Giáo án Vật lý 10 Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

1 GIÁO ÁN Ngày soạn 18/03/2018 Ngày dạy 23/03/2018 Sinh viên thực tập : Mai Thế Đoan Lớp dạy: 10A2 BÀI 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được nguyên lí I của Nhiệt Động lực học. - Viết được hệ thức của nguyên lí I của Nhiệt động lực học. - Nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong hệ thức này.. 2. Kĩ năng: - Giải được bài tập vận dụng nguyên lí I của nhiệt động lực học. - Vận dụng được mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ và thể tích để giải thích một số hiện tượng có liên quan. 3. Thái độ: - Học sinh có thái độ tích cực trong học tập và tiếp thu kiến thức mới. - Hứng thú trong việc lí giải các hiện tượng tự nhiên. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên : - Hình vẽ 33.1 SGK phóng to và một số hình ảnh động cơ nhiệt. - Bài soạn 2. Chuẩn bị của HS: - Ôn lạị bài sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt ở Vật lí 8 và bài Nội năng và sự biến thiên nội năng. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định lớp: kiểm tra sỉ số, tác phong của học sinh (1 phút) 2. Kiểm tra bài cũ: (5 phút) - Nội năng là gì?. - Các cách làm thay đổi nội năng của một vật 3. Tiến trình dạy học: Giới thiệu bài mới: Với ba khái niệm cơ bản là nội năng, công, nhiệt lượng. Các nhà vật lí đã nghiên cứu rất nhiều hiện tượng, sự vật vật lí và đã thu được những thành tựu to lớn. Một trong 2 những thành tựu đó là tìm ra các nguyên lí của nhiệt động lực học. Và để hiểu các nguyên lí nhiệt động lực học như thế nào thì bài hôm nay sẽ giúp chúng ta trả lời câu hỏi đó. Chúng ta đi bài 33 cac nguyên lí của nhiệt động lực học. Một trong những nguyên lí đó là nguyên lí I nhiệt động lực học .Chính nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực là một nền tảng vô cùng quan trọng cho sự phát triển của nhiêt động lực hoc. Nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học là sự tổng quát hoá những nhận xét thực tiễn và những kết quả đạt được trong thí nghiệm. Nó là sự vận dụng định luật bảo toàn năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. Nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học có những ứng dụng quan trọng không những trong việc giải các bài toán mà còn giải thích được nhiều hiện tượng trong cuộc sống hằng ngày.Để biết biểu thức nguyên lí I như thế nào chúng ta đi I.nguyên lí I nhiet động lực ( 1 phut) 3 TL HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH NỘI DUNG 12 Hoạt động 1: Tìm hiểu nguyên lí I Nhiệt động lực học. - Bây giờ thầy có cái ấm nước nha, thầy dùng lửa đun nước để chế trà. Khi ấm nước sôi các em thấy hiện tượng gì? - Như chúng ta đã biết trong tiết trước khi ấm nước sôi thì nội năng của nước tăng( do nhiệt độ nước tăng) làm gây ra sự chênh lệch áp suất cùa khí bên trong ấm và bên ngoài ấm làm cho nắp ấm bị đẩy lên. Hay nói cách khác khối khí đứng yên đã có thể sinh công và đẩy nắp ấm lên. - Vậy chúng ta thấy giữa nội năng, công và nhiệt lượng có mối liên hệ với nhau. Mối liên hệ giửa các đại lượng làm biến đổi nội năng gọi là nguyên lí I của NĐLH. - Các em đã được học định luật bảo toàn năng lượng rồi, em nào có thể nhắc lại nội dung định luật và cho ví dụ được không? - Chúng ta thấy định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã được vận dụng thành công trong cơ học, và nguyên lí I của NĐLH chính là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào cả hiện - nắp ấm bị đẩy lên. Ví dụ: Một quả bóng rổ được ném lên cao từ mặt đất. khi quả bóng càng lên cao thế năng tăng đồng thời động năng quả bóng giảm. nhưng trong quá trình di chuyền bóng ma sát không khí sinh ra nhiệt năng. Hay nói cách khác động năng quả bóng đã chuyển hóa dần cho thế năng của quả bóng và nhiệt năng nữa. nhưng năng lượng của quả bóng là luôn luôn được bảo toàn. - Cá nhân tiếp thu và ghi bài. Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I – Nguyên lí I nhiệt động lực học (NĐLH) 1. Phát biểu nguyên lí Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà 4 tượng nhiệt. - Xét trường hợp đơn giản. Thầy có khối khí đựng trong xi lanh , thầy ấn pittong xuống để nén khối khí. Các em hãy dự đoán xem chuyện gì sẻ xãy ra? - Nếu thầy gọi A là công truyền cho chất khí, U 1 là độ tăng nội năng của chất khí thì Theo định luật bảo toàn, công mà thầy truyền cho khối khí đã chuyển hóa thành gì rồi? Và mối liên hệ giữa các đại lượng được thể hiện như thế nào - Bây giờ cũng khối khí đó, thầy không ấn pittong xuống nữa mà thầy đốt khối khí đi. Các em hãy dự đoán chuyện gì sẽ xảy ra. Nếu thầy gọi Q là nhiệt lượng truyền cho chất khí, 2 là độ tăng nội năng của chất khí thì lúc này ta có điều gì? - Cũng khối khí đó thầy vừa nén và nung khối khí, áp dụng định luật bảo toàn các em hãy viết biểu thức thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng cho thầy? - Từ công thức này các em hãy phát biểu thành lời? - Đây chính là nội dung của nguyên lí I NĐLH. Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. QAU  - V khối khí giảm, U thay đổi - ∆U1=A - 2=Q - QAU  - Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. vật nhận được. QAU  Hoạt động 2: Luyện tập cách xác định dấu của các đại lượng trong biểu thức Trong thực tế không chỉ có vật nhận nhiệt mà nó còn truyền nhiệt. Hay một lượng khí trong  Qui ước về dấu A và Q: +Q>0: Hệ nhận nhiệt lượng. + Q<0: Hệ truyền nhiệt 5 10 xi lanh, nếu nó giãn nở, đẩy pit- tông lên thì nó đã thực hiện công chứ không phải nhận công. Như vậy dấu của các đại lượng trong nguyên lí I có sự khác biệt nhau đối với từng quá trình. Để biết được dấu của đại lượng trong biểu thức như thế nào thì ta sẽ đi qua phần Quy ước dấu của nhiệt lượng và công. - Với quy ước về dấu thích hợp, hệ thức trên có thể diễn đạt các quá trình biến đổi trạng thái như hệ truyền nhiệt, hệ thực hiện công. Từ đây chúng ta có quy ước về dấu - Yêu cầu HS nhìn hình 33.1 và cho dự đoán quy ước về dấu của công A và nhiệt lượng Q - GV nhận xét câu trả lời kết luận: Nếu vật nhận (công, nhiệt) thì dấu của đại lượng là dấu (+), còn vật truyền nhiệt (tỏa nhiệt) hãy thực hiện công (sinh công) thì dấu của A và Q là (-). Cụ thể: + Q>0: Vật nhận nhiệt lượng; + Q<0: Vật truyền nhiệt lượng; + A>0: Vật nhận công; + A<0: Vật thực hiên công. . - Các em hoàn thành câu hỏi C1 trong SGK cho thầy? - Một em hãy nhận xét câu trả lời của bạn. - Hai em một nhóm hãy hoàn thành câu hỏi C2 trong vòng 1 phút? - Nhận xét câu phần trả lời của học sinh - Cá nhân trả lời. - Q>0; A0. - học sinh thảo luận nhóm. Trả lời câu hỏi C2: a. Quá trình truyền nhiệt. b. Quá trình thực hiện công. c. Quá trình biến đổi nội năng bằng cách nhận nhiệt lượng và thực hiện công lên lượng. + A>0: Hệ nhận công. +A<0: Hệ thực hiện công. + ∆U> 0 : Nội năng tăng + ∆U <0 : Nội năng giảm 6 vật khác. d. Quá trình biến đổi nội năng đồng thời nhận nhiệt lượng và công từ vật khác. . 11 Hoạt động 3: Vận dụng nguyên lí I của Nhiệt động lực học vào các quá trình biến đổi trạng thái chất khí. Sau đây chúng ta vận dụng nguyên lí I NĐLH vào các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. - Xét quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định. - Một em hãy nhắc lại cho thầy, thế nào là quá trình đẳng tích? Cho thầy 1 ví dụ? - Thầy xét khối khí nung nóng trong một một xi lanh có pít tông bị khóa chặt. Vậy đây là quá trình gì? Một em cho thầy biết khối khí có thực hiên công không? Vì sao? - Viết biểu thức nguyên lí I NĐLH cho quá trình này? - Nêu ý nghĩa vật lí của biểu thức vừa thu được? Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là - - Quá trình đẳng tích; khối khí không thực hiện công, vì pít tông đã bị khóa chặt - QU  - Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt 2.. Vận dụng nguyên lí I của Nhiệt động lực học vào các quá trình biến đổi trạng thái chất khí a) Qúa trình đẳng tích Vì V= hằng số nên A=0 Suy ra QU  Vậy: Trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng. Quá trình đẳng tích là quá trình truyền nhiệt b) quá trình đẳng nhiêt: Vì T= hằng số →∆U=0 Biểu thức nguyên lí I A= -Q c) quá trình đẳng áp: V và T đều biến đổi nên biếu thức nguyên lí I ∆U= A+Q 7 quá trình truyền nhiệt Bài tập vận dụng: câu 1: trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức =Q+A phải có giá trị nào sau đây? a. Q0 b. Q>0 và A>0 c. Q>0 và A<0 d. Q<0 và A<0 Câu 2: Trường hợp nào sau đây ứng với quá trình đẳng tích khi nhiệt độ tăng? a. ∆U = Q với Q>0 b.∆U = Q + A với A>0 c. .∆U = Q + A với A<0 d. .∆U = Q với Q<0 câu 3: Người ta cung cấp cho khí trong một xi lanh nằm ngang nhiệt lượng 1.5 J. Khí nở ra đẩy pit tông đi một đoạn 5cm với một lực có độ lớn 20N. Tính độ biến thiên nội năng của chất khí. Hướng dẫn: Khối khí nhận hay tỏa nhiệt? Khi ấy dấu của nhiệt lượng là gi? + Pít-tông dịch chuyển một đoạn là nhận hay truyền công? Câu 1: C Câu: 2: A - cá nhân làm sau đó lên bảng trình bày. Khối khí nhận nhiệt. Nhiệt lượng sẽ mang dấu dương. - Khối khí thực hiện công. Công dịch chuyển mang dấu âm - Áp dụng nguyên lí I nhiệt Bài tập 3 Đáp số: ∆U=0.5 J 8 IV. RÚT KINH NGHIỆM Khi ấy dấu của công dịch chuyển là gì? + Đề bài yêu cầu tính độ biến thiên nội năng nên ta áp dụng định luật, biểu thức gì? = 𝑄 + 𝐴 động lực học: 5 Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò - GV nhấn mạnh những phần cần lưu ý: nguyên lí I nhiệt động lực học, hiểu được các quy ước về dấu. Từ đó vận dụng làm các bài tập liên quan - Giáo viên giao bài tập về nhà: hoàn thành bài tập 7 sgk. -Giáo viên yêu cầu học sinh đọc trước phần bài học tiếp theo ở nhà phần nguyên lí II nhiệt động lực học.  Cá nhân thực hiện 9 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN SOẠN GIÁO ÁN NGUYỄN THỊ HỒNG TRANG MAI THẾ ĐOAN