Vận dụng phương pháp phân tích tổng hợp để giải bài tập chương chất khí vật lí 10 trung học phổ thông

Muốn nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lí phải có nhiều yếu tố song hành trong đó việc áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bài tập vật lí đóng vai trò hết sức quan trọng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ *

PHÒNG GD&ĐT (TRƯỜNG THPT )**

(*Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock;

** Font Times New Roman, cỡ 16, CapsLock, đậm)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM (Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock)

TÊN ĐỀ TÀI

(Font Times New Roman, cỡ 16-18, CapsLock, đậm)

Người thực hiện: Nguyễn Văn A

Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS B

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Toán

(Font Times New Roman, cỡ 15, đậm, đứng; mục Đơn vị công tác chỉ

ghi đối với các SKKN thuộc các bậc MN, cấp TH và THCS, các cấp/bậc

khác không ghi)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - TỔNG HỢP ĐỂ GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG

"CHẤT KHÍ " VẬT LÍ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Người thực hiện: Lê Mạnh Cường Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2021

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

2 NỘI DUNG 3

2.1 Cơ sở lý luận 3

2.2 Thực trạng vấn đề 5

2.3 Bài tập chương "Chất khí" 5

2.4 Kết quả 12

3 KẾT LUẬN 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

Trang

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

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 lí phải có nhiều yếu tố song hành trong đó việc áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bài tập vật lí đóng vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình giải bài tập vật lí 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

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 các 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 kỹ năng phân tích – tổng hợp, tư duy sáng tạo cho học sinh

1 2 Mục đích nghiên cứu

- Thấy được tầm quan trọng của các bài tập vật lí trong việc dạy học vật lí

- Trình bày một số bài tập chương “Chất khí” vật lí 10 THPT

- Nêu rõ vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lí trong quá trình ôn tập củng cố khắc sâu kiến thức

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Có thể chọn và sắp xếp một hệ thống bài tập trong chương “Chất khí” vật lí 10 THPT và thông qua việc giải chúng để nâng cao năng lực phân tích

- tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Học sinh nhận biết được các bước tư duy phân tích - tổng hợp

- Vận dụng các bước của tư duy phân tích - tổng hợp vào việc giải bài tập nói chung

- Thông qua hệ thống bài tập trong chương “Chất khí” vật lí 10 THPT làm cho học sinh hiểu và rèn luyện cho đúng các thao tác tư duy phân tích -tổng hợp trong từng bước giải

2 NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lí luận của việc sử dụng bài tập vật lí để rèn luyện kỹ năng phân tích - tổng hợp cho học sinh

2.1.1 Vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lí trong quá trình dạy học

- Bài tập vật lí với tư cách là một phương tiện dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học

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

- Bài tập vật lí đóng vai trò to lớn trong việc phát triển tư duy phân tích - tổng hợp, phát triển tính độc lập suy nghĩ, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

- Các hình thức khác nhau của bài tập vật lí tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt các định luật, định lí và thuyết vật lí để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở thành sâu sắc hoàn thiện và trở thành tri thức riêng của mình

2.1.2 Các bước giải bài tập vật lí

Bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú nhưng chúng ta có thể nêu ra khái quát chung về phương pháp giải gồm các bước sau:

- Bước 1: Tìm hiểu đề bài: Nghiên cứu kỹ đề bài, lập được bảng tóm

tắt bằng ký hiệu toán học (đổi các đơn vị cần thiết)

- Bước 2: Xác lập mối liên hệ: Phân tích dữ liệu và tìm thêm dữ liệu

trong kho tri thức liên quan, xây dựng các bài toán trung gian theo hệ thống dẫn đến việc đáp ứng yêu cầu chung của bài toán Cụ thể dùng phương pháp phân tích từ những đại lượng phải tìm đi ngược lại xem xét những kiến thức nào liên quan đến nó, trong những kiến thức này tìm con đường nào gần nhất đến dữ kiện đã cho

- Bước 3: Giải tìm ra kết quả:

+ Có thể theo lối cuốn chiếu đi từ từng bài toán trung gian trong hệ thống đã thiết lập

+ Có thể theo lối tổng hợp nêu công thức tổng quát thoả mãn yêu cầu, sau đó tìm từng đại lượng trong công thức đó bằng cách giải bài toán phụ, cuối cùng thay giá trị vào các công thức tổng quát

- Bước 4: Kiểm tra xác nhận kết quả: Kiểm tra tính toán đã chính xác

chưa, giải quyết hết yêu cầu bài toán đặt ra chưa, kết quả thu được có phù hợp thực tế không và kiểm tra thứ nguyên của các đại lượng vật lí đã tìm

Ghi chú: Đối với bài tập vật lí trắc nghiệm khách quan các bước thực hiện vẫn như trên, riêng bước thực hiện lời giải thì được làm ở giấy nháp, còn kết quả lời giải là việc chọn ra câu đúng và đánh dấu vào đó Với bài toán trắc nghiệm yêu cầu là đòi hỏi học sinh cú sự tổng hợp kiến thức và thao tác nhanh, chính xác.

2.1 3 Phương pháp phân tích - tổng hợp

Trên đây nói lên các bước chung để giải một bài tập vật lí, nhưng để thực hiện các bước tốt nhất thì chúng ta cần nắm vững phương pháp phân tích - tổng hợp

Phân tích - tổng hợp là hai mặt của một quá trình tư duy thống nhất Phân tích là cơ sở của tổng hợp, được tiến hành theo hướng dẫn tới tổng hợp

Sự tổng hợp diễn ra trên cơ sở phân tích, phân tích và tổng hợp nhiều khi xen

kẽ nhau Phân tích càng sâu thì tổng hợp càng đầy đủ, tri thức về sự vật hiện tượng càng phong phú

2.1.3.1 Các bước của phương pháp phân tích - tổng hợp

Bước 1: Khảo sát đối tượng cần nhận thức một cách toàn bộ Nếu đối

tượng cần nhận thức là vật thể thì ta không chỉ khảo sát đối tượng ở hình thức bề ngoài của nó mà còn phải xem xét mục đích sử dụng và chức năng của đối tượng dù rằng đối với một số vật thể học sinh đã biết nhiều về mục đích sử dụng của chúng

Bước 2: Phân chia đối tượng cần nhận thức thành các yếu tố, các bộ

phận, các tính chất, các mối liên hệ

Bước 3: Tách các yếu tố cơ bản bản chất ra khỏi các yếu tố không cơ

bản không bản chất

Bước 4: Tập hợp các yếu tố cơ bản thành một đối tượng trừu tượng.

Mối liên hệ chức năng giữa các yếu tố cơ bản được làm rõ Nếu đối tượng nhận thức là vật thể thì vẽ sơ đồ diễn tả hiệu quả phối hợp của các yếu tố này

Bước 5: Khái quát hoá và tìm mối liên hệ có tính quy luật, rút ra quy

luật hoạt động cho tất cả các đối tượng tương tự

Bước 6: Kiểm tra lại sự khái quát hoá trên các đối tượng cùng loại

nhưng không thuộc đối tượng nghiên cứu

2.1.3.2 Cách hướng dẫn học sinh giải bài tập của phương pháp phân tích - tổng hợp

Muốn hướng dẫn học sinh giải một bài tập nào đó, giáo viên cần phân tích được phương pháp giải bài tập đó bằng cách vận dụng những hiểu biết

về tư duy giải bài tập vật lí Đồng thời với mục đích rèn luyện tư duy “phân tích - tổng hợp” cho học sinh, khi hướng dẫn giải giáo viên phải chỉ ra cho học sinh thấy được các bước của thao tác tư duy này để từ đó học sinh vận dụng vào giải các bài tập tương tự

Hướng dẫn theo mẫu: là kiểu hướng dẫn trong đó chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó

để đạt được kết quả mong muốn Những hành động này được gọi là hành động sơ cấp, được học sinh hiểu một các đơn giản và nắm vững nó

Hướng dẫn tìm tòi: là kiểu hướng dẫn mang tính gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề, giáo viên gợi mở để học

sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

Hướng dẫn khái quát chương trình hoá: là kiểu hướng dẫn học sinh tự

đi tìm cách giải quyết, giáo viên định hướng tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi học sinh tự lực tìm tòi giải quyết Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp

đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp phạm

vi tìm tòi, giải quyết, cho vừa sức học sinh Nếu học sinh vẫn chưa tìm tòi, giải quyết được thì hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu của bước 1, từ

đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bước tiếp theo Nếu cần giáo viên sẽ giúp đỡ thêm, cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề

2.2 Thực trạng vấn đề

Trong qua trình dạy học môn vật lí ở trường phổ thông, tôi nhận thấy mục tiêu của việc dạy học là giúp học sinh hiểu và vận dụng được lí thuyết chung của vật lí vào việc giải giải các bài tập Muốn đạt được điều đó, giáo viên phải thường xuyên phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh phương pháp phân tích - tổng hợp dựa trên cơ sở một hiện tượng vật lí nào đó

Thực tế, trong quá trình học vật lí, nhiều học sinh gặp khó khăn khi giải bài tập Điều này không chỉ do tính phức tạp, phong phú của công việc này, do thời gian phân bố cho tiết bài tập còn ít, mà còn do chính nhược điểm mắc phải khi soạn thảo hệ thống bào tập, phân dạng và hướng dẫn học sinh giải bài tập của giáo viên Thông thường nhiều giáo viên có quan niệm rằng

số lượng bài tập càng nhiều và mức độ bài tập càng khó thì càng tốt(!) Bên cạnh đó, nhiều giáo viên còn có quan niệm khi giải các bài tập vật lí chỉ cần

ra kết quả, không coi trọng hoạt động hướng dẫn giải, chỉ coi trọng hướng dẫn học sinh ghi nhớ nhiều chi tiết vụn vặt Chính điều này làm cho đầu óc học sinh cảm thấy mệt mỏi, căng thẳng, ảnh hưởng đến việc tiếp thu kiến thức

Vì vậy, trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã chọn một số bài tập dễ

để hướng dẫn học sinh có phương pháp phân tích - tổng hợp để giải các bài tập trong chương "Chất khí" vật lí 10 trung học phổ thông

2.3 Bài tập chương "Chất khí" vật lí 10 THPT

2.3.1 Bài tập định luật Bôi-lơ- Mariốt

2.3.1.1 Kiến thức cơ bản

- Quá trình đẳng nhiệt

Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi

là quá trình đẳng nhiệt

- Định luật Bôi-lơ- Mariốt

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

p~ 1

V hay pV hằng số

- 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

Trong hệ toạ độ (p,V) đường này là

đường hypebol

2.3.1.2 Bài tập mẫu

Bài 1:

Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến 4 lít thì áp suất tăng lên bao nhiêu lần?

Giải:

Bước1: Tóm tắt đề:

Đại lượng đã biết: V1 = 10 lít ; V2 = 4 lít

Đại lượng cần tìm: Tỉ số 2

1

p

p .

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

Xác định rõ lượng khí không đổi nén đẳng nhiệt, nên xác định sự tăng

áp suất ta áp dụng định luật Bôilơ- Mariốt

Bước 3: Thực hiện kế hoạch giải:

Áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt: p1V1 = p2V2

Suy ra: 2 1

2,5

p V 4  Vậy áp suất tăng 2,5 lần

Bước 4: Củng cố:khi tính tỉ số độ lớn của cùng một đại lượng thì có

thể dùng một đơn vị tuỳ ý chung cho cả mẫu số và tử số

Bài 2:

Một bọt khí ở đáy hồ sâu 6 m 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 6 m trong nước; áp suất khí quyển p2

Đại lượng cần tìm: Tỉ số 2

1

V V

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

Cần tính các đại lượng đã cho thành số, sau đó áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt

Ta có: p2 = 1atm = 1,013.105 Pa

V

T

2>T

1

T

1

T

2

p

O

p1 = p2 + p Trong đó p là độ chênh áp suất ứng với độ chênh h của độ sâu là 6

m 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 Bôilơ-Mariốt: p1V1 = p2V2

Suy ra: 2 1

p V thay số vào ta được

1 2

V 1,58

Vậy thể tích bọt khí tăng lên 1,6 lần

Bước 4: Củng cố: áp suất khí quyển khi không cho biết cụ thể thì phải

coi là bằng 1 atm, độ chênh lệch áp suất p = gh.

2.3.2 Bài tập định luật Sáclơ

2.3.2.1 Kiến thức cơ bản

- Quá trình đẳng tích

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

- Định luật Saclơ

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

p

T= hằng số hay

T T

- Đường đẳng tích

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

2.3.2.2 BÀI TẬP MẪU

Bài 1:

Một bình kín chứa khí ở áp suất 100 kPa và nhiệt độ 17oC Làm nóng bình đến 57oC

a) Tính áp suất của khí trong bình ở 57oC

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

T(K)

V

2>V

1

V

1

V

2

p

O

c) Vẽ đường biểu diễn quá trình trên đồ thị p-V, biết thể tích khí là

V0

Giải:

Bước 1: Tóm tắt đề:

Đại lượng đã biết: t1 = 17oC; p1 = 100 kPa

Đại lượng cần tìm: áp suất p2 ở nhịêt độ t2, đường biểu diễn áp suất theo nhiệt độ

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

Cần đổi nhiệt độ:

T1 = t1 + 273 = 290K

T2 = t2 + 273 = 330K

Bước 3: Thực hiện kế hoạch giải:

a) Áp dụng định luật Sác-lơ: 1 2

T T

1

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 toạ độ O ứng với nhiệt độ T = 0K và p= 0

Bài 2:

Một bình khí được đóng kín bằng một nút có tiết diện 3,2 cm2 áp suất của khí trong bằng áp suất khí quyển bên ngoài, nhiệt độ của khí là 70C Lực

ma sát giữ nút có giá trị cực đại là 8 N Hỏi phải đun nóng khí đến nhiệt độ nào để nút bật ra

Giải:

Bước 1: Tóm tắt đề:

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

S = 3,2 cm2

Đại lượng cần tìm: t2 để nút bật ra

Bước 2: Phân tích bài tập và 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 Có nghĩa là chúng ta phải đun nóng khí lên nhiệt độ t2 để khí trong bình có áp suất:

p  p  p với pms = F

S Lượng khí ở hai trạng thái:

T(K)

2 p(kPa

O

1

114 100