Giáo án Vật lý 10 Bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học (tiết 1)

BÀI 33: CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (Tiết 1) I - MỤC TIÊU 1. Về kiến thức - Phát biểu và viết được hệ thức của nguyên lí I của Nhiệt động lực học. - Hiểu được ý nghĩa các đại lượng trong công thức nguyên lí I của nhiệt động lực học. - Nắm được các quy ước về dấu và bản chất vật lí của quá trình làm thay đổi nội năng của vật. - Vận dụng được nguyên lí I vào quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định. 2. Về kĩ năng - 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. - Giải được bài tập vận dụng nguyên lí I của Nhiệt động lực học. 3. Thái độ -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 liên quan đến nội dung bài học. II - CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Hình vẽ 33.1 phóng to. 2. Học sinh - Ôn lại bài "sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt" Vật lí 8 III - TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng Hoạt động 1:Kiểm tra bài cũ 3 phút Một em trả lời cho cô biết định nghĩa nội năng ? Các cách làm biến đổi nội năng của vật? Trả lời: Trong nhiệt học phân tử người ta gọi tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật. Có 2 cách làm biến đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt. Hoạt động 2: Đặt vấn đề 3 phút - Giáo viên yêu cầu một học sinh đứng tại chỗ phát biểu nội dung định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã học? - Giáo viên dẫn dắt vào bài: "Với ba khái niệm cơ bản là nội năng, công, nhiệt lượng. Các nhà vật lí đã nhiên cứu rất nhiều hiện tượng, sự vật vật lí và đã thu được những thành tựu to lớn. Một trong những thành tựu đó là tìm ra các nguyên lí của nhiệt động lực học." -Trả lời: Năng lượng không mất đi cũng không tự sinh ra. Nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. - Học sinh chú ý lắng nghe giáo viên dẫn dắt vào bài Hoạt động 3: Tìm hiểu nội dung của nguyên lí I nhiệt động lực học 14 phút - Giáo viên hỏi học sinh: + Có mấy cách làm biến đổi nội năng của vật. + Khi thực hiện công làm biến đổi nội năng của vật thì phần công ta đã thực hiện biến đổi thành gì? + Khi truyền nhiệt thì phần nhiệt lượng ta truyền cho vật đã chuyển thành gì? => Kết luận: Như vậy công và nhiệt đều làm thay đổi nội năng của vật. + (Cho hình ảnh một bình vừa bị nén vừa được nung nóng) Nếu ta đồng thời thực hiện công và truyền nhiệt thì nội năng của vật có thay đổi không? + Độ biến thiên nội năng lúc này sẽ được tính thế nào? => Kết luân: Đó cũng là một trong những phát biểu của nguyên lí I nhiệt động lực học. - Giáo viên yêu cầu một học sinh đứng dậy phát biểu lại nguyên lí. - Trả lời: Hai cách là thực hiện công và truyền nhiệt. - Trả lời: Nội năng. - Trả lời: Nội năng. - Trả lời: Nội năng của vật thay đổi. - Trả lời: bằng tổng công và nhiệt lượng. - Độ biến thiên nội năng bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. I - Nguyên lí I nhiệt động lực học 1. Phát biểu nguyên lí Độ biến thiên nội năng bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. Hoạt động 4: Luyện tập cách xác định dấu của các đại lượng trong biểu thức 10 phút - Giáo viên đặt vấn đề: "Trong thực tế không chỉ có vật nhận nhiệt mà nó còn truyền nhiệt. Hay một lượng khí trong 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 hay không? Chúng ta sẽ tìm hiểu quy ước về dấu." - Giáo viên yêu cầu học sinh nhìn vào hình 33.1 và cho biết các quy ước về dấu của A và Q? Lưu ý: 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 (-). => Kết luận: Các đại lượng trong công thức học sinh vừa lên bảng ghi là các địa lượng đại số. Dấu phụ thuộc vào các quá trình theo quy ước học sinh vừa phát biểu . - Giáo viên yêu cầu học sinh suy nghĩ và làm câu C1. C1: Hướng dẫn: Hãy dựa vào quy ước dấu các em vừa được học. - Giáo viên yêu cầu học sinh hoạt động nhóm ( 2 bàn làm thành một nhóm) làm câu C2. + Nếu nội năng tăng thìnhư thế nào? Lớn hơn hay bé hơn 0? C2: Hãy dựa vào quy ước dấu để làm. - Học sinh lắng nghe giáo viên đặt vấn đề. - Trả lời: Q>0: Vật nhận nhiệt lượng. Q<0:Vật truyền nhiệt lượng A>0: Vật nhận công từ vật khác. A<0 : Vật thực hiện công. - Trả lời: C1: Q > 0; A < 0; C2: Quá trình truyền nhiệt. Quá trình thực hiện công. Quá trình biến đổi nội năng bằng cách nhận nhiệt lượng và thực hiện công lên vật khác. Quá trình biến đổi nội năng đồng thời nhận nhiệt lượng và nhận công từ vật khác. Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công : - Nếu Q > 0, thì hệ nhận nhiệt lượng. Nếu Q < 0, thì hệ truyền nhiệt lượng. Nếu A > 0, thì hệ nhận công. Nếu A < 0, thì hệ sinh công. - Đơn vị của các đại lượng U, A, Q là jun (J). Hoạt động 5: Vận dụng nguyên lí I nhiệt động lực học vào các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. 12 phút - Giáo viên hỏi học sinh: + Phát biểu quá trình đẳng tích? + Lên bảng biểu diễn đường đẳng tích trong hệ tọa độ pOV. + Như vậy với một lượng khí ta xét trong xi lanh. Thực hiện quá trình đẳng tích thì lượng khí có tác dụng lực lên đâu? + Vì là quá trình đẳng tích nên pit-tông có dịch chuyển không? + Vậy lượng khí có thực hiện công không? => Kết luận: Như vậy lượng khí không thực hiện công, nó chỉ nhận nhiệt hoặc tỏa nhiệt mà thôi. Vậy nguyên lí I nhiệt động lực học của chúng ta sẽ được viết lại thế nào? - Giáo viên trình bày: Bản chất quá trình đẳng tích chỉ là quá trình truyền nhiệt. - Giáo viên yêu cầu học sinh suy nghĩ và làm ví dụ trang 176. + Hướng dẫn: - Người ta cung cấp cho khí trong một xi lanh một nhiệt lượng tức là khí đã nhận nhiệt lượng hay tỏa nhiệt lượng? -Khí nhận nhiệt lượng thì Q sẽ âm hay dương? - Khí nở ra đẩy pit-tông đi một đoạn là khí thực hiện công hay nhận công? - Như vậy công của khí mang dấu gì? - Đề bài yêu cầu chúng ta tính độ biến thiên nội năng như vậy ta áp dụng công thức gì vừa học? + Giáo viên kiểm tra bài làm của học sinh đã gọi lên bảng và nhận xét. - Trả lời: Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái mà trong đó thể tích không thay đổi. - Vẽ đường biểu diễn trên bảng. - Trả lời: pit-tông và thành bình. - Trả lời: pit-tông không dịch chuyển nên lượng khí không thực hiện công. - - Học sinh làm bài vào vở dưới sự hướng dẫn của giáo viên. - Khí nhận nhiệt lượng. - Nhiệt lượng Q sẽ dương. - Khí thực hiện công. - Công mang dấu âm. - Nguyên lí I NĐLH: - Học sinh lắng nghe giáo viên sửa bài và nhận xét, đối chiếu với bài làm trong vở. Hoạt động 6: Tổng kết bài học 3 phút - Giáo viên 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 nhận xét giờ học. - Giáo viên giao bài tập về nhà: các bài tập trong sách giáo khoa - Giáo viên yêu cầu học sinh đọc trước phần bài học tiếp theo ở nhà. - Học sinh chú ý lắng nghe giáo viên nhấn mạnh. - Học sinh nhận nhiệm vụ học tập