XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH LÀO - Full 10 điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH ---------- DON CHANTHAKHUP XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH LÀO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 4 năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả các kết quả được trình bày trong luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của T.S Huỳnh Trọng Dương. Các số liệu và kết quả trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và không có bất cứ sao chép nào từ các công bố của người khác mà không có trích dẫn trong mục tài liệ u tham khảo. LỜI CẢM ƠN Khóa luận này được thức hiện tại khoa Lý – Hóa – Sinh, Trường Đại Học Quả ng Nam dưới sự hướng dẫn của thầy giáo T.S Huỳnh Trọng Dương. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy, người đã định hướng cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứ u và thực hiện khóa luậ n. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Ban Giám Hiệu, Lãnh đạ o khoa Lý – Hóa – Sinh Trường Đại học Quảng Nam, các thầy cô giáo cùng các bạ n sinh viên trong lớp sư phạm Vật lý K12 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợ i cho tôi trong suốt quá trình thực khóa luậ n. Cuối cùng, tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những ngườ i thân trong gia đình: bà ngoại, chị gái và bạn bè thân đã động viên, chia sẻ những khó khă n, thông cảm, hỗ trợ tôi về tinh thần cũng như vật chất trong suốt thờ i gian tôi nghiên cứu và thực hiện khóa luậ n. Xin chân thành cảm ơ n! Quảng Nam, Tháng 04 nă m 2016 Tác giả khóa luận Don chanthakhup DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT THPT Trung học phổ thông SGK Sách giáo khoa DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1 Đồ thị của đường đẳng nhiệt 2 1.2 Đồ thị của dường đẳng tích 3 1.3 Đồ thị của đường đẳng áp 3 MỤC LỤC PHẦN I. MỞ ĐẦU .........................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................2 3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................2 6. Đóng góp của đề tài ...................................................................................................2 7. Cấu trúc của đề tài ....................................................................................................2 PHẦN II. NỘI DUNG ...................................................................................................3 Chương 1: TÓM TẮT LÝ THUYẾT PHẦN NHIỆT HỌC .....................................3 1.1. Nội dung thuyết động học phân tử .......................................................................3 1.2. Định nghĩa áp suất .................................................................................................3 1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................................3 1.2. 2. Đơn vị của áp suất ..............................................................................................3 1.3. Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng.......3 1.3. 1. Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau..............................................................3 1.3.2. Thông số trạng thái và phương trình trạng thái .............................................4 1.3.3. Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt)............................................4 1.3.4. Định luật Charles (Quá trình đẳng tích) ...........................................................4 1.3.5. Định luật Gay – Lussac (Quá trình đẳng áp) ....................................................5 1.3.6. Định luật Dalton ..................................................................................................6 1.3.7. Phương trình trạng thái khí lý tưởng ................................................................6 1.3.8. Phương trình Claypeyron – Mendeleev ............................................................6 1.4. Nhiệt lượng và nội năng ........................................................................................6 1.4.1. Nhiệt lượng ...........................................................................................................6 1.4.2. Nội năng ................................................................................................................6 1.5. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học .........................................................7 1.5.1. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng .................................................7 1.5.2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học .......................................................7 1.5.3. Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý tưởng...........7 1.6. Chu trình ................................................................................................................8 1.7. Quá trình đoạn nhiệt .............................................................................................8 1.8. Động Cơ Nhiệt........................................................................................................8 1.8.1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt ...........................................................8 1.8.2. Cấu tạo của động cơ nhiệt...................................................................................8 1.8.3. Hiệu suất của động cơ nhiệt:\ .............................................................................8 Chương 2: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ ..................................................................................................................................10 2.1. Cách phân loại bài tập vật lý ...............................................................................10 2.1.1. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng ............10 2.1.2. Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật lý thành các dạng ...................................................................................................10 2.2. Các bước chung cho việc giải bài tập vật lý ......................................................11 2.2.1. Tìm hiểu đề bài ..................................................................................................11 2.2.2. Phân tích hiện tượng ........................................................................................11 2.2.3. Xây dựng lập luận .............................................................................................11 2.2.4. Biện luận ............................................................................................................12 2.3. Phương pháp chung để giải bài tập vật lý .........................................................12 2.3.1. Bài tập định tính ...............................................................................................12 2.3.2. Bài tập định lượng .............................................................................................13 Chương 3 : PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH. ............................................................................................................................14 3.1. Bài tập định tính ...................................................................................................14 3.1.1. Dạng 1: Thuyết động học phân tử về chất khí ...............................................14 3.1.2. Dạng 2: Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí ..................................................................................................................................16 3.1.3. Dạng 3: Nội năng của khí lý tưởng ..................................................................17 3.2. Bài tập định lượng. ...............................................................................................19 3.2.1. Các bài toán về quá trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte .................19 3.2.2. Các bài toán về quá trình đẳng tích - Định luật Charles ...............................21 3.2.3.Các bài toán về quá trình đẳng áp - Định luật Gay - Lussac .........................23 3.2.4.Các bài toán về hỗn hợp khí – Định luật Dalton .............................................24 3.2.5. Các bài toán về thông số trạng thái và khối lượng của khối khí -Phương trình trạng thái khí lý tưởng.......................................................................................25 3.2.6. Các bài toán liên quan đến nhiệt lượng, công và độ biến thiên nội năng - Nguyên lý I của nhiệt động lực học ............................................................................28 3.2.7. Các bài toán về động cơ nhiệt...........................................................................31 3.2.8. Bài tập đồ thị .....................................................................................................32 PHẦN III. KẾT LUẬN ...............................................................................................37 PHẦN IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................38 1 PHẦN I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại bùng nổ thông tin như ngày nay thì tri thức khoa học là vô tận. Vì vậy, quá trình dạy học không còn chú trọng dạy tri thức nữa mà chuyển dần sang dạy cách học, rèn luyện cho người học năng lực tự học để họ có thể học tập suốt đời. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, những kiến thức vật lý luôn gắn liền với thực tiễn, là cơ sở cho các ngành khoa học kỹ thuật. Vì vậy, việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý … với thực tiễn khách quan để nắm vững được bản chất của chúng. Muốn là được điều đó đối với học sinh trung học phổ thông thì phải xem bài tập vật lý là một phương tiện quan trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Ngoài ra, nó còn giúp các em làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy cũng như giúp các em hình thành và phát triển năng lực tự học của bản thân. Chỉ có thông qua các bài tập ở hình thức này hay hình thức khác, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn riêng của học sinh. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh phải vận dụng những thao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá .v.v để tự lực tìm hiểu vấn đề… Vì thế, bài tập vật lý còn là phương trình rất tốt để tư duy óc tưởng tượng tính độc lập trong việc suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn. Nhiệt học là một phần có vai trò, vị trí hết sức quan trọng trong chương trình vật lý phổ thông, đây là phần có nhiều ứng dụng trong thực tế, rất gần với thực tế. Vì vậy, việc sử dụng các bài tập, nhất là các bài tập liên quan trực tiếp đến thực tế trong dạy học để phát triển khả năng tư duy, sáng tạo, hình thành năng lực tự học cho học sinh là hết sức cần thiết. Từ những lý do trình bày trên tôi chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống bài tậ p phần nhiệt học theo định hướng phát triển năng lực tự học cho học sinh Lào” để nghiên cứu phục vụ cho khóa luận tốt nghiệp của mình. 2 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng một hệ thống các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập đó một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, nhằm giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu được ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển năng lực tự học cho học sinh. 3. Đối tượng nghiên cứu Các bài tập phần Nhiệt học, Vật lý 10 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Phân loại được các bài tập phần Nhiệt học trong chương trình Vật lý lớp 10. Đề ra phương pháp giải bài tập vật lý nói chung, phương pháp giải các loại bài tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của phần Nhiệt học. 5. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp... 6. Đóng góp của đề tài Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10 nâng cao, làm tài liệu tham khảo cho học sinh. Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về phân loại và giải các bài tập phần Nhiệt học. 7. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, đề tài có ba chương: Chương 1. Tóm tắt lý thuyết phần nhiệt học Chương 2. Cách phân loại và phương pháp chung để giải bài tập vật lý Chương 3. Phân loại và phương pháp giải bài tập phần Nhiệt học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh. 3 PHẦN II. NỘI DUNG Chương 1: TÓM TẮT LÝ THUYẾT PHẦN NHIỆT HỌC 1.1. Nội dung thuyết động học phân tử Các chất có cấu tạo gián đoạn và gồm một số rất lớn các phân tử. Các phân tử lại được cấu tạo từ các nguyên tử. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Cường độ chuyển động biểu hiện nhiệt độ của hệ. Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10-10 cm) so với khoảng cách giữa chúng. Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn. Trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm. Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm đàn hồi của cơ học Newton. Các giả thuyết a, b đúng với mọi chất khí còn các giả thuyết c, d chỉ đúng với chất khí lý tưởng. 1.2. Định nghĩa áp suất 1.2.1. Định nghĩa Lực của các phân tử chất khí tác dụng lên một đơn vị diện tích trên thành bình chính là áp suất của chất khí. S F P   1.2. 2. Đơn vị của áp suất Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m2 hay Pascal, ký hiệu là Pa: 1N/m2 = 1Pa Ngoài ra, áp suất còn đo bằng: Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu là at: 1at = 0,981.105 N/m2 = 736 mmHg và Atmôtphe vật lý, ký hiệu là atm: 1atm = 1,013.105 N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at 1.3. Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng 1.3. 1. Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau - Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng. - Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm. 4 - Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm hoàn toàn đàn hồi. 1.3.2. Thông số trạng thái và phương trình trạng thái - Mỗi tính chất vật lý của hệ được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý được gọi là thông số trạng thái của hệ như: áp suất P, nhiệt độ T, thể tích V. - Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa các thông số P,V,T của một khối lượng khí xác định được gọi là phương trình trạng thái; dạng tổng quát: P = f(V,T) 1.3.3. Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) Định luật: Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi (T=const), tích số giữa thể tích và áp suất là một hằng số. PV = hằng số  P  V 1 Hệ thức: P 1 V1 = P2 V 2 Đường đẳng nhiệt: Trong hệ tọa độ OPV, các đường đẳng nhiệt là các đường hyperbol biểu diễn mối liên hệ giữa P và V. Tập hợp các đường đẳng nhiệt được gọi là họ các đường đẳng nhiệt. Hình 1.1. Đồ thị của đường đẳng nhiệt 1.3.4. Định luật Charles (Quá trình đẳng tích) Định luật: Trong quá trình đẳng tích một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. T P = hằng số  P  V Hệ thức: 2 2 1 1 T P T P  Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: P t = P0 (1+  t) Trong đó: Pt : Áp suất ở t 0 C ; P0 : Áp suất ở 0 0 C P V 0 T 1 T 2 5  = 273 1 : hằng số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí. Đường đẳng tích: Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đường đẳng tích Hình 1.2. Đồ thị của đường đẳng tích 1.3.5. Định luật Gay – Lussac (Quá trình đẳng áp) Định luật Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.  T V hằng số  V  T Hệ thức: 2 2 1 1 T V T V  Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius: V t = V0 (1+  t) trong đó: Vt : Thể tích khí ở t 0 C ; V0 : Thể tích khí ở 00 C  = 273 1 : hằng số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí. Đường đẳng áp: Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. Hình 1.3. Đồ thị của đường đẳng áp P V 0 V 2 V 1 V1 < V 2 V T 0 P 2 P 1 P 1 < P 2 6 1.3.6. Định luật Dalton Định luật: Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành phần tạo nên hỗn hợp. Hệ thức: P = P1 + P2 +…..+ Pn 1.3.7. Phương trình trạng thái khí lý tưởng Từ hai định luật Boyle – Mariotte và Charles ta xác định được phương trình trạng thái khí lý tưởng: 2 2 2 1 1 1 T V P T VP    T PV Hằng số 1.3.8. Phương trình Claypeyron – Mendeleev VP. = RT m  Trong đó R= 8,31.103 (J/kgmol.k): Hằng số khí lí tưởng m : khối lượng chất khí;  : khối lượng 1 mol khí;  m : số mol khí 1.4. Nhiệt lượng và nội năng 1.4.1. Nhiệt lượng Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt được gọi là nhiệt lượng Q = mc(t 2  t 1)=mc t + m: khối lượng của vật (kg); + c: nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật(J/kg.K); + t = t 2  t 1: độ biến thiên nhiệt độ (0 C) + Q > 0: nhiệt lượng thu vào; Q < 0: nhiệt lượng tỏa ra Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q2 = 0 1.4.2. Nội năng Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó. 7 Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổii thì động năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi nên sẽ làm cho nội năng của hệ thay đổi. Có hai cách làm biến đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt. 1.5. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. 1.5.1. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn. 1.5.2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công mà hệ thực hiện lên các hệ khác. + Biểu thức:  U = Q + A + Trong đó: Q > 0 : Vật nhận nhiệt từ vật khác; Q < 0 : Vật truyền nhiệt cho các vật khác A > 0 : Vật nhận công ; A < 0 : Vật sinh công ( thực hiện công) U = U2 – U1 : Độ biến thiên nội năng của vật (J). U > 0 : Nội năng của vật tăng; U < 0 : Nội năng của vật giảm 1.5.3. Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý tưởng 1.5.3.1. Nội năng và công của khí lý tưởng Do bỏ qua tương tác giữa các phân tử khí lý tưởng (trừ lúc va chạm) nên nội năng của khí lý tưởng chỉ bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí. + Biểu thức tính công của khí lý tưởng khi giãn nở: A = p (V2 – V1) = P  V (với P = Const) + Nếu: V > 0, khí sinh công; V < 0, khí nhận công. 1.5.3.2. Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho các quá trình của khí lý tưởng - Quá trình đẳng tích: Trong quá trình này, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng làm tăng nội năng của khí: Q = U 8 - Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào được dùng làm tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí thực hiện: Q = U + A - Quá trình đẳng nhiệt: Toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết thành công mà khí sinh ra: Q = A 1.6. Chu trình Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái đầu. Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu trình chuyển hết thành công của chu trình đó. + Biểu thức: Q = A + Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Công trong toàn bộ chu trình. + Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận được trong chu trình (Q 1 là nhiệt lượng nhân vào, Q2 là nhiệt lượng tỏa ra). 1.7. Quá trình đoạn nhiệt Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ (A > 0) thì phải có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ (A < 0) thì phải có sự tăng nội năng của hệ. Biểu thức: A = - U 1.8. Động Cơ Nhiệt Động cơ nhiệt là thiết bị biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng 1.8.1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt Động cơ nhiệt hoạt động được là nhờ lập đi lập lại các chu trình giãn và nén khí. 1.8.2. Cấu tạo của động cơ nhiệt Gồm 3 phần chính: + Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao. + Bộ phận phát động trong đó tác nhân giãn nở sinh công. + Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng của tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ. 1.8.3. Hiệu suất của động cơ nhiệt:\ Hiệu suất thực tế: 1 Q A 1 Q 2 Q 1 Q H    < 1 9 Hiệu suất lý tưởng: H = 1 T 2 T 1 1 T 2 T 1 T    < 1 NguồnNóng T 1 Q Nguồn Lạnh T 2 Tác nhân phát động A = Q 1 – Q 2 Q 2 Q 1 10 Chương 2: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 2.1. Cách phân loại bài tập vật lý Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh. 2.1.1. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng 2.1.1. 1.Bài tập định tính Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ cần làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định. Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những quy luật của chúng, áp dụng được tri thức lý thuyết vào thực tiễn. 2.1.1. 2.Bài tập định lượng Bài tập định lượng là những bài tập mà khi giải phải thực hiện một loạt các phép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được giá trị của một số đại lượng vật lý. 2.1.1. 3.Bài tập thí nghiệm: (không nghiên cứu) Bài tâp thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hay tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập. 2.1.1.4. Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị là những bài tập mà trong đó các số liệu được sử dụng làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, yêu cầu phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị. 2.1.2. Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật lý thành các dạng 2.1.2.1. Bài tập cơ bản, áp dụng Là những bài tập cơ bản, đơn giản đề cập đến một hiện tượng, một định luật vật lý hay sử dụng vài phép tính đơn giản giúp học sinh cũng cố kiến thức vừa học, hiểu ý nghĩa các định luật và nắm vững các công thức, các đơn vị vật lý để giải các bài tập phức tạp hơn. 11 2.1.2.2. Bài tập tổng hợp và nâng cao Là những bài tập khi giải cần phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử dụng kết hợp nhiều công thức. Loại bài tập này có tác dụng giúp cho học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các phần của chương trình vật lý và biết phân tích những hiện tượng phức tạp trong thực tế thành những phần đơn giản theo một định luật vật lý xác định. Loại bài tập này cũng nhằm mục đích giúp học sinh hiểu rỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới dạng công thức. 2.2. Các bước chung cho việc giải bài tập vật lý Dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý gồm các bước chính sau: 2.2.1. Tìm hiểu đề bài Đọc kỉ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt những dữ kiện đã cho và những ẩn số cần tìm. Tóm tắt đề bài hay vẽ hình diễn đạt các điều kiện của đề bài. 2.2.2. Phân tích hiện tượng Tìm xem các dữ kiện đã cho có liên quan đến những khái niệm,hiện tượng, quy tắc, định luật vật lý nào. Hình dung các hiện tượng diễn ra như thế nào và bị chi phối bởi những định luật nào nhằm hiểu rỏ dược bản chất của hiện tượng để có cơ sở áp dụng các công thức chính xác, tránh mò mẫm và áp dụng máy móc các công thức. 2.2.3. Xây dựng lập luận Xây dựng lập luận là tìm mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện đã cho. Đây là bước quan trọng của quá trình giải bài tập. Cần phải vận dụng những định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối quan hệ nêu trên. Có thể đi theo hai hướng để đưa đến kết quả cuối cùng: - Xuất phát từ ẩn số, đi tìm mối quan hệ giữa một ẩn số với một đại lượng nào đó bằng một định luật, một công thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi công thức đó theo các dữ kiện đã cho để dẫn đến công thức cuối cùng chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho. - Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lượng khác để đi đến công thức cuối cùng chỉ chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. 12 2.2.4. Biện luận Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện của đề bài và không phù hợp với thực tế. Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết quả tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết quả không. 2.3. Phương pháp chung để giải bài tập vật lý 2.3.1. Bài tập định tính Để giải bài tập vật lý định tính trước hết cần hiểu rõ bản chất của các khái niệm, các định luật vật lý; nhận biết được biểu hiện của chúng trong các trường hợp cụ thể. Dựa trên cơ sở các định luật vật lý để xây dựng những suy luận logic từng bước một và đi đến kết luận cuối cùng. Bài tập định tính thường có hai dạng: giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra. 1. Tìm hiểu đề bài: Thực hiện giống ở dàn bài chung, cần lưu ý chuyển các ngôn ngữ thông thường dùng miêu tả hiện tượng sang ngôn ngữ vật lý. 2. Phân tích hiện tượng: Sau khi đã chuyển các ngôn ngữ thông thường sang ngôn ngữ vật lý, ta tìm hiểu xem các dữ kiện của đề bài đề cập đến hiện tượng vật lý nào, hình dung toàn bộ diễn biến của hiện tượng. Tiếp theo cần tìm xem các giai đoạn diễn biến của hiện tượng có liên quan đến những khái niệm, những định luật vật lý nào để dựa vào đó xây dựng lập luận. 3. Xây dựng lập luận: Vận dụng các định luật, quy tắc vật lý (đã xác định ở khâu phân tích hiện tượng) để thiết lập mối quan hệ giữa hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện cụ thể đã cho . - Đối với bài tập giải thích hiện tượng: Dạng bài tập này đã cho biết hiện tượng và yêu cầu giải thích nguyên nhân diễn ra hiện tượng ấy. Nguyên nhân chính là những đặc tính, những định luật vật lý. Do đó ta cần: + Tìm xem đề bài đã đề cập đến những dấu hiệu có liên quan đến tính chất, định luật vật lý nào. Phát biểu đầy đủ tính chất, định luật đó. + Thiết lập mối quan hệ giữa định luật với hiện tượng đã cho (nghĩa là giải thích được nguyên nhân của hiện tượng). 13 - Đối với bài tập dự đoán hiện tượng: Dạng bài tập này yêu cầu phải dựa vào những điều kiện cụ thể đã cho ở đề, tìm những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng sẽ diễn ra cũng như quá trình diễn ra hiện tượng đó. 4. Biện luận: Phân tích xem hiên tượng được giải thích (hay dự đoán) như thế đã phù hợp với các yêu cầu và các dữ kiện của đề bài cũng như đã phù hợp với thực tế hay chưa. Kiểm tra lại toàn bộ quá trình giải bài tập và nêu kết quả cuối cùng. 2.3.2. Bài tập định lượng Muốn giải được một bài tập định lượng trước hết cần phải biết đề bài đề cập đến hiện tượng gì và toàn bộ quá trình diễn ra hiện tượng ấy. Vì vậy, phần đầu của một bài toán định lượng gần như là một bài tập định tính. Trong quá trình giải quyết một bài tập định lượng, bước tìm hiểu đề bài và bước phân tích hiện tượng được thực hiện giống như ở bài tập định tính. Trong bước xây dựng lập luận thì áp dụng các công thức và các cách biến đổi toán học chặt chẽ, rõ ràng. Ở bước này có thể sử dụng phương pháp phân tích hay phương pháp tổng hợp (ở dàn bài chung đã đề cập đến), hay cũng có thể phối hợp sử dụng cả hai phương pháp trên. Trong bước biện luận, kiểm tra lại lời giải, các biểu thức và kết quả tính toán, đơn vị để được kết quả cuối cùng. Khi giải bài tập định lượng cần lưu ý một số điểm: - Những bài tập có thể biểu diễn tình huống vật lý bằng hình vẽ thì nên vẽ hình để biếu diễn. - Chuyển tất cả các đơn vị đo về cùng một hệ thống đo lường. - Khi tính toán bằng số thì cần chú ý đến độ chính xác của các đại lượng và ý nghĩa của nó. 14 Chương 3 : PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH. 3.1. Bài tập định tính 3.1.1. Dạng 1: Thuyết động học phân tử về chất khí 3.1.1.1.Bài tập mẫu Bài 1. Dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Boyle – Mariotte (B –M) Hướng dẫn Đề bài yêu cầu giải thích định luật B - M một cách định tính dựa trên cơ sở của thuyết động học phân tử. Vì định luật B - M được thành lập trên cơ sở tính toán định lượng theo thuyết động học phân tử của khí lý tưởng nên yêu cầu trước tiên là phải phát biểu lại định luật B - M và nắm được nội dung của thuyết động học phân tử về khí lý tưởng. Nguyên nhân gây ra áp suất chất khí là do sự va chạm của các phân tử khí lên thành bình. Độ lớn áp suất phụ thuộc vào số va chạm và cường độ va chạm. Theo thuyết động học phân tử thì: - Số va chạm phụ thuộc vào: + Mật độ phân tử khí n : Mật độ phân tử càng lớn thì số va chạm càng lớn và ngược lại. + Nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ càng cao (hay thấp) thì các phân tử chuyển động càng nhanh (hay chậm) dẫn đến số va chạm càng tăng (hay giảm). - Cường độ va chạm phụ thuộc vào nhiệt độ chất khí: Nhiệt độ càng cao, các phân tử chuyển động càng nhanh nên va chạm càng mạnh và ngược lại. Khi nhiệt độ chất khí không đổi (trong trường hợp định luật B-M) thì cường độ va chạm của các phân tử trên mỗi đơn vị diện tích trên thành bình không đổi.. Khi áp suất tăng tức là số va chạm của các phân tử lên mỗi đơn vị diện tích trên thành bình tăng. Muốn vậy thì mật độ phân tử khí phải tăng. Tacó: n = V N ; đối với một khối khí xác định, khối lượng m không đổi nên tổng số phân tử N không đổi. Do đó, để mật độ phân tử khí n tăng thì thể tích V phải giảm. Chứng tỏ, khi T = const thì PV = const; nghĩa là khi nhiệt độ chất khí không đổi, nếu áp suất tăng thì thể tích giảm và ngược lại. 15 Bài 2 . Vì sao khi pha nước chanh người ta thường làm cho đường tan trước rồi mới cho đá lạnh vào? Hướng dẫn Đây là dạng bài tập giải thích hiện tượng, đề bài đề cập đến đá lạnh và sự hòa tan tức là có liên quan đến nhiệt độ và chuyển động nhiệt của phân tử. Do đó cần dựa vào thuyết động học phân tử để giải thích. Theo thuyết động học phân tử thì cường độ chuyển động của các phân tử biểu hiện nhiệt độ của hệ. Khi nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh và ngược lại. Nhiệt độ trong ly nước khi chưa cho đá lạnh vào cao hơn nhiệt độ lúc có đá nên các phân tử chuyển động nhiệt nhanh hơn, số va chạm giữa các phân tử tăng lên làm