Giáo án Vật lý lớp 10 Bài 31: Phương trình trạng thái khí lí tưởng (tiết 1)

Tên: Trần Xuân Lĩnh Lớp: ĐHSLY15A Nhóm:01 Ngày thực hiện: 17/09/2018 Bài 31: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÍ TƯỞNG (Tiết 1) I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Phân biệt được khí thực và khí lí tưởng. - Từ các phương trình của định luật Bôilơ-Mariốt và định luật Sáclơ xây dựng được phương trình Cla-pê-rôn và từ biểu thức của phương trình này viết được biểu thức đặc trưng cho các đẳng quá trình. 2. Kyõ naêng Vận dụng được phương trình Cla-pê-rôn để giải được các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự, đặc biệt là bài tập về quá trình đẳng áp. 3. Thái độ - Tích cực liên hệ kiến thức đã học vào thực tiễn. - Có thái độ say mê, hợp tác, tự giác, tích cực trong học tập. II. CHUẨN BỊ 1.Giáo viên - Dụng cụ thí nghiệm. - Giáo án, SGK - Bài tập vận dụng. 2.Học sinh - Ôn lại các bài 28, 29 và 30. IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 1. Ổn định lớp. 2. Bài mới : (2 phút) Giới thiệu bài mới Định luật Bôilơ-Mariốt và định luật Sác-lơ chỉ xác định mối liên hệ giữa hai trong ba thông số trạng thái của một lượng khí khi thông số còn lại không đổi. Trong thực tế thường xảy ra các quá trình trong đó cả ba thông số P,V,T đều biến thiên phụ thuộc lẫn nhau. Các em hãy quan sát thí nghiệm sau.Cô có một quả bóng đã bị biến dạng và đặt vào 1 cái cốc, sau đó cô cho 1 ít nước nóng vào cái cốc chứa quả bóng, quả bóng đã phồng lên và trở về hình dạng ban đầu. Vậy chuyện gì đã sảy ra? Trong quá trình này, cả nhiệt độ, thể tích và áp suất của lượng khí chứa trong quả bóng có thay đổi không? Nếu 3 thông số đều thay đổi vậy làm sao xác định mối liên hệ giữa ba thông số của lượng khí này? Và để giải thích cho hiện tượng này thì chúng ta cùng vào bài học hôm nay bài 31: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. 3. HOẠT ĐỘNG 1: ( 10 phút) Tìm hiểu khí thực và khí lí tưởng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - Dựa vào kiến thức đã học, một em hãy nhắc lại định nghĩa khí lí tưởng ? - Khí lý tưởng có tuân theo đúng các định luật chất khí mà ta đã học không các em? -Nhận xét và nhắc lại câu trả lời đúng. - Xem SGK/163 và cho cô biết khí thực là khí như thế nào? - Chúng ta đã học các định luật về chất khí vậy đối với hai khí thực và khí lí tưởng thì nó tuân theo tất cả các định luật đó không? - Trong trường hợp nào có thể coi gần đúng khí thực là khí lí tưởng? - Nhận xét: Khi không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể áp dụng các định luật về chất khí lí tưởng để tính áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí thực. - Khí lí tưởng là chất khí trong đó các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm. - Có - Là chất khí tồn tại trong thực tế như ôxi, nitơ, cacbonic... - Không. Đối với khí thực thì tuân theo gần đúng 2 định luật Bôi-Mariot và Sac-lơ. Còn khí lý tưởng tuân theo đúng các định luật về chất khí - Khí thực gần giống khí lý tưởng khi ở nhiệt độ và áp suất thông thường. I. Khí thực và khí lí tưởng - Khí lý tưởng (mẫu khí trong lý thuyết) là khí tuân theo đúng các định luật về chất khí. - Khí thực (khí tồn tại trong thực tế) chỉ tuân theo gần đúng các định luật: Bôi-Mariot và Sac-lơ. - Ở nhiệt độ và áp suất thông thường, khí thực gần giống khí lý tưởng. 4. HOẠT ĐỘNG 2: (20 phút) Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Từ các hệ thức Bôi lơ – Mariốt và định luật Sác-lơ, ta xây dựng được phương trình trạng thái của khí lý tưởng. - Bây giờ cô xét một lượng khí có trạng thái 1 (p1,V1,T1), bằng các đẳng quá trình, cô làm cho lượng khí này chuyển sang trạng thái 2 (p2,V2,T2) qua trạng thái trung gian là 1’(p’,V2,T1) như sơ đồ h31.2 SGK. Vì chúng ta không thể có 1 quá trình trực tiếp đẳng nhiệt hoặc đẳng tích được. Dựa vào hình 31.2 và trả lời các câu hỏi sau: - Khi chuyển từ trạng thái (1) sang trạng thái (1’) thì thông số nào không đổi? Vậy đây là quá trình gì? - Vậy ta sẽ sử dụng định luật gì tương ứng đã học với đẳng quá trình này? Biểu thức của định luật? - Tương tự, khi chuyển từ trạng thái (1’) sang trạng thái (2) thì thông số nào không đổi? và đây là quá trình gì? - Định luật và biểu thức áp dụng cho quá trình này là gì? - Từ biểu thức (2) ta có P’ bằng gì? - Thay (3) và (1) thì ta sẽ được gì? Sau hai quá trình biến đổi này khi 1 lượng khí không đổi từ trạng thái (P1,V1,T1)→P2,V2,T2, ta có phương trình (4). Nói 1 cách khái quát thì PVT=const=n.R Trong đó: n là số mol của chất khí (mol) R là hằng số của chất khí lý tưởng (R = 8,31 J/(mol.K) ) - Phương trình (4) được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn. - Qua phần này thì có em nào có thể giải thích cho cô vấn đề quả bóng đã đặt ra ở đầu bài không? - Nhận xét, giải thích lại: PVT=const →pV=n.R.T trong đó R là hằng số (không đổi). Khi đổ nước nóng vào cốc chứa quả bóng thì nhiệt độ (T) của khí chưa trong quả bóng tăng nhanh. Dựa theo phương trình của khí lý tưởng ta thấy nhiệt độ tỉ lệ thuận với tích áp suất (P) và thể tích (V). Khi T tăng thì P và V cũng tăng làm cho quả bóng căng tròn. - Bây giờ chúng ta vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để giải bài tập. Nghe và tiếp nhận vấn đề. - Nhiệt độ không đổi. → Quá trình đẳng nhiệt. - Định luật Bôilơ – Mariốt. Biểu thức: p1V1 = p’V2 - Thể tích không đổi. → Quá trình đẳng tích. - Định luật Sác-lơ. Biểu thức: P'T1=P2T2 P'=P2T1T2 Thay (3) vào (1) ta được: P1V1=P2T1T2V2 P1V1T1=P2V2T2 - Nghe và ghi nhớ - Dựa vào công thức của pt trạng thái khí lí tưởng để giải thích . II. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Xét 1 lượng khí xác định: (1)P1V1T1→1'P'V2T1→(2)P2V2T2 - Giai đoạn 1: (1) à (1’): quá trình đẳng nhiệt p1V1 = p’V2 (1) - Giai đoạn 2:(1’) à (2): quá trình đẳng tích P'T1=P2T2 (2) P'=P2T1T2 (3) Thế (3) vào (1) ta được: P1V1=P2T1T2V2 P1V1T1=P2V2T2 (4) PVT = hằng số=n.R Trong đó: n là số mol của chất khí (mol) R là hằng số của chất khí lý tưởng (R = 8,31 J/(mol.K) ) - Phương trình (4) được gọi là phương trình trạng của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn. 5. HOẠT ĐỘNG 3 (10 phút):Vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Để giúp các em hiểu sâu hơn về dạng pt của trạng thái khí lí tưởng thì chúng ta cùng làm một số bài tập vận dụng sau. Bài 6 (trang 166 SGK) :  Mối liên hệ giữa áp suất thể tích, nhiệt độ của một lượng khí trong quá trình nào sau đây không được xác định bằng phương trình trạng thái của khí lí tưởng? A. Nung nóng một lượng khí trong một bình đậy kín. B. Nung nóng một lượng khí trong một bình không đậy kín. C. Nung nóng một lượng khí trong một xilanh kín có pit-tông làm khí nóng lên, nở ra, đẩy pit-tông di chuyển. D. Dùng tay bóp lõm quả bóng bàn. Bài 2: Trong xilanh của một động cơ có chứa một lượng khí ở nhiệt độ 47o C và áp suất 0,7 atm. a. Sau khi bị nén thể tích của khí giảm đi 5 lần và áp suất tăng lên tới 8atm. Tính nhiệt độ của khí ở cuối quá trình nén? b. Người ta tăng nhiệt độ của khí lên đến 273oC và giữ pit-tông cố định thì áp suất của khí khi đó là bao nhiêu? - Theo dõi yêu cầu của giáo viên - Làm bài tập. - Đáp án B Vì khi nung nóng mà bình không đậy kín, một lượng khí sẽ thoát ra ngoài, phương trình trạng thái sẽ không được nghiệm đúng -Theo dõi đề bài và làm bài tập a. Tính nhiệt độ T2. TT1 TT2 P1 = 0,7atm P2 = 8atm V1 V2 = V1/5 T1 = 320K T2 = ? Áp dụng PTTT khí lý tưởng, Ta có: b. Vì pít- tông được giữ không đổi nên đó là quá trình đẳng tích: Theo định luật Sác – lơ, ta có: 6. HOẠT ĐỘNG 4 (3phút): Dặn dò. Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Làm các bài tập trong SGK và các tài liệu khác có liên quan. - Xem trước bài mới: Nội năng sự biến thiên nội năng. - Nhận nhiệm vụ V. Rút kinh nghiệm: ......................................................................................................................................................................................................................................................................