Luận án Giảng dạy chương thuyết động học phân tử và chất khí lý tƣởng theo định hướng tổ chức hoạt động nhận thức

ân tử về chất khí. Trong quá trình tìm cách giải thích định luật này, ngƣời ta xây dựng mô hình động học của chất khí, mô hình này cũng là cơ sở thực nghiệm của thuyết. Nghiên cứu sự vận hành của mô hình → rút ra đƣợc hệ quả về mối liên hệ giữa thể tích và áp suất. Sự kiểm chứng hệ quả rút ra từ mô hình đƣợc thực hiện bằng thí nghiệm. Quá trình đo đạc, tính toán, xử lí kết quả thí nghiệm sẽ đƣa đến định luật Boyle-Mariotte. Điều đó có thể xem định luật Boyle-Mariotte có tác dụng kiểm chứng hệ quả rút ra từ kết quả nghiên cứu mô hình động học về chất khí. Kết quả thu đƣợc phù hợp với hệ quả có tác dụng khẳng định thêm tính đúng đắn của mô hình. Trang 78 ❖ Phƣơng pháp dạy học. Do chọn cách tiếp cận xem định luật Boyle-Mariotte là thí nghiệm kiểm chứng hệ quả rút ra từ việc nghiên cứu mô hình. Nên phƣơng pháp dạy học đƣợc lựa chọn nhƣ sau: ■ Thuyết trình (diễn giảng) giải quyết vấn đề nhận thức 2. ■ Đàm thoại giải quyết vấn đề nhận thức 2. Tùy thuộc vào từng đối tƣợng của học sinh mà tổ chức hoạt động nhận thức lựa chọn phƣơng án đàm thoại hoặc diễn giảng. ❖ Mục tiêu: ■ Kiến thức: - Nội dung định luật Boyle-Mariotte. - Vẽ đƣợc đƣờng đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt trong tọa độ (P,V). ■ Kĩ năng : - Đọc số liệu. - Xử lí số liệu. ■ Hình thành năng lực nhận thức: năng lực giải quyết vấn đề. ■ Giáo dục thế giới quan: cho học sinh thấy đƣợc, ở thế giới vi mô mặt dù sự chuyển động của các phân tử hỗn loạn không thể quan sát đƣợc bằng mắt thƣờng. Nhƣng chính bằng hoạt động nhận thức của con ngƣời đã nắm bắt đƣợc thế giới tự nhiên để tìm ra qui luật vận động của vật chất. Vận dụng các qui luật ấy phục vụ cho cuộc sống của con ngƣời, Vấn đề này sẽ thấy rõ ở chƣơng "Nhiệt động lực học" phía sau. ❖ ? Trang 79 ❖ Bài mới: HỆ THỨC LIÊN HỆ GIỮA THỂ TÍCH VÀ ÁP SUẤT KHI NHIỆT ĐỘ KHÔNG ĐỔI. ĐỊNH LUẬT BOYLE -MARIOTTE. I- Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái. ❖ Ở phần cơ học, trạng thái chuyển động của một vật đƣợc xác định bằng những đại lƣợng vật lí nào?  Trạng thái chuyển động của một vật đƣợc xác định bởi các đại lƣợng: quãng đƣờng, vận tốc, gia tốc... ❖ Cũng giống nhƣ ở phần cơ học, ở phần nhiệt học để xác định trạng thái nhiệt của chất khí ngƣời ta dùng các đại lƣợng: thể tích, nhiệt độ, áp suất. Những đại lƣợng này đƣợc gọi là các thông số trạng thái của một lƣợng khí. ❖ Ở phần cơ học để thay đổi trạng thái chuyển động của một vật ta làm thế nào?  Tác dụng lực. ❖ Vậy, ở phần nhiệt học làm thế nào để thay đổi trạng thái của một lƣợng khí?  ? ❖ Ở phần nhiệt học để thay đổi trạng thái của khối khí → đun, nén. Ví dụ:Ta có lƣợng khí chứa trong xylanh đang ở trạng thái 1 đƣợc xác định bởi P1, V1, T1, nếu chịu tác nhân bên ngoài (đun, nén) thì lúc này áp suất, thể tích, nhiệt độ bị biến đổi, khối khí chuyển lên trạng thái 2 đƣợc xác định bơi P2,V2,T2. Lƣợng khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thai 2 đƣợc gọi là quá trình biến đổi trang thái. Nghiên cứu những quá trình chí có hai thông số biến đổi còn thông số còn lại giữ cố định, những quá trình đó đƣợc gọi là đẳng quá trình. Quá trình biến đổi trạng thái khi nhiệt độ không đổi đƣợc gọi là quá trình đẳng nhiệt. Vậy trong quá trình đẳng nhiệt áp suất và thể tích biến đổi theo qui luật nào? Trang 80 II- Định luật Boyle-Mariotte. 1- Tình huống có vấn đề. ❖ Khi thổi quả bóng có cột chặt ở phần dƣới cho quả bóng căng vừa phải thì áp suất gây lên thành bóng phụ thuộc và không phụ thuộc vào yếu tố nào?  Không phụ thuộc: lƣợng khí và nhiệt độ môi trƣờng.  Phụ thuộ: thể tích quả bong bóng. ❖ Vì sao có thể kết luận áp suất lại phụ thuộc thể tích quả bong bóng?  ? ❖ Vì nếu cho thể tích quả bong bóng tăng lên (mở cột dây ở phía dƣới) thì quả bóng giảm căng hơn lúc chƣa mở dây → áp suất phụ thuộc vào thể tích quả bong bóng. ❖ Nhìn vào sức căng quả bóng trong hai trƣờng hợp (lúc mở dây và chƣa mở dây). Bằng định tính cho thấy khí V tăng (mở cột dây ở phía dƣới) thì quả bóng giảm căng (áp suất giảm), nhƣng làm thế nào để xác định mối liên hệ định lƣợng giữa thể tích và áp suất?  ? 2- Hình thành vấn đề nhận thức. ❖ Áp suất thay đổi theo thể tích tuân theo qui luật nào? ❖ Có tìm đƣợc hệ thức liên hệ giữa áp suất và thể tích không? 3- Mô hình. ❖ Dựa trên mô hình chất khí đã xây dựng ở bài trƣớc. ■ Chất khí gồm các phân tử. ■ Khoảng cách giữa các phân tử rất lớn. ■ Lực tƣơng tác phân tử rất bé. ■ Chuyển động của các phân tử hỗn độn không ngừng. Khi chuyển Trang 81 động hỗn độn về mọi phía các phân tử va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình. 4. Hệ quả. ❖ Nếu các phân tử chuyển động hỗn độn, giữa chúng có tƣơng tác và tƣơng tác với thành bình. Bằng cách nào đó giảm khoảng cách (giảm V) giữa các phân tử (thu nhỏ quả bóng) thì đại lƣợng đặc trƣng cho tƣơng tác giữa các phân tử (áp suất) phải tăng lên (tức quả bóng căng nhiều hơn). ❖Áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. 5. Thí nghiệm kiếm chứng hệ quả. 5.1- Phương án kiểm chứng thí nghiêm. ❖ Để thực hiện đƣợc thí nghiệm kiểm tra mối liên hệ giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi ta cần phải có lƣợng khí xác định chứa trong xylanh có vạch chia. Sau đó giữ nhiệt độ không đổi, cho thể tích V thay đổi rồi quan sát sự thay đổi của áp suất p theo V. ❖ Muốn thay đổi thể tích V cần dụng cụ gì ? cách thực hiện nhƣ thế nào?  Cần xylanh có pittong → kéo pittong lên hoặc ấn xuống để thay đổi V. ❖ Để thay đổi sự biến đổi của áp suất, cần thiết bị gì và cách bố trí nhƣ thế nào?  Cần áp kế thiết kế thông với xylanh.  Với các dụng cụ trên, ta có thể lắp đặt đƣợc thí nghiệm → tiến hành thay đổi V (kéo pittong lên hoặc ấn xuống), mỗi lần thay đổi V ta đọc đƣợc giá trị của áp suất tƣơng ứng.  Tuy nhiên ngoài phƣơng án trên ta còn một phƣơng án khác là thí nghiệm với áp kế nƣớc. Vậy áp kế nƣớc có cấu tạo nhƣ thế nào và phƣơng án tiến hành thí nghiệm ra sao? Trang 82 ■ Cấu tạo: - Bình chứa lƣợng khí xác định, khí đƣợc thông ra ngoài bằng ống cao su. - Áp kế nƣớc gồm hai nhánh bằng ống thủy tinh nối thông với nhau bằng ống cao su, bên trong hai ống thủy tinh có chứa nƣớc. Hai đầu còn lại có một đầu để hở thông với khí trời (nhánh ∆P), một đầu nhánh bên kia nối thông với bình khí cần khảo sát (nhánh ∆V). Tiết diện mỗi ống là l cm2. - Thƣớc chia độ ở nhánh ∆P có đơn vị Torr (mmHg), thƣớc chia độ ở nhánh ∆V có đơn vị cm3. ■ Phƣơng án thí nghiệm: thay vì kéo pittong lên hoặc ấn pittong xuống để thay đổi V thì với phƣơng án này không cần pittong nữa, để thay đổi thể tích khí trong bình, chỉ cần nối đầu nhánh ∆V với bình đựng khí → tiến hành thay đổi thể tích V bằng cách nâng nhánh ∆P (nếu muốn giảm V) hoặc hạ nhánh ∆P xuống (nếu muốn tăng V). Ở thí nghiệm này, ban đầu điều chỉnh cho mực nƣớc ở nhánh AV sao cho thể tích khí ban đầu là 1020 cm3 (1020 cm3 = thể tích bình khí + 20 cm3 thể tích nhánh ∆V) và tiến hành giảm V. Vậy muốn giảm thể tích khối khí phải làm thế nào? Điều chỉnh cho mực nƣớc ở nhánh ∆V chạy lên trên. Nhƣ vậy với phƣơng án này chỉ cần cho mực nƣớc trong nhánh ∆V dịch chuyển lên trên → xác định đƣợc giá trị ∆V (kể từ giá trị làm mốc ban đầu), căn cứ vào mực nƣớc chỉ bên nhánh P đọc đƣợc giá trị của áp suất tƣơng ứng. ■ Thí nghiệm: - Giữ cho nhiệt độ khối khí không đổi. - Bố trí thí nghiệm áp kế nƣớc nhƣ dự án. Trang 83 - Thay đổi thể tích khí trong bình bằng cách nâng nhánh ΔP lên phía trên. - Đọc cặp giá trị của P và V trên hai nhánh của ống thuỷ tinh tƣơng ứng. ■ Bảng kết quả thí nghiệm. Lần đo ∆P P(mmHg) ∆V V(cm3) P.V Lần 1 - 850 - 1020 867000 Lần 2 4 854 5 1015 866810 Lần 3 8.5 858.5 10 1010 867085 Lần 4 13 863 15 1005 867315 Trang 84 ■ Xử lí kết quả thí nghiệm. - Tính toán các tích số P.V sau 4 lần đo.  P.V ~ const. - Nếu P.V ~ const thì P ~ 1 V - Vậy với một lƣợng khí xác định, khi nhiệt độ không đổi thì áp suất có liên với thể tích theo quy luật nào?  Áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. 6 - Kết luận :Ở nhiệt độ không đổi, với một lƣợng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. 7- Vận dụng: ❖ Vận dụng kết luận trên để giải thích tình huống đwa ra lúc đầu. ■ Khi nới rộng quả bóng V tăng → P giảm nên quả bóng ít căng. ■ Khi thu nhỏ quả bóng V giảm →P tăng nên quả bóng căng nhiều hơn. ❖ Giải thích hiện tƣợng tại sao khí chứa trong xylanh thì khó ấn pittong. 8- Kiến thức. ❖ Định luật Boyle- Mariotte: ■ Phát biểu: ở nhiệt độ không đổi, với một lƣợng khí xác định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. ■ Biểu thức: P1 P2 = V2 V1 hoặc P.V = const. III - Đƣờng đẳng nhiệt. Vấn đề : ❖ Dựa vào biểu thức định luật Boyle- Mariotte, ta thấy rằng khí V giảm thì P tăng. Đƣờng biểu diễn P theo V gọi là đƣờng đẳng nhiệt. Vậy đƣờng đẳng nhiệt có dạng nhƣ thế nào? Trang 85 ❖ Làm thế nào để vẽ đƣợc đƣờng ấy? ❖ Ứng với nhiệt độ khác nhau của cùng một lƣợng khí thì các đƣờng đẳng nhiệt này nhƣ thế nào?  ? ❖ Hãy nhắc lại biểu thức định luật Boyle-Mariotte. P.V = const → P ≈ 1 V . ❖ Nếu đặt P = y, V = x, từ P ≈ 1 V → y ≈ 1 x . Dự đoán xem đƣờng đẳng nhiệt có dạng giống đồ thị nào đã khảo sát?  Có dạng là một đƣờng Hyperpol. ❖Làm thế nào để vẽ đƣợc đƣờng ấy?  ? ❖ Vẽ hai trục vuông góc: trục tung biểu diễn áp suất, trục hoành biểu diễn thể tích. ❖ Lấy tỉ lệ xích. ■ Để đơn giản biểu diễn cặp giá trị (P0.V0) mà không cần chọn tỉ lệ. ■ Biểu diễn 1 ô ứng với V = 5 cm3 ■ Biểu diễn 1 ô ứng với P = 4 mmHg ❖ Biểu diễn những số liệu thu đƣợc trong bảng thí nghiệm lên đồ thị. Trang 86 Đƣờng cong vừa biểu diễn có dạng đúng nhƣ dự đoán không?  Đúng nhƣ dự đoán là một nhánh Hyperbol. ❖ Khi khối khí đang ở nhiệt độ t1, bây giờ ta tăng nhiệt độ khối khí đến t2. Hãy dự đoán đƣờng đẳng nhiệt ở nhiệt độ t2 nhƣ thế nào?  ? ❖ Dự đoán đƣờng đẳng nhiệt t2 nằm trên t1. ❖ Làm thế nào để kiểm tra đƣờng đẳng nhiệt t2 nằm trên t1 ?  ? ❖ Dựng đƣờng thẳng song song với trục OP → thể tích khối khí nằm trên đƣờng này nhƣ thế nào? ❖ V1 = V2 ❖ Áp suất ở trạng thái 1 và trạng thái 2 nhƣ thế nào? ❖ P2 > P1. ❖ Muốn P2 > P1 thì các phân tử khí ở trạng thái 2 phải nhƣ thế nào? Trang 87  Các phân tử va chạm lên thành bình mạnh hơn. ❖ Vậy nhiệt độ ở trạng thái 2 phải nhƣ thế nào với trạng thái 1?  T2 > T1. ❖ Điều đó cho ta kết luận gì?  Các đƣờng đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đƣờng đẳng nhiệt ở dƣới. Trang 88 KIẾN THỨC BÀI HỌC ❖ Trạng thái của một lƣợng khí đƣợc xác định bằng các thông số trạng thái: áp suất P, thể tích V, nhiệt độ T. ❖ Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái của khối khí khi nhiệt độ không đổi. ❖ Định luật Boyle-Mariotte. ■ Phát biểu: Trong quá trình đẳng nhiệt áp suất của một lƣợng khí tỉ lệ nghịch với thể tích. ■ Biểu thức: P1 P2 = V2 V1 hay P.V = const ❖ Trong tọa độ (P,V) đƣờng đẳng nhiệt có dạng là một đƣờng hyperbol 2.3.4. Tiến trình dạy học bài'' Hệ thức giữa áp suất và nhiệt độ định luật Charles" ❖ Vị trí bài học: đây là bài học nằm trong 3 định luật về nhiệt của chất khí. Nghiên cứu bài học này cùng với bài định luật Boyle-Mariotte đã khảo sát ở bài trƣớc làm cơ sở để xây dựng nên phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng nhằm khảo sát quá trình biến đổi trạng thái của khối khí. ❖ Ý kiến chủ quan: trong thực tế 3 định luật về nhiệt đƣợc trình bày bằng nhiều con đƣờng khác nhau. ■ Con đường thứ nhất: đƣợc xây dựng bằng con đƣờng thực nghiệm, dùng thí nghiệm để rút ra hai trong 3 định luật, từ đó xây dựng nên phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng. Cách trình bày nhƣ thế có mặt ƣu và nhƣợc điểm nhƣ sau. - Ƣu : đơn giản, dễ hiểu, học sinh dễ tiếp cận. - Nhƣợc: cách trình bày nhƣ thế chỉ dừng lại ở cơ chế vĩ mô chƣa đi sâu vào cơ chế vi mô đƣợc. Trang 89 ■ Con đường thứ hai: vận dụng cơ học Newton vào nghiên cứu sự chuyển động của 1 phân tử khí sau đó dùng quy luật thống kê để xét cho một tập hợp các phân tử khí, từ đó xây dựng nên phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng. Từ phƣơng trình này suy ra hệ quả là các định luật về nhiệt. Cách trình bày nhƣ thế có những ƣu và khuyết sau. - Ƣu: tiết kiệm đƣợc thời gian và đặc biệt là giúp học sinh làm rõ đƣợc bản chất nhiệt. - Nhƣợc: với trình độ học sinh khi vừa bƣớc đầu tiếp cận với ngành học mới, chƣa đủ khả năng để xây dựng nên phƣơng trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí. Đó là hai con đƣờng thƣờng đƣợc sử dụng trong sách giáo khoa THPT. Tuy nhiên, có thể xây dựng định luật Charles bằng con đƣờng khác. Đó là xem 3 định luật về nhiệt nhƣ là cơ sở thực nghiệm của sự hình thành thuyết động học phân tử. Quá trình nghiên cứu 3 định luật này góp phần khẳng định mô hình chất khí đã đƣa ra ngay từ lúc đầu. Với cách trình bày nhƣ thế thì PPDH đƣợc lựa chọn nhƣ sau. ❖ Phƣơng pháp dạy học : ♦ Diễn giảng giải quyết vấn đề nhận thức 2. ♦ Đàm thoại giải quyết vấn đề nhận thức 2. ♦ Tìm tòi (1 phần). ❖ Mục tiêu cần đạt: ♦ Kiến thức: - Nêu đƣợc định nghĩa quá trình đẳng tích. - Hiểu đƣợc mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ trong quá trình đẳng tích. - Phát biểu đƣợc định luật Charles theo hai cách. ♦ Kĩ năng: Trang 90 - Xử lí số liệu, vẽ đƣợc đƣờng đẳng tích. - Nhận dạng đƣợc đƣờng đẳng tích trong tọa độ (P,T), (P,V). ♦ Hình thành năng lực nhận thức:năng lực giải quyết vấn đề. ♦ Giáo dục thế giới quan: làm cho học sinh thấy rõ sự vận động của thế giới vật chất I - Quá trình đẳng tích. ❖ Trạng thái của một lƣợng khí xác định đƣợc đặc trƣng bởi các yếu tố nào?  Thể tích, nhiệt độ, áp suất. ❖ Ở bài trƣớc để thay đổi trạng thái của khối khí ta làm nhƣ thế nào?  Giữ nhiệt độ không đổi → cho thể tích thay đổi tìm qui luật biến đổi của P theo V. ❖ Đƣờng biểu diễn mối quan hệ giữa P và V là đƣờng gì?  Đƣờng đẳng nhiệt. ❖ Qua trình biến đổi trạng thái khối khí khi nhiệt độ không đổi gọi là quá trình gì?  Quá trình đẳng nhiệt. ❖ Nếu bay giờ, ta cố định V để thay đổi trạng thái của khối khí ta làm nhƣ thế nào?  Thay đổi nhiệt độ. ❖ Hãy dự đoán, quá trình biến đổi trạng thái khối khí khi thể tích không đổi gọi là quá trình gì?  Quá trình đẳng tích. ❖ Trong quá trình đẳng tích thì áp suất và thể tích biến đổi theo qui luật nào? Trang 91 II- Định luật Charles 1- Tình huống có vấn đề:  Tại sao bánh xe đạp, hon-đa bơm căng để lâu ngoài nắng thì hay bị nổ?  ? 2- Hình thành vấn đề nhận thức:  Ở đây V = const, vậy áp suất và nhiệt độ liên quan với nhau nhƣ thế nào mà bánh xe bị nổ?  Có tìm đƣợc qui luật biến thiên của áp suất theo nhiệt độ không? 3- Mô hình:  Dựa trên mô hình động học chất khí đã xây dựng: ♦ Chất khí gồm các nguyên tử, phân tử. ♦ Khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử rất lớn. ♦ Lực tƣơng tác nguyên tử, phân tử rất bé. ♦ Chuyển động của nguyên tử, phân tử hỗn độn không ngừng. Khi chuyển động về mọi phía các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình, gây áp suất lên thành bình. 4- Hệ quả: ❖ Nếu các phân tử khí chuyển động hỗn độn, giữa chúng có tƣơng tác và tƣơng tác với thành bình. Nếu thay đổi nhiệt độ thì sự tƣơng tác của các phân tử khí sẽ bị biến đổi → áp suất cũng bị biến đổi. Vì vậy nếu giữ cho thể tích không đổi mà tăng nhiệt độ thì dự đoán áp suất phải tăng. 5. Thí nghiệm kiểm chứng hệ quả. 5.1- Phương án kiểm chứng thí nghiệm. ❖ Để thực hiện đƣợc thí nghiệm kiểm chứng hệ quả (áp suất tăng khi tăng nhiệt độ) thì ta cần phải có một lƣợng khí xác định chứa trong bình kín. Lần lƣợt tăng nhiệt độ → Quan sát sự biến đổi của áp suất. Muốn thực hiện đƣợc điều đó thì ta cần những dụng cụ thí nghiệm sau. Trang 92 ♦ Bình chứa lƣợng khí cần khảo sát có dung tích 1 lít, khí đƣợc thông ra ngoài bằng ống cao su. ♦ Để thay đổi nhiệt độ của khối khí → thì bình chứa khí đƣợc nhúng trong bình nƣớc có dung tích 2 lít, bình đựng nƣớc đƣợc đun nóng bằng bếp ga. ♦ Để xác định nhiệt độ của khối khí → cần có nhiệt kê đƣợc gắn với bình đựng nƣớc. ♦ Áp kế nƣớc có cấu tạo: - Áp kế nƣớc gồm hai nhánh bằng ống thủy tinh nối thông với nhau bằng ống cau su, bên trong hai ống thủy tinh có chứa nƣớc. Hai đầu còn lại có một đầu để hở thông với khí trời (nhánh ∆P), một đầu nhánh bên kia nối thông với bình khí cần khảo sát (nhánh ∆V). Tiết diện mỗi ống là l cm2. - Thƣớc chia độ ở nhánh ∆P có đơn vị Torr (mmHg), thƣớc chia độ ở nhánh ∆V có đơn vị cm3. ♦ Khi thay đổi nhiệt độ của bình đựng nƣớc → khí trong bình bị dãn nở, theo ống cao su đi ra ngoài ống ∆V → đẩy mực nƣớc ở nhánh ∆V đi xuống → thể tích khí trong bình tăng lên mà mục đích thí nghiệm cần giữ thể tích khí trong bình không đổi, vì thế luôn giữ cho mực nƣớc ở nhánh ∆V ở ngang vạch số không. Căn cứ vào độ chênh lệch mực nƣớc ở hai nhánh ∆V và ∆P mà đọc đƣợc giá trị của áp suất tƣơng ứng với nhiệt độ lúc đó. Trang 93 5.2. Thí nghiệm: bố trí thí nghiệm như dự án  Tiến hành đo đạc, đọc số liệu và ghi số liệu vào bảng.  Đo khoảng 4 lần. 5.3- Bảng kết quả thí nghiệm. Lần đo ∆P P(mmHg) ∆t t°c ∆P ∆t Lần 1 0 Po = 850 0 32 Lần 2 4 Po+4 0.5 32.5 8 Lần 3 8.5 Po+8.5 1 33 8.5 Lần 4 13 Po+13 1.5 33.5 8.6 5.4- Xử lí kết quả thí nghiệm. ❖ Hãy tính các tỉ số ΔP Δt sau 4 lần thí nghiệm.  ΔP Δt = const Trang 94 ❖ Nếu ΔP Δt = const thì ∆P ≈ t → làm thế nào để tìm đƣợc hệ thức liên hệ giữa áp suất và thể tích?  ? ❖ Ta có thể đặt: ΔP Δt = B (1) .Trong đó B là hằng số đối với một lƣợng khí xác định ❖ Nếu cho nhiệt độ biến đổi từ 00C → t0c thì = ∆t, khi đó độ biến thiên của áp suất là: ∆P = P - P0 . Trong đó: - P là áp suất ở toC - Po là áp suất ở 0 o C ❖ Hãy thay ∆P và ∆t vào (y4  P - P0 = Bt (2). ❖ Ta có thể biến đổi (2) về dạng. (3) ❖ Ta đặt thì γ là hệ số nhiệt của áp suất và có giá trị γ = 1 273 , giá trị này chung cho các chất khí. ❖ Thay vào (3), ta rút ra đƣợc gì?  P = P0(l + γt). ❖ Vậy với một lƣợng khí xác định, khi thể tích không đổi thì áp suất và nhiệt độ liên hệ với nhau nhƣ thế nào?  Áp suất của một lƣợng khí xác định biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ. Trang 95 6 - Kết luận. Khi thể tích không đổi, áp suất của một lƣợng khí xác định biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ. 7- Vận dụng. ❖ Trƣớc tiên vận dụng kết luận để giải thích tình huống đƣa ra lúc đầu. ♦ Bánh xe bơm căng để lâu ngoài nắng bị nổ là do nguyên nhân nào?  Bánh xe bơm căng để lâu ngoài nắng là do kết quả chuyển động nhiệt của các phân tử tăng lên, gây áp suất lên thành bánh xe mạnh hơn, đến một lúc nào đó áp suất đủ lớn → làm cho bánh xe bị nổ. ❖ Vận dụng kết luận giải thích hiện tƣợng khác để xác định phạm vi hữu hiệu của kết luận. ■ Quả bóng bàn bị bẹp thả vào nƣớc nóng, quả bóng phòng lên nhƣ cũ, có thể dùng kết luận trên giả thích đƣợc không?  Không đƣợc vì ở đây cả ba yếu tố nhiệt độ, áp suất, thể tích đều bị thay đổi. ♦ Vậy kết luận trên chỉ đúng khi nào?  ? ♦ Kết luận trên chỉ đúng khi V = const và chỉ hai yếu tố p và T thay đổi mà thôi. 8- Kiến thức: ❖ Định luật charles: ♦ Khi thể tích không đổi, áp suất của một lƣợng khí biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ. Biểu thức: P = Po (1 + γt) . Trong đó γ = 1 273 là hệ số tăng áp suất. Trang 96 II- Đƣờng đẳng tích.  Đƣờng biểu diễn mối liên hệ của áp suất theo nhiệt độ đƣợc gọi là đƣờng đẳng tích.  Vấn đề : ♦ Đƣờng này có đặc điểm gì? ♦ Làm thế nào để vẽ đƣợc đƣờng ấy?  ?  Từ biểu thức của định luật Charles → hãy dự đoán đƣờng đẳng tích có dạng là đƣờng gì?  Dự đoán là đƣờng thẳng.  Bây giờ ta làm sáng tỏ vấn đề trên. ♦ Lấy trục tung biểu diễn áp suất. ♦ Lấy trục hoành biểu diễn nhiệt độ. ♦ Chọn tỉ lệ xích: + Chọn một ô ứng với 4 mmHg + Chọn một ô cm ứng với 0.5°c ❖ Biểu diễn các số liệu từ thí nghiệm lên đồ thị Trang 97 ❖ Đƣờng biểu diễn mối quan hệ áp suất theo nhiệt độ có đúng nhƣ dự đoán không?  Đúng nhƣ dự đoán, có dạng là đƣờng thẳng. ❖ Khi khối khí đang có thể tích V1, bây giờ ta tăng thể tích khối khí đến V2. Hãy dự đoán đƣờng đẳng tích ứng với thể tích V2 nhƣ thế nào?  Dự đoán V2 nằm trên V1. ❖ Làm thế nào để kiểm tra điều đó?  ? ❖ Dựng đƣờng thẳng song song với trục OP → nhiệt độ nằm trên đƣờng này ❖ Áp suất ở trạng thái 1 và trạng thái 2 nhƣ thế nào?  P2 > P1 ❖ Khi nhiệt độ không đổi mà muốn P2 > P1 thì thì mật độ các phân tử khí ở đó phải nhƣ thế nào?  Mật độ các phân tử phải tăng. ❖ Muốn mật độ tăng thì thể tích khí ở trạng thái đó nhƣ thế nào?  Giảm. ❖ Thể tích khí giảm, điều này mâu thuẫn giả thuyết. Vậy điều dự đoán trên còn đúng nữa không?  Dự đoán trên bị sai. ❖ Từ điều đó ta rút ra đƣợc kết luận gì?  Các đƣờng đẳng tích nằm dƣới ứng với thể tích lớn hơn → nếu tăng thể tích khí đến V2 thì V2 phải nằm dƣới V1. Trang 98 ❖ Từ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ, thấy rằng đƣờng đẳng tích cắt trục hoành tại điểm có -273°c. ❖ Vấn đề: ■ Ở nhiệt độ đó thì chuyển động của các phân tử khí nhƣ thế nào? ■ Có thể hạ nhiệt độ dƣới -273°c đƣợc không?  ? ❖ Khi t = - 273° thì áp suất lúc này nhƣ thế nào?  P = 0. ❖ Khi P = 0 → chuyển động các phân tử lúc này ra sao?  Đứng yên. ❖ Điều này có xảy ra trong thực tế không?  ? ❖ Điều này khó đạt đƣợc vì khi đó các phân tử khí ngừng chuyển động nhiệt hoặc các phân tử khí co về thành một điểm → vô lí. ❖ Có thể hạ nhiệt độ dƣới -273o đƣợc không?  Hiện nay để đạt nhiệt độ dƣới - 273°C chƣa thực hiện đƣợc vì khi đó áp suất âm. Vì khó có thể đạt đƣợc nhiệt độ đó → nhiệt độ -273°c là độ không tuyệt đối. ❖ Vấn đề: ■ Có thể dùng thang đo nhiệt độ celcius để sử dụng trong trƣờng hợp này đƣợc không? ■ Độ không tuyệt đối có đơn vị là gì? và có quan hệ nhƣ thế nào với nhiệt độ celcius?  ? ❖ Cần thang đo mới gọi là nhiệt giai Kenvyl. Trong thang đo này thì: + Mỗi khoảng ứng với 1° giống nhƣ nhiệt giai Celcius. + Thang đo của kenvyl có vạch số không bắt đầu từ - 273°C Trang 99 ❖ Dựa vào hình vẽ, nếu kí hiệu T là nhiệt độ Kenvyl thì mối liên hệ giữa nhiệt độ Kenvyỉ và nhiệt độ Celcius thông qua hệ thức nào?  T = (273+t)°k ❖ Từ T = (273 + t)°k → vấn đề: ■ Mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối đƣợc xác định nhƣ thế nào? ■ Định luật Charles đƣợc phát biểu nhƣ thế nào ứng với nhiệt độ đố? ■ Đƣờng đẳng tích trong tọa độ (P,T) đƣợc vẽ nhƣ thế nào?  ? ❖ Hãy vận dụng : → rút ra mối quan hệ giữa T và P. ❖ Có nhận xét gì về mối liên hệ giữa T và P.  P tỉ lệ thuận với T. ❖ Vậy định luật Charles đƣợc phát biểu dƣới dạng khác nhƣ thế nào? Trang 100  Khi V = const, áp suất của một lƣợng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. ❖ Đƣờng đẳng tích trong tọa độ (P,T) và (V,T) đƣợc vẽ nhƣ thế nào?  Trang 101 KIẾN THỨC BÀI HỌC ❖ Quá trình biến đổi trạng thái của khối khí khi nhiệt độ không đổi gọi là quá trình đẳng tích. ❖ Định luật charles. ♦ Cách phát biểu 1: khi thể tích không đổi áp suất của một lƣợng khí xác định biến thiên theo hàm bậc nhất đối với nhiệt độ. ♦ Biểu thức: P = Po (1 + γt) Trong đó: γ = 1 273 là hệ số tăng áp suất đối với mọi chất khí đều có giá trị không đổi. ♦ Cách phát biểu 2: khi thể tích không đổi, áp suất của một lƣợng khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biểu thức: P T = const ❖ Đƣờng đẳng tích: Đƣờng biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đƣờng đẳng tích. ■ Trong tọa độ (P,t). Trong tọa độ (P,T), (P,V). 2.3.5- Phương trình trạng thái của khí lí tưởng đinh luật Gay- lussac. ❖ Vị trí bài học: đây là bài học ở cuối chƣơng, bài học này có vai trò liên kết hai định luật Boyle-Mariotte và định luật Charles để thiết lập nên phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng. Sau đó từ phƣơng trình này các tác giả sách Trang 102 giáo khoa rút ra định luật Gay-Lussac, xem định luật này nhƣ là hệ quả đƣợc rút ra từ phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng. ❖ Ý kiến chủ quan: Có thể xây dựng bài định luật Gay-Lussac theo con đƣờng nhận thức giống nhƣ hai định luật trƣớc đó. Tuy nhiên, cách làm đó có điểm hạn chế là tốn thời gian. Do vậy, cách trình bày hợp lí nhất là tôn trọng cách xây dựng nhƣ sách giáo khoa vì có những ƣu điểm sau: - Học sinh dễ tiếp cận. - Tiết kiệm đƣợc thời gian. - Rèn luyện cho học sinh đƣợc phƣơng pháp suy luận. ❖ Phƣơng pháp dạy học: ❖ Mục tiêu: ■ Kiến thức: - Phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng. - Định luật Gay-Lussac Nhận dạng đƣợc các đƣờng đẳng tích, đẳng áp trong các hệ tọa độ. ■ Kĩ năng: Rèn luyện cho học sinh kĩ năng vận dụng kiến thức cũ, để nghiên cứu giải quyết vấn đề mới. ❖ Kiểm tra bài cũ. - Phát biểu và viết biểu thức định luật Boyle-Mariotte - vẽ đồ thị đƣờng đẳng tích, đẳng nhiệt trong tọa độ (P,V). - Phát biểu và viết biểu thức định luật Charles. Vẽ đồ thị đƣờng đẳng tích trong hai tọa độ (V,T), (P,T). Trang 103 Bài mới: PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG