Trạng Thái Và Quá Trình Biến Đổi Trạng Thái

GV: Thu bài kiểm tra và yêu cầu HS trả lời trước lớp.

▼HS: - Lượng khí trong xilanh không thay đổi trong quá trình thí nghiệm.

- Lực tác dụng của phân tử khí khi va chạm vào thành bình gây ra áp suất chất khí.

- Có lực tác dụng lên pittông là do áp suất khí trong xilanh bị thay đổi.

- …

GV: + Nhận xét.

+ Khái quát lại:

- Lượng khí trong xilanh không thay đổi trong quá trình thực hiện thí

nghiệm.

- Việc thực hiện thao tác thí nghiệm thật chậm sẽ đảm bảo cho nhiệt

độ của lượng khí trong xilanh không đổi trong cả quá trình.

- Lực tác dụng của các phân tử khí lên thành bình gây ra áp suất chất khí. Lực này phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nhiệt và mật độ của các phân tử khí. Với một lượng khí xác định, trong điều kiện nhiệt độ không đổi, áp suất chất khí chỉ phụ thuộc vào mật độ phân tử khí (thể tích chất khí).

- Lúc đầu áp suất chất khí (CK) trong xilanh cân bằng với áp suất khí quyển (KQ). Khi pittông bị đẩy vào, mật độ phân tử khí trong xilanh tăng làm áp suất CK trong tăng lên lớn hơn áp suất KQ nên pittông có xu hướng bị đẩy ra. Khi pittông bị kéo ra, mật độ phân tử khí trong xi lanh giảm làm áp suất CK trong xilanh giảm nên có xu hướng bị kéo vào trong (thực chất là bị đẩy vào).

GV: Trong khi thực hiện thí nghiệm trên chúng ta đã cố gắng đảm bảo sao cho nhiệt độ của khí trong xilanh không đổi. Người ta gọi quá trình biến đổi của một lượng khí như trên là quá trình đẳng nhiệt. Vậy quá trình đẳng nhiệt là gì? Trong quá trình đẳng nhiệt các đại lượng đặc trưng cho một trạng thái của một lượng khí biến đổi như thế nào?

* Bài mới:

GV: Ghi đầu bài mới.

QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ - MA-RI-ỐT

I - Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái

GV: Thông báo cho HS các đại lượng đặc trưng cho trạng thái của một lượng khí xác định gồm có nhiệt độ T, áp suất p và thể tích V.

GV: Yêu cầu HS cho biết khái niệm về nhiệt độ tuyệt đối?

▼ HS: Nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ được tính theo nhiệt giai Kenvin.

GV: Nhận xét và khẳng định lại T(K) = 273 + t(0C)

GV: Thông báo cho HS về khái niệm trạng thái và đẳng quá trình.

II – Quá trình đẳng nhiệt

1. Định nghĩa quá trình đẳng nhiệt

GV: Từ định nghĩa về đẳng quá trình, yêu cầu HS nêu định nghĩa quá trình đẳng nhiệt?

▼ HS: Nêu định nghĩa.

GV: Nhắc lại định nghĩa.

2. Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

GV: Từ hiện tượng trong thí nghiệm mở đầu em hãy cho biết trong quá trình đẳng nhiệt áp suất p và thể tích V của lượng khí liên hệ với nhau như thế nào?

▼ HS: V tăng thì p giảm, V giảm thì p tăng.

GV: Liệu mối liên hệ giữa p và V có được thể hiện bằng hệ thức toán học nào không?

▼ HS: + Thảo luận nhóm.

+ Đưa ra giả thuyết p ~ 1/V .

GV: Làm cách nào để kiểm tra và khẳng định giả thuyết của em là đúng?

▼ HS: Để kiểm tra giả thuyết phải xác định được giá trị của p, V.

GV: Cần có những dụng cụ gì, bố trí và tiến hành thí nghiệm như thế nào để xác định được giá trị của p và V?

▼ HS:…

GV: Gợi ý bằng cách yêu cầu HS trả lời các câu hỏi: Trong thí nghiệm mở đầu:

Chúng ta đã sử dụng những dụng cụ nào?

Ta thay đổi áp suất của khí trong xilanh bằng cách nào?

Ta giữ cho nhiệt độ không đổi trong quá trình thí nghiệm bằng cách nào? Muốn xác định được giá trị của V và p cần có thêm dụng cụ gì?

▼HS: + Thảo luận nhóm.

+ Trả lời: Dụng cụ đã sử dụng là xilanh y tế đã tháo bỏ kim tiêm. Ta thay đổi áp suất chất khí bằng cách thay đổi thể tích của nó. Giữ cho nhiệt độ không đổi bằng cách thao tác thật chậm. Muốn xác định được giá trị của áp suất và thể tích cần gắn lên pittông thiết bị đo áp suất p, gắn lên xilanh thước để đo thể tích V.

GV: + Nhận xét.

+ Giới thiệu bộ thí nghiệm Hình 29.2 SGK.

Thí nghiệm GV: + Giới thiệu cấu tạo, công dụng của các bộ phận trong bộ 9" class="lazyload">

a> Thí nghiệm

GV: + Giới thiệu cấu tạo, công dụng của các bộ phận trong bộ thí nghiệm:

Xilanh có gắn thước đo thể tích (1), pittông (2) dùng để thay đổi thể tích khí trong xilanh, áp kế (3) cho biết sự thay đổi áp suất chất khí trong xilanh, giá đỡ, nút cao su để cố định lượng khí trong xilanh.

+ Nêu cách bố trí thí nghiệm (hình

2.4) Hình 2.4

GV: Tương tự như thí nghiệm với xilanh y tế em hãy mô tả các bước thí nghiệm đối với bộ thí nghiệm này?

▼HS: + Thảo luận nhóm.

+ Mô tả các bước thí nghiệm:

Bỏ nút cao su ra, kéo pittông lên phía trên để hút khí vào xilanh, chờ một lúc cho lượng khí trong xilanh ổn định rồi nút chặt nút cao su vào, ghi giá trị của p1 và V1 khi đó.

Từ từ kéo pittông lên và đẩy pittông xuống, ứng với mỗi giá trị nào đó của

V thì đọc và ghi lại giá trị của p, từ đó có được p2 , V2 và p3 , V3.

GV: Nhận xét và khẳng định sự đúng đắn của các bước thí nghiệm mà HS đã nêu.

GV: Thực hiện thí nghiệm theo các bước đã nêu và yêu cầu một HS đọc số liệu cho HS dưới lớp ghi lại.

▼ HS: Quan sát GV thực hiện thí nghiệm và ghi lại kết quả thí nghiệm.

GV: Ghi lại kết quả thí nghiệm lên bảng kết quả thí nghiệm 1.

Bảng kết quả thí nghiệm 1:

Thể tích V(cm3)

Áp suất p (105 Pa)	pV

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 80 trang tài liệu này.

GV: + Yêu cầu HS xử lí số liệu thu được (gợi ý: nếu p ~ 1

thì pV = const).

+ Từ đó yêu cầu HS cho biết mối liên hệ cụ thể giữa p và V.

▼ HS:+ Tính tích pV và cho biết p1V1 p2V2 p3V3

+ Khẳng định lại nếu coi gần đúng thì pV = hằng số, từ đó suy ra giả thuyết p ~ 1/V là đúng.

GV: Thông báo cho HS rằng từ nhiều thí nghiệm khác cho quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định hai nhà bác học Bôi-lơ và Ma-ri-ốt cũng thu được kết quả như trên và rút ra một định luật mà sau này được đặt tên là Bôi-lơ - Ma-ri-ốt.

b> Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

GV:+ Yêu cầu HS phát biểu định luật theo ý hiểu.

+ Yêu cầu HS viết biểu thức định luật cho lượng khí nhất định ở trạng thái 1 có các thông số trạng thái V1, p1, T1 và trạng thái 2 có các thông số trạng thái V2, p2, T2 (T1 = T2).

▼ HS:+ Phát biểu nội dung định luật.

+ Viết biểu thức: p1V1 = p2V2

GV: + Nhận xét và phát biểu lại định luật.

+ Thông báo: Hằng số trong hệ thức của định luật phụ thuộc vào khối lượng khí và nhiệt độ của nó.

3. Đường đẳng nhiệt

GV: Thông báo cho HS khái niệm đường đẳng nhiệt.

GV:+ Từ số liệu thu được trong thí nghiệm xây dựng định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt yêu cầu HS vẽ đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p,V) trên giấy ô li đã chuẩn bị (gợi ý cho học sinh vẽ theo tỉ lệ xích: 1 cm ứng với 10 cm3 và 1 cm ứng với 0,2 x 105 Pa).

+ Yêu cầu học sinh nhận xét về dạng của đường đẳng nhiệt vẽ được.

▼ HS: Vẽ hình và cho biết hình vẽ thu được là một đường cong.

GV:+ Cho biết đoạn đường cong mà học sinh vừa vẽ được là đường hypebol.

+ Cho biết với tích pV phụ thuộc vào khối lượng và nhiệt độ của khí đang xét; với cùng một lượng khí thì tích pV phụ thuộc vào nhiệt độ.

GV: Yêu cầu HS giải thích tại sao đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn đường đẳng nhiệt ở dưới (hình 2.5).

▼ HS: Dựa vào kiến thức ở lớp 8 để giải thích (ở cùng áp suất p, T2 > T1 thì V2 >

V1) p

GV: + Nhận xét.

+ Giải thích lại: Kẻ một đường thẳng song với trục hoành OV, cắt các đường

hypebol ứng với T1 và T2 lần lượt tại hai T2

điểm có hoành độ V ,V

. Ở cùng một áp

1 2 O V

suất, chất khí có V2 > V1 thì T2 > T1. Hình 2.5

Củng cố, vận dụng:

GV: Tóm tắt lại nội dung cần ghi nhớ trong bài.

GV: Yêu cầu HS làm bài tập 6 và bài tập 9 (SGK – trang 159)?

Bài 6: Trong các hệ thức sau đây, hệ thức nào không phù hợp với định luật Bôi- lơ - Ma-ri-ốt?

A. p ~ 1/V B. V ~ 1/p C. V ~ p D. p1V1 = p2V2

Bài 9: Một quả bóng có dung tích 2,5 lít. Người ta bơm không khí ở áp suất 105 Pa vào bóng. Mỗi lần bơm được 125 cm3 không khí. Tính áp suất của không khí trong quả bóng sau 45 lần bơm. Coi quả bóng trước khi bơm không có không khí và trong khi bơm nhiệt độ của không khí không thay đổi.

GV: Gợi ý cho HS giải bài tâp 9 (SGK – trang 159) là muốn giải được bài cần trả lời được các câu hỏi sau:

+ Sau 45 lần bơm thì có bao nhiêu lít khí ở áp suất 105 Pa được bơm vào quả

bóng?

+ Quá trình biến đổi trạng thái của lượng khí trên là quá trình gì?

+ Có thể áp dụng hệ thức nào để tìm được áp suất khí trong quả bóng sau khi bơm?

▼ HS: + Trao đổi, thảo luận nhóm để giải bài tập.

+ Đại diện của một nhóm lên trả lời, nhóm khác nhận xét và bổ sung: GV: Nhận xét kết quả.

Đáp án: Bài 6: C

Bài 7: p1 = 105 Pa , V1 = 45x125 cm3 , V2 = 2,5 lít = 2500 cm3 p1V1 = p2V2 => p2 = p1V1/ V2 => p2 = 2,25x105 Pa

*Nhận xét giờ học và giao bài tập về nhà:

GV: Nhận xét thái độ học tập, tinh thần tích cực xây dựng bài của HS.

GV: + Yêu cầu HS làm các bài tập 5, 7,8 SGK (trang 159) và 29.1 đến 29.8 SBT.

+ Yêu cầu học sinh học bài, ôn lại kiến thức về áp suất và nhiệt độ tuyệt đối, chuẩn bị một tờ giấy ô li kích thước 15x15 cm2 cho tiết học tới.

E. Nội dung trình bày bảng (Xin xem thêm phụ lục)

2.2.3. Tiến trình xây dựng kiến thức tiết thứ hai

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH. ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ

A - Mục tiêu

1. Kiến thức cần xây dựng

+ Định nghĩa quá trình đẳng tích: “Quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi là quá trình đẳng tích.”

+ Nội dung định luật Sác-lơ: “Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.”

p ~ T hay

p = hằng số

+ Định nghĩa 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”.

+ Dạng đường đẳng tích trong hệ tọa độ (p, T): đường thẳng mà nếu kéo dài sẽ đi qua gốc tọa độ.

2. Mục tiêu trong quá trình học

+ HS đề xuất được phương án thí nghiệm nhằm xây dựng mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ T trong quá trình đẳng tích.

+ HS tham gia xử lí được số liệu thu được từ thí nghiệm.

+ HS suy ra được dạng của đường đẳng tích từ nội dung định luật Sác-lơ.

3. Mục tiêu kết quả học

+ HS phân biệt được quá trình đẳng tích với quá trình đẳng nhiệt.

+ HS phát biểu được nội dung và hệ thức của định luật Sác-lơ.

+ HS nhận biết được dạng đường đẳng tích trong hệ tọa độ (p, T).

+ HS vận dụng được định luật Sác-lơ để giải bài tập và giải thích hiện tượng có liên quan.

B. Chuẩn bị

1. Giáo viên

+ Dụng cụ để làm thí nghiệm vẽ ở Hình 30.2 SGK.

+ Vẽ trên giấy khổ lớn “bảng kết quả thí nghiệm 2”.

2. Học sinh

+ Giấy kẻ ô li 15x15 cm2, giấy kiểm tra.

+ Ôn lại: nhiệt độ tuyệt đối và nguyên nhân gây ra áp suất chất khí.

C. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật Sác-lơ”

- Trong quá trình biến đổi trạng thái với thể tích không đổi, áp suất của một lượng khí tăng theo nhiệt độ.

- Quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí trong đó thể tích không đổi gọi là quá trình đẳng tích.

Trong quá trình đẳng tích, mối liên hệ giữa

áp suất chất khí và thể tích của nó có được thể hiện bằng hệ thức toán học nào không?

Xét thí nghiệm như hình vẽ:

- Dự đoán mối liên hệ giữa p và T.

- Tiến hành thí nghiệm, xử lí số liệu và đối chiếu kết quả thí nghiệm với dự đoán. Từ đó rút ra kết luận.

Dự đoán: T p = hằng số Kết quả thí nghiệm: p 1  p 2  18" class="lazyload"> p = 18" class="lazyload">

Dự đoán:

p = hằng số

Kết quả thí nghiệm:

p1 p2 p3 T1 T2T3

=>p = hằng số

Kết luận: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ

thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

p = hằng số

D. Tiến trình hoạt động dạy học

*Kiểm tra bài cũ:

GV: + Yêu cầu một HS lên bảng làm bài tập 29.8 SBT:

Bài tập 29.8: Tính khối lượng khí ôxi đựng trong một bình thể tích 10 lít dưới áp suất 150 atm ở nhiệt độ 00C. Biết ở điều kiện tiêu chuẩn khối lượng riêng của ôxi là 1,43 Kg/m3.

+ Yêu cầu một HS lên trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Quá trình nào sau đây là đẳng quá trình?

A. Đun nóng khí trong một bình đậy kín.

B. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng bóng.

B. Đun nóng khí trong một xilanh, khí nở ra đẩy pittông chuyển động.

C. Cả 3 quá trình trên đều không phải là đẳng quá trình.

Câu 2: Một xilanh thể tích V chứa khí ở áp suất p. Pittông nén khí trong xilanh xuống còn thể tích V/3. Tính áp suất của khí trong xilanh lúc này, coi nhiệt độ như không đổi.

▼HS: Hai HS lên bảng trả lời, số còn lại theo dõi và nhận xét bài làm và câu trả lời của bạn.

GV: Nhận xét và cho điểm

(Đáp án: + Câu 1: A ; Câu 2: 3p

+ Bài 29.8 SBT: Khí đựng trong bình có p1 = 150 atm, V1 = 10 lít = 0,01 m3; ở điều kiện tiêu chuẩn lượng khí này có p2 = 1 atm, V2 , khối lượng riêng D = 1,43 Kg/m3

p1V1 = p2V2 => V2 = p1V1/p2 = 1,5 m3 => m = V2 D = 2,145 Kg )

*Đặt vấn đề

GV: Ta đã biết rằng đối với một lượng khí nhất định, giữ cho nhiệt độ không đổi thì áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. Nếu bằng cách nào đó ta giữ cho thể tích của lượng khí không đổi và làm thay đổi nhiệt độ thì áp suất của nó sẽ thay đổi như thế nào?

▼HS: …

GV: Mô tả thí nghiệm được vẽ trong hình 30.1 SGK: Lấy một xilanh y tế cỡ lớn đã tháo bỏ kim tiêm. Kéo pittông ra sau để hút một lượng khí vào xilanh, chờ cho lượng khí ổn định rồi nút đầu xilanh lại. Úp ngược xilanh vào cốc nước nóng và lấy ngón tay giữ ở phía trên pittông để cố định vị trí của nó trong xilanh. Sau một thời gian người ta thấy ngón tay chịu một lực đẩy từ pittông, để pittông không thay đổi vị trí thì ngón tay phải tác dụng lên pittông một lực (hình 30.1 SGK mô tả lực này bằng trọng lực của một quả cân).

GV: Việc phải tác dụng lên pittông một lực để giữ cho thể tích khí trong xilanh không thay đổi sau khi làm nóng khí cho biết điều gì về sự biến đổi áp suất chất khí trong xilanh theo nhiệt độ trong điều kiện thể tích không đổi?

▼HS: Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi, áp suất của nó tăng khi nhiệt độ tăng.

GV: Tại sao khi thể tích của một lượng khí không đổi, áp suất của nó lại tăng theo nhiệt độ?

▼HS: + Thảo luận nhóm.

+ Trả lời: Nguyên nhân gây ra áp suất chất khí là lực tác dụng của các phân tử khí lên thành bình. Lực này phụ thuộc vào mật độ phân tử khí và tốc độ chuyển động nhiệt của nó. Khi thể tích của một lượng khí xác định không đổi, lực này chỉ còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nhiệt của phân tử khí. Nhiệt độ tăng, lực này tăng lên làm cho áp suất chất khí tăng theo.

GV: Nhận xét.

GV: Khi thể tích của một lượng khí nhất định không đổi, nhiệt độ tăng thì áp suất của nó tăng nhưng cụ thể là tăng như thế nào? Để có câu trả lời chúng ta cùng nghiên cứu bài học hôm nay.

* Bài mới:

GV: Viết đầu bài mới

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH. ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ

I – Quá trình đẳng tích

GV: Từ khái niệm về đẳng quá trình yêu cầu HS nêu định nghĩa quá trình đẳng tích?

▼HS: Quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi là quá trình đẳng tích.

GV: Nhận xét và nhắc lại định nghĩa quá trình đẳng tích.

II - Định luật Sác-lơ

GV: Trong quá trình đẳng tích, mối liên hệ giữa áp suất chất khí và thể tích của nó có được thể hiện bằng hệ thức toán học nào không?

▼HS: Dự đoán: p tăng tỉ lệ thuận với T.

GV: Làm thế nào để kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán trên?

▼HS: Cần phải xác định được giá trị của T và p tương ứng trong quá trình thay đổi T, giữ nguyên V.

GV: Để đo được T và p tương ứng trong điều kiện V không đổi ta cần có những dụng cụ gì, bố trí dụng cụ ra sao, tiến hành thí nghiệm thế nào?

▼HS: + Thảo luận.

+ Trả lời: Có thể dùng bộ thí nghiệm sử dụng trong bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt”; giữ cho thể tích không đổi bằng cách cố định vị trí của pittông trong xilanh; cần có thêm dụng cụ làm thay đổi nhiệt độ của khí trong xilanh và một nhiệt kế đo nhiệt độ.

GV: Gợi ý có thể thay đổi T bằng cách ngâm xilanh vào nước và thay đổi nhiệt độ của nước bằng cách đun nóng nước.

1. Thí nghiệm

GV: Giới thiệu bộ dụng cụ thí nghiệm đã sử dụng trong bài “Quá trình đẳng nhiệt.

Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt”.

GV: Yêu cầu HS nhắc lại công dụng của từng bộ phận?

▼HS: Thảo luận và trả lời.

GV: Giới thiệu các dụng cụ cần bổ sung: Nhiệt kế đo nhiệt độ, bình đun nước bằng điện có chứa một ít nước, vài cục nước đá.

GV:+ Nêu cách bố trí thí nghiệm (hình 2.6)

+ Mô tả các bước làm thí nghiệm:

- Kéo pittông lên để hút một lượng khí vào xilanh, dùng ốc vít cố định vị trí của pittông, để một lúc rồi nút chặt xilanh lại. Đọc, ghi lại số chỉ của áp kế và số chỉ của nhiệt kế khi đó.

- Ngâm xilanh và nhiệt kế vào bình nước bên trong có các cục nước đá, chờ một lúc rồi ghi lại số chỉ của áp kế và nhiệt kế.

- Cắm điện để đun nóng nước, chờ

H ình 2.6

cho nhiệt độ của khí trong xilanh ổn định ghi lại số chỉ của áp kế và nhiệt kế (lấy 2 cặp số liệu của T và p).

GV: Thực hiện thí nghiệm và yêu cầu HS quan sát (gọi một HS lên đọc số chỉ trên áp kế và nhiệt kế) và ghi lại số liệu thu được.

▼HS: Quan sát, ghi lại số liệu.

GV: Ghi lại số liệu vào “bảng kết quả thí nghiệm 2” đã chuẩn bị trước.

GV: Gợi ý để HS xử lí số liệu: nếu p thực sự tăng tỉ lệ thuận với T thì đồ thị biểu diễn quan hệ giữa p và T trong hệ tọa độ (p,T) sẽ là một đoạn thẳng có đường

kéo dài đi qua gốc tọa độ hay tỉ số

Bảng kết quả thí nghiệm 2:

p = hằng số.

Nhiệt độ T (K)

Áp suất p (105 Pa)	p T