Sáng kiến kinh nghiệm Xây dựng hệ thống bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học góp phần nâng cao hiệu quả dạy học Vật lý lớp 10 THPT

 CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI
BTVL Bài tập vật lí
BTĐT Bài tập định tính
CHTT Câu hỏi thực tế
DHVL Dạy học vật lí
ĐC Đối chứng
ĐH Đại học
ĐHQG Đại học quốc gia
ĐHSP Đại học sư phạm
GV Giáo viên
HS Học sinh
KHGD Khoa học giáo dục
KHTN Khoa học kĩ thuật 
LL Lí luận
NXB Nhà xuất bản
NXBGD Nhà xuất bản giáo dục
NXBKHKT Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật 
PGS Phó giáo sư
PP Phương pháp 
SGV Sách giáo viên
SGK Sách giáo khoa 
THPT Trung học phổ thông
 1 1.3. Một số ví dụ ...........................................................................................................................10
 Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi ........................................................10
 Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực .............................................................10
 Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet .......................................................11
 Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát ...........................................................13
2. Bài toán 2: Biến đổi nội năng làm thay đổi thông số trạng thái của khí và gây 
ra lực tác dụng ..............................................................................................................................14
2.1. Cách làm biến đổi thông số của khí để tạo ra lực tác dụng và sử dụng phối hợp các 
lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái của khí lý tưởng ..................................14
2.2. Phương pháp giải chung ....................................................................................................14
2.3. Một số ví dụ ..........................................................................................................................15
 Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi .........................................................15
 Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực .............................................................15
 Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet ......................................................16
3. Các bài tập tổng hợp ................................................................................................................16
3.1. Cách sử dụng phối hợp nhiều lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái của 
khí lý tưởng ....................................................................................................................................16 
3.2. Phương pháp giải chung .............................................................................................17
3.3 . Một số ví dụ .........................................................................................................................17
II. Chủ đề 2: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế về trạng thái khí lý tưởng và các 
lực cơ học ứng dụng trong thực tiễn ........................................................................................19
 Dạng 1: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế .......................................................19
 Dạng 2: Ứng dụng của các dạng toán đã đề cập trong thực tiễn ...........................20
 Dạng 3: Một số mẫu chuyện vui ....................................................................................20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................23
PHỤ LỤC 1: BÀI TẬP TỰ NGHIÊN CỨU .........................................................................24
PHỤ LỤC II: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................................................27 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................................33
 3 xuất hiện nhiều trong các đề thi học sinh giỏi các cấp và có thể sẽ là một phần trong kỳ 
thi THPT Quốc gia những năm tới. Loại bài tập này có rất nhiều bài tập khó, học sinh 
thường rất lúng túng không có định hướng giải; các bài tập định tính và câu hỏi thực tế 
không được đưa vào nhiều trong hệ thống bài tập SGK cũng là một vấn đề khiến học 
sinh ít quan tâm và chưa có đủ kinh nghiệm nhận diện vấn đề tìm ra câu trả lời. Vì 
những lí do đó tôi đã thực hiện đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập và câu hỏi thực tế 
sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học góp 
phần nâng cao hiệu quả dạy học vật lý lớp 10 THPT”. 
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
 - Học sinh THPT, học sinh dự thi học sinh giỏi và học sinh ôn thi THPT Quốc 
gia.
 - Bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý 
tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT”. 
b. Phạm vi nghiên cứu
 - Đề tài là tài liệu cho học sinh các trường THPT, học sinh tham dự các kì thi học 
sinh giỏi, học sinh ôn thi THPT Quốc gia tiếp cận với kiến thức về bài tập và câu hỏi 
thực tế sử dụng phối hợp giữa phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ 
học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT. 
3. Mục đích nghiên cứu
 - Hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập sử dụng phối hợp phương trình trạng 
thái của khí lý tưởng các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT; hình 
thành cho học sinh kỹ năng quan sát, đặt câu hỏi tìm hiểu vấn đề liên quan đến các 
kiến thức, bài tập trong khi học Vật lý nói chung và phần Nhiệt học nói riêng; sử dụng 
trong giảng dạy góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT.
 - Kết quả nghiên cứu đề tài là tư liệu phục vụ cho quá trình dạy học của bản thân, 
là tài liệu tham khảo cho giáo viên, học sinh bậc trung học phổ thông trong quá trình 
giảng dạy, học tập, nghiên cứu phần Nhiệt học thuộc chương trình vật lý 10 THPT, 
đồng thời cũng là tài liệu cần thiết cho việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và ôn 
thi THPT quốc gia.
 5 NỘI DUNG
A. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN
I. Cơ sở lí luận.
1. Bài tập vật lí.
 Bài tập vật lí: Ta có thể xem định nghĩa bài tập vật lý trong “lý luận dạy học vật 
lý” của Phạm Hữu Tòng là bao quát: “Trong thực tiễn dạy học, bài tập vật lý được 
hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy nghĩ logic, 
những phép toán và những thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và phương pháp vật 
lý. Hiểu theo nghĩa rộng thì mỗi vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa 
cũng chính là một bài tập đối với học sinh. Sự tư duy định hướng một cách tích cực 
luôn là việc giải bài tập vật lý”
 Bài tập vật lí có nội dung thực tế là các bài tập vật lí có nội dung liên quan đến 
các vấn đề thực tế trong đời sống, sản xuất, lao động và ứng dụng trong thực tiễn. 
2. Tác dụng của bài tập vật lí.
 Giải bài tập vật lý là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được tiến 
hành nhiều nhất trong hoạt động dạy học. Do vậy, bài tập vật lý có tác dụng cực kì 
quan trọng trong việc hình thành, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng và tìm tòi kiến 
thức cho học sinh. Chúng được sử dụng trong những tiết học với những mục đích khác 
nhau:
 - Bài tập vật lý được sử dụng như là các phương tiện nghiên cứu tài liệu mới, khi 
trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức mới 
một cách sâu sắc và vững chắc.
 - Bài tập vật lý là phương tiện rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng 
kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tiễn, học tập với đời sống.
 - Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn 
luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Bởi vì, giải 
bài tập vật lý là hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. 
 - Bài tập vật lý là phương tiện ôn tập và củng cố kiến thức đã học một cách sinh 
động và có hiệu quả.
 - Thông qua giải bài tập vật lý có thể rèn luyện được những đức tính tốt như: tính 
độc lập, tính cẩn thận, kiên trì, vượt khó...
 7 B. CÁC DẠNG BÀI TẬP SỬ DỤNG PHỐI HỢP PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG 
THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ CÁC LỰC CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG 
TRÌNH VẬT LÍ LỚP 10 THPT
I. Chủ đề 1: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học. 
1. Bài toán 1: Có lực tác dụng làm thay đổi các thông số trạng thái của khí.
1. 1. Cách sử dụng phối hợp các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái 
của khí lý tưởng. 
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi.
 Lực đàn hồi thường được khai thác trong bài toán pittông đặt nằm ngang hoặc 
nghiêng góc α với mặt nằm ngang theo các cách:
 + Lực đàn hồi của lò xo, của dây nối với pittông.
 + Phản lực của mặt sàn lên xi lanh khi nó ở trạng thái cân bằng hay trượt trên 
mặt sàn có ma sát.
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực. 
 Trọng lực thường được khai thác trong bài toán pittông đặt thẳng đứng hoặc 
nghiêng góc α với mặt nằm ngang theo các cách:
 + Trọng lực của pittông khi pittông ở trạng thái cân bằng hay chuyển động 
dọc theo xi lanh.
 + Trọng lực của xi lanh khi xi lanh ở trạng thái cân bằng hay trượt trên mặt 
sàn.
 + Trọng lực của vật nặng đặt thêm hay bỏ bớt trên xi lanh.
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet
 Lực Acsimet thường được khai thác trong các bài toán vật hay xi lanh chứa 
khí được đặt cân bằng, chuyển động trong chất lưu:
 + Khí cầu chuyển động trong không khí.
 + Xi lanh chứa khí đặt cân bằng hay chuyển động trong chất lỏng.
Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát
 Lực ma sát thường được khai thác giữa pittông và xi lanh hay giữa xi lanh và 
sàn.
 + Pittông chuyển động dọc theo xi lanh đặt thẳng đứng hay đặt nghiêng góc α 
với mặt nằm ngang.
 9 mặt phẳng ngang (Hình 2). Hỏi khi cân bằng pittông dịch chuyển đoạn bao nhiêu? 
Nhiệt độ khí là T không đổi; lấy gia tốc rơi tự do là g và bỏ qua ma sát giữa pittông và 
hình trụ. 
Hướng dẫn giải: 
Đối với chất khí thấm qua, khi lật ngược và ở trạng thái cân bằng, mật độ khí này ở hai 
bên pittông là bằng nhau. Do đó áp suất do chúng tác dụng lên hai mặt pittông là cân 
bằng nhau. Vậy sự cân bằng của pittông chỉ liên quan tới 2 chất khí không thấm qua.
Gọi p là áp suất của hai khí không thấm qua. Khi cân bằng: m0gsin α = pS.
 RT RT
 m1 m2 m1 m2
Mà p = p1 + p2 = + S(L x) m0gsin α = + S(L x)
 M1 M2 M1 M2
 RT
 m1 + m2
x = L ― Sm g sin α
 M1 M2 0
Ví dụ 3: Khí được chứa trong một xilanh có tiết diện S dưới một 
pittông khối lượng m. Nhờ một sợi chỉ nhẹ vắt qua một ròng rọc g
nhẹ, pittông được nâng chậm nên nhờ tác dụng lên sợi chỉ một lưc 
 m
F dưới một góc α (Hình 3). Bỏ qua ma sát, hãy tìm sự phụ thuộc α
của áp lực tác dụng lên trục ròng rọc vào chiều cao x mà pittông 
 x
được nâng lên nếu áp suất khí quyển là p 0. Khi x = h và F = 0 thì 
pittông nằm yên và coi nhiệt độ của khí không thay đổi. Hình 3
Hướng dẫn giải: 
 mg
Khi x = h, thể tích khí trong bình : V1 = Sh và áp suất p1 = p0 + S
Gọi T là sức căng của chỉ. Khi nâng pittông lên tới độ cao x thể tích khí trong bình là:
 mg ― T
V = Sx và áp suất là p = p +
 2 2 0 S
Theo định luật Bôilơ - Mariôt: p V = P V P + mg Sh = p + mg T Sx
 1 1 2 2 0 S 0 S
Từ đó tính được sức căng của sợi chỉ: T = (p S + mg) 1 ― h
 0 x
Lực tác dụng lên trục ròng rọc được xác định: F = 2Tcos α = 2(p S + Mg) 1 ― h .
 2 0 x
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet
Ví dụ 4: Khí cầu thường mang theo phụ tải(các túi cát). Một khí cầu khối lượng tổng 
cộng m = 300kg đang lơ lửng ở độ cao khí quyển có áp suất p1 = 84 kPa và nhiệt độ
 11