Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống các bài tập định luật chất khí trong dạy học bài tập Vật lý lớp 10 THPT ban khoa học tự nhiên

 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI 
 TRƯỜNG THPT CAO BÁ QUÁT GIA LÂM 
 ---- 
 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
PHÂN LOẠI, LỰA CHỌN VÀ HƯỚNG DẪN HỌC 
SINH GIẢI HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT 
 CHẤT KHÍ TRONG DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ 
 LỚP 10 THPT BAN KHTN 
 Môn vật lý 
 Tên tác giả : Phạm Thị Tố Loan. 
 Giáo viên môn vật lý 
 NĂM HỌC 2011-2012 
 MỞ ĐẦU. NỘI DUNG. 
I. Một số vấn đề lí luận về BTVL. 
 1 Quan niệm 
 Bài tập là vấn đề đòi hỏi học sinh bằng những tri thức đã biết phải giải 
thích ,hoặc phân tích biện chứng một hiện tượng vật lý nào đó ,hoặc xác định 
những đại lượng cần tìm 
 Theo X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv: Trong thực tiễn dạy học, BTVL là 
một vấn đề không lớn trong trường hợp tổng quát, được giải quyết nhờ những suy 
luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở lí luận và những định luật vật 
lí. (X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv- phương pháp giải BTVL. Tập 2 NXBGD 
1976). 
 Hiểu theo nghĩa rộng, thì sự tư duy định hướng tích cực về một vấn đề nào 
đó luôn luôn là việc giải bài tập. Về thực chất, mỗi một vấn đề mới xuất hiện do 
nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học vật lí chính là một bài tập đối với 
học sinh (Phạm Hữu Tòng- Phương pháp dạy BTVL- NXBGD 1989). 
 Trên cơ sở nghiên cứu các định nghĩa về BTVL, thì BTVL có hai chức năng 
chủ yếu là: Tập vận dụng kiến thức cũ và tìm kiếm kiến thức mới (TS Nguyễn Thế 
Khôi- luận án PTSPPGD vật lí trường ĐHSP Hà Nội 2, 1995). 
 Trong thực tế dạy học, bài tập Vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi 
hỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa 
trên cơ sở các định luật và các phương pháp Vật lí. 
 Bài tập Vật lí là những bài tập luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với 
mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệm 
mới, phát triển tư duy Vật lí của HS, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, kiểm tra đánh giá 
kết quả học tập của HS. 
 2.Tác dụng 
Những BTVL có rất nhiều tác dụng trong việc nâng cao chất lượng dạy học vật lý 
-BTVL là phương tiện rất tốt để rèn luyện kỹ năng ,kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào 
thực tiễn, rèn luyện thói quen giải quyết những vấn đề thực tiễn ,bởi vì đó là một 
trong những hình thức sinh động nhất gắn liền lý thuyết với thực hành 
-BTVLlà một trong những hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh .Trong 
khi làm bài tập ,do phải phân tích các điều kiện của đầu bài,tự xây dựng những lập 
luận ,kiểm tra về phê phán kết luận của mình,nên tư duy của học sinh được nâng 
cao. 
-BTVLcũng là một hình thức củng cố,ôn tập sinh động khi làm bài tập học sinh 
phải nhớ lại những kiến thức vừa học hoặc có khi phải biết cách tổng hợp những 
kiến thức trong một phần ,một chương hay toàn bộ chương trình * Một chất khí nghiệm đúng với định luật Bôilơ- Mariôt và định luật Sác- lơ 
được gọi là chất khí lí tưởng. 
 3. Định luật Gay Luy- Xác cho khối khí có áp suất không đổi (Đẳng áp). 
 Thể tích V của một lượng khí có áp suất không đổi thì tỉ lệ với nhiệt 
 độ tuyệt đối của khí. 
 V VV1 2
 const hay 
 T TT1 2
 4. Phương trình trạng thái khí lí tưởng. 
 Đối với một chất khí lí tưởng ta có phương trình trạng thái sau: 
 PV. PV1 1 PV 2 2
 const hay 
 T TT1 2
 5. Phương trình Clapêrôn- Menđêlêep. 
 Đối với một chất khí có khối lượng m, ta có: 
 m Khối lượng mol 
 PV... RT  RT Với  :
  
 v : Số mol khí 
 R : 8,31 J/(mol.k) 
 III. Phân loại và đề ra phương pháp giải từng loại bài tập các định luật chất 
khí. 
 1. Dạng 1: Định luật Bôilơ- Mariôt cho quá trình đẳng nhiệt. 
 * Phương pháp. 
 - Một khối khí thực hiện quá trình biến đổi đẳng nhiệt từ trạng thái 1 
sang trạng thái 2. 
+ Ở trạng thái 1: P1, V1 
+ Ở trạng thái 2: P2, V2 PV1 1 PV 2 2 
Từ đó ta suy ra 1 trong 4 đại lượng nếu biết 3 đại lượng kia. 
 - Khi có một khối khí chịu áp suất khí quyển P0 hoặc khối khí ở độ sâu h 
đối với một chất lỏng có khối lượng , ta cần dùng hệ thức tính áp suất ở độ sâu 
này như sau: 
 P P0 .. g h 
Với g là gia tốc trọng trường. 
* Ví dụ 1: Dưới áp suất 1000Pa một khối khí có thể tích là 10 lít, tính thể tích của 
khối khí dưới áp suất 5000Pa. 
 Bài giải. 
- Trạng thái 1: P1 1000 Pa , V1= 10 lít. 
- Trạng thái 2: P2= 5000 Pa, V2=? 
Áp dụng định luật Bôilơ- Mariôt ta có: 
 PV1 1 1000.10
P1V1=P2V2 V2 2 (lít). 
 P2 5000
 Đáp số: V2= 2 lít. 
* Ví dụ 2: Một bình có dung tích 10 lít chứa một khối khí dưới áp suất 30 atm. Cho 
biết thể tích của khối khí khi ta mở nút bình? Coi nhiệt độ khối khí là không đổi và 
áp suất khí quyển là 1 atm. 
 Bài giải. 
- Trạng thái 1: P1= 30 atm, V1= 10 lít. 
- Trạng thái 2: P2=1 atm, V2= ? 
 PV1 1 30.10
 PV1 1 PV 2 2 V 2 300 (lít). 
 P2 1
 Đáp số: V2= 300 lít. 
* Ví dụ 3: Ở độ sâu h1= 1m, dưới mặt nước có một bọt không khí hình cầu. Hỏi ở 
độ sâu nào bọt không khí có bán kính nhỏ đi 2 lần? Cho biết khối lượng riêng của 
 3 3 5 2 2
nước 10kg / m , áp suất khí quyển P0=10 N/m , g= 10m/s , nhiệt độ không đổi 
theo độ sâu. Bài giải. 
 Ngay khi nút bấc văng ra, thể tích của khí trong chai là không đổi nên ta áp 
dụng định luật Sác- lơ cho khối khí này. 
- Trạng thái 1: P0, TK0 30 273 303 
- Trạng thái 2: P1, TK 99 273 372 
Theo định luật Sác- lơ ta có: 
 PT0. 1 372 5 5
 P1 .1,01.10 1,24.10 (Pa). 
 T0 303
* Ví dụ 3: Trong ống có một giọt thủy ngân nằm 
cách bình một khoảng d=10cm. Hỏi phải nung nóng 
 đẳng áp khí trong bình thủy tinh đến nhiệt độ bằng 
 bao nhiêu để giọt thủy ngân di chuyển một đoạn 6cm. 
 Bài giải. 
 3
- Trạng thái 1: P0, V0 200 0,5.10 205 cm , TK0 27 273 300 
 3
- Trạng thái 2: P0, V 200 0,5.(10 6) 206 cm , T. 
Vì khối khí luôn có áp suất bằng áp suất khí quyển nên theo định luật Gay Luy- 
Xác ta có: 
 V0 V
 TK 304, 4 
 TT0
Vậy nhiệt độ lúc sau là: 
t 304, 4 273 31,40 C 
 Đáp số: t=31,40C. 
* Ví dụ 4: Trong một xi lanh có tiết diện đều, nằm ngang dài 120cm, có một 
pittông mỏng, cách nhiệt. Lúc đầu pittông nằm giữa xi lanh và 2 bên xi lanh có 
nhiệt độ 270C, tăng nhiệt độ ở phần bên trái của xi lanh lên thêm 200C và giảm 
nhiệt độ ở phần bên phải xi lanh xuống 200C, pittông sẽ di chuyển một đoạn bằng 
bao nhiêu? 
 Bài giải. 
 120 
 cm 
 0
 270 C 27 C
Gọi P0, V0 và T0 là áp suất, thể tích và nhiệt độ của 
 mỗi khối khí trong mỗi phần xi lanh. 
 - Lúc đầu, pit tông đứng yên tức là áp suất hai khối V1T2 = V2T1 => 390V1 = 305(V1 + 1,7) => V1 = 6,1lít 
 Vậy + Thể tích lượng khí trước khi biến đổi là V1 = 6,1 lít; 
 + Thể tích lượng khí sau khi biến đổi là V2 = V1 + 1,7 = 7,8lít. 
*Ví dụ 2: Đun nóng đẳng áp một khối khí lên đến 47oC thì thể tích tăng thêm 1/10 
thể tích ban đầu. Tìm nhiệt độ ban đầu? 
 Giải 
 Sử dụng định luật Gay Luy- Xác: 
 o
 Tính T1 = 290,9K, tính được t1 = 17,9 C. 
*Ví dụ 3: Đun nóng một lượng không khí trong điều kiện đẳng áp thì nhiệt độ tăng 
thêm 3K ,còn thể tích tăng thêm 1% so với thể tích ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu 
của khí? 
 Giải 
- Gọi V1, T1 và V2, T2 là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của khí ở trạng thái 1 và 
trạng thái 2. 
Vì quá trình là đẳng áp nên ta có 
 VV1 2 VT2 2 VVTT2 1 2 1
 hay 
 TT1 2 VT1 1 VT1 1
 VV 
Theo bài ra, ta có: 2 1 0,01 
 V1
 T2 = T1 +3 
 3 o
Vậy : 0,01 = T1 = 300K t = 27 C 
 T1
4. Dạng 4 : Phương trình trạng thái khí lí tưởng. 
 Đối với một khối khí nhất định. 
 PV
 const 
 T
Hay nếu từ trạng thái (P1,V1, T1) khối khí biến đổi đến trạng thái (P2, V2, T2) ta có : 
 PV1 1 PV 2 2
 TT1 2
* Ví dụ 1 : Trong một xilanh đặt thẳng đứng có một khối khí cao 30cm ở áp suất 
1,1.105 Pa và ở nhiệt độ 270C. Khi đặt một vật nặng M lên pittông, pittông hạ 
xuống một đoạn 10cm và nhiệt độ khối khí bây giờ là 670C. Cho biết xi lanh tiết 
diện đều S=50cm2 và cho g=10 m/s2. Tính khối lượng M của vật nặng? 
 Bài giải. 
- Gọi TA, TB và T1A, T1B là nhiệt độ của mỗi bên A và B lúc trước và sau. Bài 4.3. Một bình có dung tích V1=2 lít chứa một khối khí lúc đầu áp suất 
P1=2 atm, được thông với một bình thứ hai có dung tích V2=8 lít và được hút chân 
không. Hãy tính áp suất của khối khí sau khi hai bình được thông với nhau. 
 Đáp số : P2=0,4 atm. 
 Bài 4.4. Trong một ống nghiệm tiết diện đều có một cột thủy ngân dài 10cm. 
Khi đặt ống nằm ngang khối không khí trong ống nghiệm có chiều dài là 20cm. Khi 
đặt ống thẳng đứng để cột thủy ngân ở phía trên khối không khí chỉ có chiều dài là 
17,67cm. Tính áp suất của khí quyển ra đơn vị cmHg ? 
 Đáp số : P=75,84 cmHg. 
 Bài 4.5. Một cột không khí trong ống nhỏ, dài, tiết diện đều, cột không khí 
được ngăn cách với khí quyển bởi một cột thủy ngân có chiều dài d=150mm, áp 
suất khí quyển P0=750mmHg, chiều dài cột không khí khi ống nằm ngang là 
l0=144mm. Hãy tính chiều dài cột không khí nếu : 
a. Ống thẳng đứng miệng ở trên. 
b. Ống thẳng đứng miệng ở dưới. 
c. Ống đặt nghiêng góc 300 với phương ngang, miệng ống ở dưới (giả sử ống đủ dài 
để cột thủy ngân luôn ở trong ống và nhiệt độ không đổi). 
 Đáp số : a. l1= 120 mm. 
 b. l2= 180 mm. 
 c. l3= 160 mm. 
 Bài 4.6. Trước khi chiếc xe bắt đầu chạy, người lái xe đo áp suất của khí 
trong ruột bánh xe là 2,8.105 Pa và nhiệt độ 11,30C. Sau khi xe chạy được một 
quãng đường, người này đo lại thì thấy áp suất của khối khí nàu là 3,2.105 Pa. 
Hãy tính nhiệt độ của khối khí trong ruột bánh xe theo thang nhiệt độ Cencius sau 
khi xe chạy. Giả sử thể tích của khối khí này là không đổi. 
 (Hướng dẫn : Áp dụng định luật Sác- lơ). 
 0
 Đáp số : t2=51,9 C. 
 Bài 4.7. Một bình chứa 800g khí lí tưởng ở áp suất 1,01.105 Pa phải bơm vào 
bình này một lượng khí cùng loại bằng bao nhiêu để áp suất khí trong bình là 
4,04.105 Pa ? Cho biết nhiệt độ của khối khí được giữ không đổi. 
 3
 Đáp số : m2 m 1 2, 4.10 g . 
 Bài 4.8. Khi hai khối khí trong hai bình A và B cân bằng sẽ có chung một áp 
suất bằng bao nhiêu ? Cho biết nhiệt độ mỗi bình vẫn giữ như lúc đầu (V1=4 lít, 
T1=300K, V2= 2 lít, T2= 400K). 
 Đáp số : P=4,2.105 Pa.