Dùng ngoại lực nén pít tông về vị trí cũ, chất khí chuyển từ trạng thái (2) về (1)

U21 = U1- U2 = - Q2 - A2

Ta có : Q 1 - Q 2 = A 1 - A 2

A1 - A2 = A là độ lớn của công có ích mà chất khí thực hiện đợc trong một chu trình

Trang 5

P = 100kw

m = 50 kg/h

T1 = 3000C = 5730K

T2 = 1000C = 3730K

q = 30.106J/kg H = ?

Hmax ?

II nguyên tắc cấu tạo.

Ba bộ phận cơ bản của động cơ nhiệt :

1 Nguồn nóng, cung cấp nhiệt lợng cho tác

nhân để tăng nhiệt độ

2 Bộ phận phát động, trong đó tác nhân giãn

nở sinh công

3 Nguồn lạnh, nhận nhiệt lợng do nguồn lạnh

sinh ra để giảm nhiệt độ

III> Hiệu suất.

1 Công thức tính hiệu suất.

1 1

2 1

Q

A Q

Q Q

H   H<100%

Nhiệt lợng do nguồn nóng cung cấp không thể hoàn toàn biến thành công cơ học

2 Nguyên tắc nâng cao hiệu suất.

1

2 1

T

T T

H 

1

2 1

T

T T

H  gọi là hiệu suất của động cơ nhiệt lý tởng

Muốn nâng cao hiệu suất : + Nâng cao T1

+ Hạ thấp T2

Các động cơ nhiệt thông thờng có H  30% Bài tập thí dụ :

1 Hiệu suất của tua bin hơi nớc :

% 24 24 , 0 50 10 30

3600 10

6 5 1







mq

Pt Q

A H

2 Hiệu suất của động cơ lý tởng làm việc với hai nhiệt độ đã cho

573

373 573

1

2 1

T

T T H

GV :

- Nêu câu hỏi 1, 2, 3, sgk

- Cho bài tập về nhà 4, 5, 6, cho cả lớp

- Đọc bài đọc thêm trong sgk

- Giờ sau chữa bài tập

HS :

- Trả lời câu hỏi và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của giáo viên

Ngày soạn :

Ngày dạy :

Tiết 58 : Bài tập

1 Học sinh hiểu sâu, nắm chắc khái niệm nội năng, nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học vận dụng vào động cơ nhiệt và giải các bài tập có liên quan

2 Vận dụng đợc công thức tính nhiệt lợng để giải các bài tập ra trong bài và các bài tập tơng tự

3 Rèn t duy phân tích, tổng hợp, rèn óc t duy sáng tạo, kỹ năng tính toán giải bài tập

1 Giáo viên : Ra bài tập về nhà, hớng dẫn, gợi ý học sinh về cách giải

69

Trang 6

2 Học sinh : Làm bài tập ở nhà theo yêu cầu của giáo viên.

Chia lớp thành từng nhóm từ 6 - 8 HS 2- Kiểm tra bài cũ : Nhắc lại các công thức, khái niệm có liên quan

+ Nguyên lý I NĐLH U = A + Q

Quá trình đẳng tích A = 0 U = Q

Quá trình đẳng áp U = A + Q

Quá trình đẳng nhiệt U = 0 Q + A = 0

+ Động cơ nhiệt

1 1

2 1

Q

A Q

Q Q

H  

1

2 1

T

T 



3- Chữa bài tập

GV :

Bài tập 6 (171)

m1 = 0,5kg m2 = 0,118kg

t1 = 200C t2 = 750C

m3 = 0,2kg tcuối =?

cAl = 0,92.103J/kg.K

cnớc = 4,19.103J/kg.K

csắt = 0,46.103/kg.K

Bài tập 6 (178)

Q = 6.106J

V = 0,50m3

p = 8.106N/m2

U = ?

Bài tập 7 (178)

p = 3.105N/m2

V1 = 8l = 8.10-3m3

V2 = 10l = 10.10-3m3

Q = 1000J A = ?; U = ?

Bài tập 6 (182)

P = 17,6kw

m = 8,1kg/h

T1 = 2000C

T2 = 580C

q = 3,6.107 J/ kg

H = ? Hmax =?

HS :

Nhiệt lợng bình nhôm và nớc thu vào :

Qthu = Q1 + Q2 = ( m1c1 + m2c2) t1

= ( 0,5 0,92.103J +0,118 4,19.103J)(t - 20) Nhiệt lợng do sắt toả ra :

Q toả = Q3 = m3c3t3 = 0,2 0,46.103(75 - t ) Khi có cân bằng nhiệt : Qthu = Q toả

Ta tính đợc t = 250C

Ta tính công do khí giãn nở :

A = p.V = 8.106 0,50 = 4.106J

Độ biến thiên nội năng của khí là : U = Q - A = 6.106 - 4.106 = 2.106 J a) Tính công do khí thực hiện :

A = p.V = 3.105 (10 - 8)10-3 = 0,6.103J b) Tính độ biến thiên nội năng của khí là:

U = Q - A =103 - 0,6.103 = 400J

Công có ích của động cơ là :

A = P.t = 14,7.103.3600 = 5,29.107J Công toàn phần là :

Q1 = mq = 8,1.3,6.107 = 29,16.107 J Hiệu suất thực là :

H = 100 % 18 %

10 16 , 29

10 29 , 5

7 7 1



Q A

Hiệu suất lý tởng là :

H = 100 % 30 %

58

58 200









1

2 1

T

T T

Phiếu học tập

Trang 7

Phiếu số 1

Một máy hơi nớc

mỗi giây nhận từ

nguồn nóng nhiệt

lợng 5,2.104J và

truyền cho nguồn

lạnh 3,2.104J.Tính

hiệu suất của máy

Phiếu số 2 Nhiệt độ của nguồn khí nóng khi vào tua bin của một động cơ phản lực là 5000C, khi ra khỏi tua bin là 500C Tính hiệu suất lí tởng của động cơ

71

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	110 KB