GIẢI NHANH các bài tập CHẤT KHÍ BẰNG sơ đồ BIẾN đổi TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ

+ Phương pháp giải các bài tập chất khí ở vật lí lớp 10 THPT trên cơ sở sử dụng các định luật, phương trình chất khí đã học như: Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt,định luật Sác-lơ, phương trìn

MỤC LỤC

Nội

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TRIỆU SƠN 4

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP CHẤT KHÍ BẰNG SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI

Nội dung

Trang

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 22.3 Biện pháp tổ chức thực hiện 22.3.1 Phương pháp giải các bài tập vật lí 32.3.2 Giải các bài toán vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 32.3.3 Giải các bài toán vận dụng định luật Sác-lơ 62.3.4 Giải các bài toán vận dụng mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ

tuyệt đối khi nhiệt độ không đổi

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

Vật lí là môn khoa học tự nhiên, đòi hỏi người học phải nắm bắt được bảnchất của hiện tượng, đồng thời vật lí cũng là môn khoa học thực nghiệm Do đócần phải giải các bài toán để xử lí những số liệu cụ thể và toán học là một công

cụ không thể thiếu, được ứng dụng hữu ích để giải các bài tập vật lí

Trong khi học vật lí, người học phải hiểu và nắm sâu sắc các hiện tượngvật lí Từ vận dụng các hiện tượng vật lí vào giải thích các hiện tượng xungquanh Tuy nhiên chỉ giải thích các hiện tượng tự nhiên đó là chưa đủ, cần phảiđưa vào thực tiễn, phải biết vận dụng các kiến thức toán học đã học để giải cácbài toán liên quan

Khi học các môn khoa học đặc biệt là môn vật lí cần phải tập rèn luyện kĩnăng tư duy lôgic, đồng thời thừa kế và phát triển các kiến thức liên quan từ lớpnhỏ đến lớp lớn, từ kiến thức cơ bản đến kiến thức nâng cao, từ dễ đến khó [1]

Trong quá trình giảng dạy vật lí tại trường THPT Triệu Sơn 4 tôi nhậnthấy rằng nhiều học sinh chưa biết sử dụng sơ đồ biến đổi trạng thái khí để giảicác bài tập Đặc biệt là những em học sinh có học lực trung bình hoặc trung bìnhkhá Các em còn rất khó khăn trong việc giải một bài tập cụ thể đặc biệt là trongviệc tóm tắt một bài tập Các em chưa phân biệt được trong bài toán đó đạilượng nào đã cho, đại lượng nào cần tìm và quan trọng hơn nữa là xác định nêndùng công thức nào, định luật nào để tính toán

Với những lí do trên tôi đã đúc rút và viết đề tài: “ Giải nhanh các bài

tập chất khí bằng sơ đồ biến đổi trạng thái chất khí” nhằm giúp cho học sinh

giải quyết vấn đề dễ dàng hơn, hiệu quả hơn

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Qua đề tài này, giúp học sinh biết cách tóm tắt một bài toán về chất khí

Từ sự tóm tắt được bài toán, học sinh sẽ biết được quá trình biến đổi của khí làquá trình nào? Sẽ áp dụng định luật nào, phương trình nào để giải bài toán

- Giúp cho học sinh có được hệ thống bài tập về chất khí có chất lượng,đặc biệt là những học sinh có học lực trung bình, trung bình khá

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

+ Phương pháp giải các bài tập chất khí ở vật lí lớp 10 THPT trên cơ sở sử dụng

các định luật, phương trình chất khí đã học như: Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt,định luật Sác-lơ, phương trình trạng thái khí lý tưởng

+ Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của đề tài

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

+ Phương pháp nghiên cứu xây dựng dựa trên cơ sở lí thuyết

+ Phương pháp nghiên cứu điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin

+ Phương pháp thống kê, xử lí số liệu

1.5 Những điểm mới của sáng kiến

Đề tài giúp giáo viên và học sinh cải tiến và điều chỉnh kịp thời hoạt độngdạy và hoạt động học trên cơ sở nắm vững nội dung và phương pháp giải bài tập

theo sơ đồ biến đổi trạng thái khí Từ đó định hướng, kích thích học sinh đam

mê, hứng thú và học tốt hơn môn Vật lí

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Đề tài về sử dụng sơ đồ biến đổi trạng thái chất khí để giải các bài toánliên quan đến chất khí thực chất không xa lạ với học sinh Nhưng để nắm rõđược cách làm này cũng không hề đơn giản vì cách này nhiều học sinh thườngkhông chú ý đến thậm chí cả các thầy cô cũng nhiều khi không chú ý Đồng thời

để giải bài toán cụ thể thì cần phải nắm rõ các dữ kiện của bài toán đó Đặc biệt

là các bài toán trong chương chất khí Do đó nếu học sinh nắm vững nội dungcủa đề tài này sẽ góp phần nâng cao chất lượng học tập của học sinh và nâng caochất lượng môn học

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Trong quá trình dạy học vật lí ở trường THPT Triệu Sơn 4 tôi nhận thấyrằng, nhiều học sinh chưa nắm bắt được cách làm bài một cách thấu đáo, dù cácthầy cô rất tận tụy trong công việc của mình Nhiều học sinh, đặc biệt là nhữnghọc sinh có học lực trung bình trở xuống lại càng khó nắm bắt hơn Một bài tậpvật lí được đưa ra các em nắm được những thông số nào đã có, những thông sốnào cần tìm và khi làm bài thì cần phải áp dụng công thức nào, định luật nào

Đặc biệt khi giải các bài tập về chất khí, áp dụng các định luật chất khí,phương trình chất khí, các em rất hay nhầm lẫn giữa các đại lượng Ngoài ra vớibài toán cụ thể đã cho các em chưa nắm rõ hoặc thậm chí có em còn không biếtnên áp dụng công thức của định luật nào, phương trình chất khí nào Ngoài ravới các bài tập về chất khí, nhiều học sinh còn nhầm lẫn giữa nhiệt độ Cenxiut

và nhiệt độ Ken-vin dẫn đến kết quả bài toán sai

Qua thực tế cho thấy, học sinh lớp 10 năm học 2018 – 2019 khi chưa vậndụng đề tài này vào giảng dạy, chất lượng qua kiểm tra thử để nắm lại chấtlượng học sinh đạt kết quả là:

Lớp Vận dụng tốt Biết vận dung Không biết vận dụng

Nguyên nhân:

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

- Học sinh còn chưa nắm rõ qui tắc và cách tiếp cận bài toán

- Học sinh còn nhầm lẫn giữa các đẳng quá trình tương ứng với cách ápdụng định luật vào giải các bài toán

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Qua quá trình giảng dạy, bản thân tôi đã thu được một số kinh nghiệm như: thấyđược những sai lầm, khó khăn của học sinh khi thực hiện giải các bài toán cầnvận dụng các định luật bảo toàn nhất là các bài toán va chạm Vì vậy tôi đã tổchức cho học sinh hình thành kỹ năng giải quyết một số bài tập cần vận dụngcác định luật bảo toàn có thể làm bằng nhiều cách khác nhau để tạo hứng thú

học tập cho học sinh, phát triển năng lực tư duy cũng như rèn luyện kĩ năng vậndụng kiến thức đã học vào thực tiễn Để đạt được điều đó thì trước tiên phải chohọc sinh nắm được phương pháp giải như thế nào.

2.3.1 Phương pháp giải các bài tập vật lí [2]

Phương pháp giải bài tập vật lí phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nội dung bài

tập, trình độ học sinh, mục đính và yêu cầu đặt ra, nhưng đa số các bài tập khi giải

ta có thể chia thành các bước sau:

Bước 1: Đọc kỹ đầu bài (đặc biệt là các thuật ngữ mới), nắm được dữ kiện bài tập

cho và ẩn số phải tìm (dùng kí hiệu hoặc hình vẽ để tóm tắt bài tập)

Bước 2: Phân tích nội dung bài tập, làm rõ bản chất Vật lí của các hiện tượng mô tả

trong bài tập (Bài tập định tính hay định lượng? Bài tập thực nghiệm hay đồ thị?Hiện tượng vật lí nào? Ở trạng thái ổn định hay biến đổi? Mối quan hệ giữa cáchiện tượng, các đại lượng đã biết và chưa biết biểu hiện ở kiến thức nào đã học? )

Bước 3: Xác định phương pháp giải bài tập (sử dụng phương pháp phân tích hay

phương pháp tổng hợp?)

+ Phương pháp phân tích: Chia làm nhiều giai đoạn để giải một hệ thống các bàitập đơn giản Trong đó, bài tập đơn giản đầu tiên đã phải tìm định luật hay côngthức để trả lời trực tiếp cho câu hỏi đầu bài của bài tập đã cho Còn việc giải các bàitập nhỏ tiếp theo là lần lượt sáng tỏ những phần chưa biết để cuối cùng công thứcbài tập nhỏ đầu tiên chỉ chứa ẩn số phải tìm và các số liệu đã biết

+ Phương pháp tổng hợp: Phương pháp này không bắt đầu từ những ẩn số phải tìm

mà bắt đầu từ các yếu tố đã cho trong điều kiện của bài tập và gỡ dần ra cho đếnkhi tìm được ẩn số của bài tập

Bước 4: Kiểm tra lời giải và biện luận (trình bày bài giải và kiểm tra tính đúng đắn

của lời giải)

2.3.2 Giải các bài toán vận dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt [3]

* Định luật: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định,

?

?

p V

Phân tích:

+ Trong bài toán này, với những dữ kiện đã cho thì học sinh sẽ khó khăn trong việc vận dụng định luật nào để giải, đồng thời trong các trạng thái lại không nắm rõ thông số nào thuộc trạng thái nào?

+ Nhưng với cách giải sau đây thì học sinh sẽ dễ dàng biết được trạng thái nào sẽ có thông số nào, đồng thời cũng nhận biết rõ bài toán sẽ áp dụng định luật nào dựa vào biết được thông số trạng thái nào không đổi.

Giải:

Sơ đồ biến đổi trạng thái khí

Trạng thái 1 T h s /

   Trạng thái 25

1

3 1

3.10 150

V

V

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được áp suất

và thể tích, trạng thái 2 biết được thể tích và cần tìm thông số áp suất Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là nhiệt độ để từ đó sẽ áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ot.

Bài 2: Một lượng khí xác định có thể tích 20 (l), áp suất 2 atm Muốn đưa

khí trên về áp suất 1 atm trong điều kiện nhiệt độ không đổi thì thể tích của khí

1

2 20

p

p

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được áp suất

và thể tích, trạng thái 2 biết được áp suất và cần tìm thông số thể tích Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là nhiệt độ để từ đó sẽ áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ot.

Bài tập tự luyện:

Bài 3: Bơm không khí có áp suất 1atm vào một quả bóng có dung tích

bóng không đổi là 2,5(l) Mỗi lần bơm ta đưa được 125cm3 không khí vào bóng

đó Tính áp suất bên trong của quả bóng sau 12 lần bơm Biết rằng trước khibơm bóng chứa không khí ở 1atm và nhiệt độ không đổi

Bài 4: Một bình có dung tích 10(l) chứa một chất khí dưới áp suất 30atm.

Coi nhiệt độ của khí không đổi Tính thể tích của khí nếu mở nút bình?

Bài 5: Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 10 (l) đến thể tích 4(l) thì áp

suất của khí tăng thêm 1,2atm Tính áp suất ban đầu của khí?

l

h

1 1

p V

Trắc Nghiệm Câu 1 Biểu thức nào sau đây là của định luật Bôilo-Mari ốt?

Câu 2 Khi nhiệt độ không đổi, khối lượng riêng của chất khí phụ thuộc vào áp

suất khí theo hệ thức nào sau đây?

không khí dài 40 cm và được ngăn cách với bên ngoài bằng cột thủy

ngân dài h = 14 cm Áp suất khí quyển 76cmHg và nhiệt độ không

đổi Tính chiều cao của cột không khí trong ống của các trường hợp

Dùng dữ kiện hiair các câu 3; 4; 5; 6

Câu 3 Ống thẳng đứng miệng ở dưới

Câu 8 Qủa bóng có dung tích 2l bị xẹp Dùng ống bơm mỗi lần đẩy được 40

3

cm không khí ở áp suất 1 atm vào quả bóng Sau 40 lần bơm , áp suất khí trongquả bóng là? Coi nhiệt độ không đổi trong quá trình bơm

Câu 9 Một bình có thể tích 5,6l chứa 0,5 mol ở 0 0 C Áp suất khí trong bìnhlà?

A 1 atm B 2 atm C 3 atm D 4 atm

Câu 10 Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến 5 lít, áp suất khí tăng

thêm 0,5atm Áp suất ban đầu của khí là giá trị nào sau đây?

Câu 11.Đường nào sau đây không biểu diễn quá trình đẳng nhiệt?

T

P B

T A

P

P

C

chứa không khí ở áp suất 10 Pa5 Người ta bơm không khí ở áp suất 10 Pa5 vàobóng.Mỗi lần bơm được 125cm3 không khí Hỏi áp suất của không khí trongquả bóng sau 20 lần bơm? Biết trong thời gian bơm nhiệt độ của không khíkhông đổi

A.2.10 5Pa B.10 5Pa C.0,5.10 5Pa D 3.10 5Pa

Câu 13 Cho một lương khí được giãn đẳng nhiệt từ thể tích từ 4 lít đến 8 lít,

ban đầu áp suất khí là 8.10 Pa5 Thì áp suất của khí tăng hay giảm bao nhiêu ?

A Tăng6.10 5Pa B Tăng 10 Pa6 C Giảm 6.10 5Pa D Giảm 10 Pa6

Câu 14 Khí trong quá trình biến đổi đẳng nhiệt , thể tiichs ban đầu 2dm3 , ápsuất biến đổi từ 1,5atm đến 0,75atm Thì độ biến thiên thể tích của chất khí.A.Tăng 2 dm3 B Tăng 4 dm3 C Giảm 2 dm3 D Giảm 4 dm3

2.3.3 Giải các bài toán vận dụng định luật Sác-lơ [3]

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

? 273

+ Nhưng với cách giải sau đây thì học sinh sẽ dễ dàng biết được trạng thái nào sẽ có thông số nào, đồng thời cũng nhận biết rõ bài toán sẽ áp dụng định luật nào dựa vào biết được thông số trạng thái nào không đổi.

Sơ đồ biến đổi trạng thái khí

Trạng thái 1 V h s /

   Trạng thái 21

T T   V   => t2 = 4770C

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được áp suất

và nhiệt độ tuyệt đối (chú ý ở đây là phải đổi ra nhiệt đối thì mới áp dụng được công thức ở trên), trạng thái 2 biết được áp suất và cần tìm thông số nhiệt độ tuyệt đối Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là thể tích

để từ đó sẽ áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Sác-lơ.

Bài 2: Một chiếc lốp ôtô chứa không khí có áp suất 5atm và nhiệt độ

270C Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốptăng lên đến 470C Tính áp suất không khí trong lốp xe lúc này?

Giải:

Sơ đồ biến đổi trạng thái khí

Trạng thái 1 V h s /

   Trạng thái 21

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được áp suất

và nhiệt độ tuyệt đối (chú ý ở đây là phải đổi ra nhiệt đối thì mới áp dụng được công thức ở trên), trạng thái 2 biết được nhiệt độ tuyệt đối và cần tìm thông số

áp suất Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là thể tích để

từ đó sẽ áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Sác-lơ.

A.V const

T  B 1 3

1 3

p p

Câu 2 Một khối khí đựng trong bình kín ở 27 0C có áp suất 2atm Áp suất khítrong bình là bao nhiêu khi ta đun nống đến 87 C 0 ?

Câu 3 Cho một chiết bình kín có thể tích không đổi Khi đun nóng khí trong

bình kín thêm 1 0C thì áp suất khí tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu Xác địnhnhiệt độ ban đầu của khí ?

A 87 0 C B.360 0 C C 17K D 87K

Câu 4 Nồi áp suất có van là 1 lỗ tròn có diện tích 1cm luôn được áp chặt

bởi 1 lò xo có độ cứng 1300 N / m  và luôn bị nén 1cm Ban đầu ở áp suất

khí quyển 10 5N / m 2 và nhiệt độ 0

27 C Hỏi để van mở ra thì phải đunđến nhiệt độ bằng bao nhiêu ?

A.117 C 0 B 390 0C C 17 C 0 D 87 C 0

Câu 5.Trong điều kiện thể tích không đổi, chất khí có nhiệt độ ban đầu là 27 0

C , áp suât p0 cần đun nóng chất khí lên bao nhiêu độ để áp suất của nó tăng lên

2 lần

A.327K B.150K C.327 C0 D.600 C0

Câu 6 Trong điều kiện thể tích không đổi, chất khí có nhiệt độ thay đổi là 27 0

C đến 127 C0 , áp suất lúc đầu 3atm thì độ biến thiên áp suất:

A Giảm 3 atm B Giảm 1 atm

C Tăng 1 atm D.Tăng 3 atm

Câu 7 Trong điều kiện thể tích không đổi, chất khí có nhiệt độ ban đầu là 17 0

C, áp suất thay đổi từ 2atm đến 8atm thì độ biến thiên nhiệt độ:

A.1143 C0 B.1160 C0 C.904 C0 D.870 C0

Câu 8.Hiện tượng nào sau đây có liên quan đến dịnh luật Chasles:

A Đun nóng khí trong 1 xilanh hở

B Đun nóng khí trong 1 xilanh kín

C.Thổi không khí vào 1 quả bóng bay

D quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ

2.3.4 Giải các bài toán áp dung mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất không đổi [3]

Với một bái toán đã cho, chúng ta sử dụng phương pháp sau:

Trạng thái 1 p hs

    Trạng thái 21

Vì áp suất của khí không đổ nên ta áp dụng mối liên hệ giữa thể tích vànhiệt độ khi áp suất không đổi

T T   V   => t2 = 1620C

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được thể tích

và nhiệt độ tuyệt đối (chú ý ở đây là phải đổi ra nhiệt đối thì mới áp dụng được công thức ở trên), trạng thái 2 biết được thể tích và phải tính nhiệt độ tuyệt đối Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là áp suất để từ đó sẽ

áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Gay-luy-xac.

Bài 2: Một khối khí có thể tích 8(l), ở nhiệt độ 470C đun nóng đẳng áp khíđến nhiệt độ 1470C thì thể tích của khí là bao nhiêu?

Giải:

Sơ đồ biến đổi trạng thái khí

Trạng thái 1 p h s /

   Trạng thái 21

+ Với phương pháp trên học sinh nhìn thấy trạng thái 1 biết được thể tích

và nhiệt độ tuyệt đối (chú ý ở đây là phải đổi ra nhiệt đối thì mới áp dụng được công thức ở trên), trạng thái 2 biết được nhiệt độ tuyệt đối và phải tính thông số thể tích Đồng thời nhìn thấy rõ thông số trạng thái không biến đổi là áp suất để

từ đó sẽ áp dụng định luật phù hợp với bài toán là định luật Gay-luy-xac.

Bài tập tự luyện

Bài 3: Một lượng khí không đổi có thể tích 6(l), nhiệt độ 200C Muốnđược lượng khí thể tích 10(l) mà áp suất vẫn không đổi thì nhiệt độ của khí phảithay đổi như thế nào, bao nhiêu độ?

Bài 4: Một xi lanh hình trụ chứa một khối khí ở nhiệt độ 270C Đốt nóngkhí trong si lanh đến nhiệt độ 470C thì pít-tông phải dịch chuyển một đoạn làbao nhiêu để áp suất của khí không đổi?

2.3.5 Giải các bài toán vận dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng [3]