Tài liệu Skkn phân loại & phương pháp giải bài tập nhiệt vật lý 10 về chất khí.

Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí SƠ LƯỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC – — I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: Nguyễn Đức Hào 2. Sinh ngày 06 tháng 05 năm 1962 3. Nam, nữ: Nam 4. Địa chỉ: Ấp Sơn Hà – Xã Vĩnh Thanh – Nhơn Trạch - Đồng Nai 5. Điện thoại: 061 3519314 6. Fax: E-mail: 7. Chức vụ: Tổ trưởng Lý 8. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị cao nhất: Đại Học - Năm nhận bằng: 1987 - Chuyên ngành đào tạo: Cử nhân Vật lý III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC: - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: - Số năm công tác: 27 năm. - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:  Phương pháp bồi dưỡng học sinh yếu môn Vật lý lớp 10  Phương pháp giải Bài tập Vật lý 10 về chuyển động cơ Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 1 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Mục lục Trang A. MỞ ĐẦU......................................................................................................................3 B. NỘI DUNG...................................................................................................................5 PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN NHIỆT HỌC VỀ CHẤT I. Những cơ sở của thuyết động học phân tử.....................................................................5 II. Những định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái khí lí tưởng.........................6 III. Nguyên lí thứ nhất nhiệt động lực học........................................................................6 PHẦN II: PHÂN LOẠI CHƯƠNG I: PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ................................................................9 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ............9 PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ CHƯƠNG I: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH..............................................................................11 A. Phương pháp...............................................................................................................11 B. Các bài tập cụ thể........................................................................................................12 CHƯƠNG II: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG........................................................................16 A. Phương pháp...............................................................................................................16 B. Các bài tập cụ thể........................................................................................................16 CHƯƠNG III: BÀI TẬP ĐỒ THỊ..................................................................................27 PHẦN II: KẾT LUẬN.....................................................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………...32 PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ……………………………………………………...33 Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 2 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí A – MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: 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 – những sản phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến đâu. Đối với học sinh trung học phổ thông, 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 tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản thân. Bài tập vật lý giúp cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lý, những hịên tượng vật lý, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn. Trong nhiều trường hợp, dù giáo viên có cố gắng trình bày tài liệu mạch lạc, hợp lôgic, phát biểu định nghĩa, định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng phương pháp và có kết quả thì đó mới là điều kiện cần chưa phải là đủ để học sinh hiểu sâu sắc và nắm vững kiến thức. 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. Bài tập vật lý là một hình thức củng cố ôn tập, hệ thống hoá kiến thức. Khi làm bài tập học sinh phải nhớ lại những kiến thức vừa học, phải đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc phải tổng hợp nhiều kiến thức trong một đề tài, một chương, một phần của chương trình và do vậy đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức mà nói, nó còn là phương tiện kiểm tra kiến thức và kỹ năng của học sinh. Trong phạm vi đề tài. Tôi chỉ khảo sát các bài tập về vật lý Nhiệt học về chất khí, Nguyên lý của nhiệt động lực học ( chương VI và chương VIII SGK vật lý 10 nâng cao) 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, 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 khả năng tư duy,...giúp học sinh học tập môn Vật lý tốt hơn. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 3 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Các bài tập vật lý phân tử và Nhiệt học về chất khí lớp 10, Cơ sở của nhiệt động lực học (chương VI và chương VIII. SGK Vật Lý 10 nâng cao) 4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Phân loại được các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học (Chương VI & VIII) trong chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao. 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 Vật lý phân tử và nhiệt học (các bài tập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp 10 thường gặp ). 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 và đồng nghiệp. Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về phân loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học. Đề tài: “ Phân loại và phương pháp giải các bài tập Nhiệt Vật lý 10 về chất khí ” trong chương VI và chương VIII có nội dung gồm ba phần:  Tóm tắt lý thuyết về vật lý phân tử và nhiệt học.  Phân loại các dạng bài tập trong chương VI và VIII Vật lý lớp 10 nâng cao  Trình bày phương pháp chung để giải bài tập Vật Lý và phương pháp cụ thể cho từng dạng bài tập. Nội dung được trình bày chi tiết bao gồm: lý thuyết cơ bản; phương pháp giải; bài tập mẫu, bài tập cơ bản, áp dụng; bài tập tổng hợp, viết cho các loại: bài tập định tính, bài tập định lượng và bài tập đồ thị. Đề tài được viết với mục đích phục vụ cho việc giảng dạy và học tập môn vật lý của giáo viên và học sinh trung học. Hy vọng sẽ góp phần giúp học sinh ôn tập, nắm vững kiến thức cơ bản; rèn luyện kỹ năng giải bài tập; rèn luyện kỹ năng , kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn; phát triển khả năng tư duy… Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện vẫn còn nhiều thiếu sót và rất mong các bạn đồng nghiệp đóng góp giúp hoàn chỉnh đề tài này. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 4 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí B- NỘI DUNG PHẦN I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC Chương I NHỮNG CƠ SỞ CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ: I. Thuyết động học phân tử: 1. Nội dung: a. 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. b. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Cường độ chuyển động biểu hiện nhiệt độ của hệ. c. Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10 -10cm) 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. d. 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. e. Áp suất: 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. P F S 2. Đơn vị của áp suất: Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m 2 hay Pascal, ký hiệu là Pa: 1N/m2 = 1Pa Ngoài ra, áp suất còn đo bằng: Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu là at: 1at = 0,981.105N/m2 = 736 mmHg và Atmôtphe vật lý, ký hiệu là atm: 1atm = 1,013.105N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at II. Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng: 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. - Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm hoàn toàn đàn hồi. 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) Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 5 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 3. Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) : a. 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  1 V b. Hệ thức: P1V1 = P2V2 c. 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. P T1 4. Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) : a. Định luật: Trong quá trình đẳng tích một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. T2 0 V P = hằng số  P  V T b. Hệ thức: P P1 P2  T1 T2 Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: Pt = P0(1+ t) Trong đó: Pt : Áp suất ở t0C ; P0 : Áp suất ở 00C V1 V1 < V2 V2 0 1  = 273 : hằng số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí. V c. 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 5. Định luật Gay – Lussac ( Quá trình đẳng áp): a. Định luật: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. V P1 V  hằng số  V  T T b. Hệ thức: V1 V  2 T1 T2 Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius: Vt = V0(1+ t) Gv. Nguyễn Đức Hào P1 < P2 P2 0 T Trang 6 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí trong đó: Vt : Thể tích khí ở t0C ; V0 : Thể tích khí ở 00C 1  = 273 : hằng số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí. c. 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. 6. Định luật Dalton: a. Định luật: Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành phần tạo nên hỗn hợp. b. Hệ thức: P = P1 + P2 +…..+ Pn 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: P1 V1 P2 V2 PV   Hằng số  T1 T2 T 8. Phương trình Claypeyron – Mendeleev: m RT P.V =  Trong đó R= 8,31.103(J/kgmol.k): Hằng số khí lí tưởng m m : khối lượng chất khí;  : khối lượng 1 mol khí;  : số mol khí 9. Nhiệt lượng: Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt được gọi là nhiệt lượng Q = mc(t2  t1)=mct + m: khối lượng của vật (kg); c: nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật(J/kg.K); + t = t2  t1: độ biến thiên nhiệt độ (0C) + Q > 0: nhiệt lượng thu vào; Q < 0: nhiệt lượng tỏa ra Phương trình cân bằng nhiệt : Q1 + Q2 = 0 10. 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. 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. III.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. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 7 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn. 2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc 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: Q = U + 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 3. Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học cho khí lý tưởng: a. 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. b. 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 - 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 IV. 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). V. 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 VI. Động Cơ Nhiệt: Động cơ nhiệt là thiết bị biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng. 1.Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 8 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Động cơ nhiệt hoạt động được là nhờ lập đi lập lại các chu trình giãn và nén khí. 2. Cấu tạo của động cơ nhiệt: Gồm 3 phần chính. a) Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao. b) Bộ phận phát động trong đó tác nhân giãn nở sinh công. c) Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng của tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ. 3. Hiệu suất của động cơ nhiệt: Nguồn Nóng a) Hiệu suất thực tế: Q Q 2  A H 1 Q Q <1 1 1 T T T 1 2  1 2 b) Hiệu suất lý tưởng: H = T <1 T 1 1 Q1 Tác nhân phát động A = Q1 – Q2 Q2 Nguồn Lạnh PHẦN II PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Chương I 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. I. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng: 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. 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. 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. 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. II. Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật lý thành các dạng: 1. Bài tập cơ bản, áp dụng: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 9 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 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. 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. Chương II : PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ Dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý gồm các bước chính sau: I. 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. II. 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. III. 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. IV. 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. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 10 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí PHẦN III PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ Chương I BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH A. PHƯƠNG PHÁP 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). - 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: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 11 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 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. B. CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ VỀ CHẤT KHÍ I. Thuyết động học phân tử về chất khí: 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. Hướng dẫn 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 = N ; đối với một khối khí xác định, khối lượng m không đổi nên tổng số phân V 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. 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. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 12 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 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 đường hòa tan nhanh hơn. Khi cho đá vào, nhiệt độ của ly nước thấp hơn nên các phân tử chuyển động nhiệt chậm hơn, số va chạm giữa các phân tử giảm làm quá trình hòa tan đường diễn ra chậm hơn. Bài 3. Vì sao khi chế tạo những chiếc phễu người ta thường làm những cái gân nổi dọc theo mặt ngoài của cuống phễu. Hướng dẫn Nếu không có gân nổi thì khi đặt vào cổ chai, cuống phễu sẽ áp sát vào cổ chai. Khi chất lỏng đổ vào phễu liên tục sẽ trở thành một cái nút ngăn cách không khí trong chai và không khí bên ngoài. Ban đầu, áp suất khí trong chai và bên ngoài bằng nhau, khi chất lỏng đổ vào chai sẽ chiếm chổ của khí trong chai làm thể tích khí trong chai giảm. Theo định luật B-M thì thể tích và áp suất chất khí tỉ lệ nghịch với nhau. do đó khi thể tích khí trong chai giảm thì áp suất khí trong chai sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất không khí bên ngoài gây khó khăn cho việc đổ chất lỏng vào chai. Khi sử dụng phễu có gân thì cuống phễu sẽ không áp sát vào cổ chai nên áp suất không khí trong chai luôn cân bằng với áp suất không khí bên ngoài giúp việc đổ chất lỏng vào chai dễ dàng hơn. Bài tâp cơ bản 1. Hãy dùng thuyết động học phân tử giải thích các định luật Gay - Lussac và Charles. 2. Vì sao khi than đang cháy lại phát ra tiếng nổ lách tách và có những tia lửa bắn ra? 3. Hai bình có thể tích giống nhau chứa không khí ở áp suất bình thường và được đậy kín bằng những cái nút. Khi nung khí trong hai bình đến cùng một nhiệt độ nào đó thì áp suất ở hai bình có còn bằng nhau không? 4. Khái niệm nhiệt độ có thể áp dụng cho chân không hay không? (xét khoảng không gian giữa các hành tinh chẳng hạn). Bài tâp tổnghợp, nâng cao 1. Khối lượng riêng của một lượng khí xác định sẽ thay đổi như thế nào nếu nó được tăng áp suất trong quá trình đẳng nhiệt? 2. Hai phòng có kích thước bằng nhau, thông với nhau bằng một cửa mở. Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình trong hai phòng có duy trì các giá trị khác nhau. Trong phòng nào có nhiều không khí hơn, vì sao? 3. Bạn có thể dự đoán bằng cách nào đó rằng thành phần khí quyển thay đổi theo độ cao? II. Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 13 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Bài tập mẫu Vì sao phích nước nóng có thể giữ nhiệt được ? Đây là bài tập có liên quan đến hiện tượng truyền nhiệt. Như ta biết, sự trao đổi nhiệt giữa các vật nói chung có nhiệt độ khác nhau có thể được thực hiện theo ba cách: - Bức xạ: Vật nóng phát ra các sóng điện từ, vật lạnh hấp thụ nó. Vì vậy, vật nóng nguội đi và vật lạnh nóng lên. - Đối lưu: Do chuyển động của những dòng khí (hay lỏng) có nhiệt độ khác nhau. - Truyền nhiệt: Do các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn và va chạm với nhau mà động năng truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp. Ruột của phích nước nóng có cấu tạo đặc biệt : do hai lớp thủy tinh mỏng tạo nên, giữa hai lớp thủy tinh đã được rút hết không khí, mặt phía trong được tráng một lớp thủy ngân mỏng, miệng ruột phích nhỏ hơn nhiều so với thân và được đóng chặt bằng một nút mềm. Chính cấu tạo của phích làm cho phích có thể giữ nhiệt được. - Sau khi đổ nước sôi vào phích, đóng kín miệng phích bằng nút mềm, không khí trong phích bị nóng lên. Không khí nóng bên trong không thể thoát ra ngoài và không khí lạnh bên ngoài cũng không thể vào trong phích, sự đối lưu nhiệt hoàn toàn bị cắt đứt. - Khoảng giữa hai lớp thủy tinh là chân không, không có phân tử khí nào, do không có sự chuyển động cũng như sự va chạm giữa các phân tử nên không có sự truyền động năng từ phân tử có nhiệt độ cao đến phân tử có nhiệt độ thấp hơn, tức là hiện tượng truyền nhiệt của chất khí trong khoảng này không diễn ra . Con đường truyền nhiệt cũng bị cắt đứt. - Mặt của ruột phích được tráng một lớp thủy ngân mỏng nên sự bức xạ nhiệt bị phản xạ của lớp thủy ngân và bị chặn lại bên trong ruột phích. Như vậy, con đường bức xạ nhiệt cũng bị cắt đứt. Do cả ba cách truyền nhiệt đều không được thực hiện nên nước trong phích được giữ nóng. Cần lưu ý, trong thực tế, hiệu quả cách nhiệt của phích chỉ đến một giới hạn nhất định nào đó. Do đó, phích không thể giữ nước nóng mãi được. Bài tập cơ bản 1. Vì sao đèn kéo quân lại tự động quay được ? 2. Tại sao một giọt mực sau khi khuếch tán trong không khí sẽ không bao giờ tự động thu lại được nữa ? 3. Hãy liệt kê các cách làm tăng hiệu quả số va chạm phân tử trong một đơn vị thời gian của chất khí. 4. Giải thích định tính mối liên hệ giữa quãng đường tự do trung bình của các phân tử amôniac Và thời gian cần thiết để ngửi thấy mùi amôniac khi bình được mở trong phòng. 5. Tại sao khói bốc lên mà không chìm xuống từ một ngọn nến? Giải thích bằng ngôn ngữ sự va chạm phân tử. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 14 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí III. Nội năng của khí lý tưởng: Bài tập mẫu 1. Khi đang đóng đinh vào gỗ, mũ đinh có nóng lên nhưng rất ít. Khi đinh được đóng chắc vào gỗ rồi (không tiến sâu thêm được nữa) thì chỉ cần đóng thêm vài nhát búa là mũ đinh nóng lên rất nhiều. Vì sao? Hướng dẫn - Đây là dạng bài tập giải thích hiện tượng. Đề bài đề cập đến việc "đóng đinh", "nóng" tức là có liên quan đến công và năng lượng..Yêu cầu phải nắm vững kiến thức về sự chuyển hóa năng lượng. - Khi đang đóng đinh tức là thực hiện một công. Công đó một phần chuyển thành động năng cho đinh đi sâu vào gỗ, phần còn lại chuyển thành nội năng của đinh và búa. Đến lúc đinh đã được đóng chặt vào gỗ (không tiến sâu thêm được) thì toàn bộ công thực hiện chuyển thành nội năng của đinh và búa làm đinh nóng lên rất nhanh. 2. Đập búa vào một tấm kẽm và một tấm chì (trong cùng điều kiện đập) thì khi đập vào tấm chì búa nảy lên ít hơn. Tấm kẽm hay tấm chì sẽ nóng lên nhiều hơn? Hướng dẫn - Đây là dạng bài tập dự đoán hiện tượng, đề bài đã nêu lên những điều kiện cụ thể có liên quan đến sự biến đổi năng lượng, do đó nên vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng để giải quyết bài toán . - Khi đập búa, động năng của búa chuyển hoá một phần thành nội năng làm cho vật nóng lên, phần còn lại làm cho búa nảy lên. - Do điều kiện đập búa như nhau nên động năng của búa ở hai trường hợp là như nhau. Đối với tấm chì, búa nảy lên ít hơn nghĩa là phần năng lượng dùng vào việc làm búa nảy lên ít hơn so với tấm kẽm; do đó mà phần năng lượng chuyển thành nội năng làm nóng tấm chì sẽ lớn hơn. Vì vậy tấm chì sẽ nóng lên nhiều hơn tấm kẽm. Bài tập cơ bản: 1. Lấy một đồng xu cọ xát lên mặt bàn ta thấy đồng xu bị nóng lên. Bỏ đồng xu vào một cốc nước ấm ta cũng thấy đồng xu nóng lên. Hãy giải thích vì sao? Trong trường hợp nào đồng xu nhận một nhiệt lượng? 2. Thả một quả bóng cao su xuống đất, bóng bị nảy lên. Nhưng nếu bóng thủng một lỗ thì nó không nảy lên được. Hãy giải thích vì sao? 3. Một quả bóng rơi từ độ cao h1 xuống đất và nảy lên độ cao h2 . a. Vì sao thực tế h2 < h1 ? b. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học áp dụng cho trường hợp này như thế nào? c. Độ biến thiên nội năng trong trường hợp này có tác dụng gì? 4. Hiệu suất của một động cơ nhiệt lí tưởng là bao nhiêu nếu nó đồng thời thực hiện công A và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng Q ? 5. Trong trường hợp nào thì một khối khí khi lạnh đi tỏa ra một nhiệt lượng nhỏ hơn nhiệt lượng đã dùng để nung nóng nó. Trường hợp này có mâu thuẫn với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng không? Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 15 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Chương II BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG A. PHƯƠNG PHÁP : 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. B. CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ CHẤT KHÍ: I. Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng: 1. Các bài toán về quá trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte: Phương pháp: - Liệt kê các trạng thái của khối khí. - Áp dụng định luật B-M: Khi T = const thì P1V1 = P2V2 Cần chú ý: - Áp suất chất lỏng tại một điểm A có độ sâu h trong lòng chất lỏng là: PA = P o + P h Trong đó: P0 : là áp suất khí quyển Ph = gh : là áp suất gây bởi trọng lượng cột chất lỏng có chiều cao h.  : là khối lượng riêng chất lỏng. - Trong một không gian nhỏ, áp suất khí quyển có thể coi là không đổi, không phụ thuộc vào độ cao. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 16 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Bài tập mẫu: Bài 1. Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 6 lít đến thể tích 4 lít, áp suất khí tăng thêm 0,75 atm. Tìm áp suất ban đầu của khí. Hướng dẫn Đề bài cho biết quá trình nén khí là quá trình nén đẳng nhiệt nên có thể áp dụng định luật B-M. - Liệt kê hai trạng thái của khối khí: + Trạng thái 1: V1 = 6 lít P1 = ? + Trạng thái 2: V2 = 4 lít P2 = P1 + 0,75 atm - Áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái của khối khí:  P1V1 = (P1 + 0,75).V2  P1V1 = P1V2 + 0,75.V2  P1  P1V1 = P2V2 0,75V2 V1  V2 - Thay số, ta có áp suất ban đầu của khí là: P1  0,75.4 = 1,5atm 64 Bài 2. Một bọt khí khi nổi từ đáy hồ lên mặt nước thì thể tích tăng gấp rưỡi. Giả sử nhiệt độ ở đáy hồ và mặt hồ như nhau. Hãy tính độ sâu của hồ. Biết áp suất khí quyển là P0 = 105 Pa, khối lượng riêng của nước là  = 103 kg/m3, g = 10 m/s2. Hướng dẫn Đề bài cho nhiệt độ ở đáy và mặt hồ không đổi nên ta sẽ áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái của khối khí trong bọt khí. - Liệt kê 2 trạng thái của khối khí: + Trạng thái 1: - Khối khí có thể tích V1 - Áp suất P1 của khối khí là áp suất tại một điểm ở đáy hồ bao gồm áp suất khí quyển P0 và áp suất Ph gây bởi trọng lượng của cột nước có chiều cao h: P1 = P0 + P2 = P0 + gh + Trạng thái 2: - Khối khí có thể tích V2=1,5V1 - Áp suất P2 của khối khí lúc này bằng áp suất khí quyển vì bọt khí ở trên mặt nước: P2 = P 0 - Áp dụng định luật B-M cho hai trạng thái của khối khí: P1V1 = P2V2 Hay (P0 +gh)V1 = P0.1,5V1 Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 17 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí 0,5P0 Suy ra: h = g Thay số, ta được độ sâu của hồ: 0,5.10 5 h= 3 =5m 10 .10 Bài 3. Một ống dài tiết diện nhỏ có một đầu kín và một đầu hở bên trong có chứa thủy ngân chiếm một đọan dài h = 12,5cm. Nếu dựng ống thẳng, đầu hở quay lên trên thì đáy cột thủy ngân cách đáy ống một khoảng là l 1=5cm. Nếu đầu hở quay xuống dưới thì khoảng cách ấy là l2=7cm. Trong khoảng ấy có không khí. Tính áp suất của khí quyển p0. Biết nhiệt độ khí quyển không đổi. Hướng dẫn Nhiệt độ khí quyển không đổi nên có thể áp dụng định luật (B - M ) Gọi S là tiết diện của ống. Áp suất gây bởi trong lượng cột thủy ngân chính bằng chiều cao của cột thủy ngân: ph = h - Liệt kê hai trạng thái của khối khí bị giữ trong ống: + Khi đầu hở của ống hướng lên : Thể tích khối khí : V1 = Sl1 Áp suất của khối khí : p1 = p0 + h + Khi đầu hở của ống hướng xuống : Thể tích khối khí : V2 = Sl2 Áp suất của khối khí : p2 = p0  h - Áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái của khối khí: p1V1 = p2V2 Hay (p0 + h). S.l1 = (p0 - h). S.l2 h (l1  l 2 ) Suy ra: P0 = l1  l 2 12,5 (7  5) Thay số, ta được áp suất của khí quyển là: P0 = 7  5 = 75(cmHg) 2. Các bài toán về quá trình đẳng tích - Định luật Charles: Phương pháp: Nếu đề cho P0, áp dụng công thức: Pt = P0 (1 + t) (1) Nếu đề không cho P0, áp dụng công thức: P1 P  2 T1 T2 (2) Thường thì nên áp dụng công thức (2): + Liệt kê các trạng thái của chất khí. + Áp dụng công thức (2). + Cần đổi toC ra ToK : T0K = 273 + toC Dạng toán này thường được áp dụng cho chất khí chứa trong bình hàn kín. Bài tập mẫu: Trong một bình chứa khí ở nhiệt độ 27oC và áp suất 2 atm. Khi nung nóng đẳng tích khí trong bình lên đến 87oC thì áp suất của khí lúc đó là bao nhiêu? Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 18 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Hướng dẫn Đề bài đề cập đến quá trình đẳng tích nên có thể áp dụng định luật Charles để giải . - Liệt kê hai trạng thái khí: + Trạng thái 1: t1 = 27oC  T1 = 273 + 27 = 300K P1 = 2 atm + Trạng thái 2: t2 = 87oC  T2 = 87 + 273 = 360K P2 = ? - Áp dụng định luật Charles: P1 P  2 T1 T2 P1 T2 Suy ra: P2 = T 1 Thay số, được áp suất khí trong bình sau quá trình nung nóng đẳng tích là: P2 = 2.360 =2,4atm 300 Bài tập luyện tập: Bài 1. Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ ở 27 oC và áp suất 0,6 at. Khi đèn cháy sáng, áp suất khí trong đèn là 1 at và không làm vỡ bóng đèn. Tính nhiệt độ của khí trong đèn khi cháy sáng. Coi dung tích của bóng đèn không đổi. ĐS: 227oC Bài 2. Biết thể tích của một lượng khí không đổi, hãy trả lời các câu hỏi sau : a. Chất khí ở 0oC có áp suất 5 at, hỏi áp suất của nó ở 273oC ? b. Chất khí ở 0oC có áp suất po , cần đun nóng chất khí tới nhiệt độ nào để áp suất nó tăng lên 3 lần? ĐS: 10 atm, 819oK Bài 3. Áp suất khí trơ trong bóng đèn tăng bao nhiêu lần khi đèn sáng nếu nhiệt độ nếu nhiệt độ đèn khi tắt là 25oC, khi sáng là 323oC ? ĐS: 2 lần o Bài 4. Khi đun nóng đẳng tích một khối khí thêm 1 C thì áp suất khí tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu của khí. ĐS: 87oC 3. Các bài toán về quá trình đẳng áp - Định luật Gay - Lussac: Phương pháp: - Nếu đề cho Vo, áp dụng công thức : Vt = Vo (1 + t ) - Nếu đề không cho Vo, áp dụng công thức : V1 V2  T1 T2 (1) (2) Chú ý: + Khi áp dụng công thức (2) cần liệt kê các trạng thái của khí và đổi toC ra ToK. + Trong dạng bài tập này áp suất khí không đổi thường là do cân bằng với áp suất khí quyển. Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 19 Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí Bài tập mẫu: Một bình dung tích V = 15 cm3 chức không khí ở nhiệt độ t1 = 177oC, nối với một ống nằm ngang chứa đầy thủy ngân, đầu kia của ống thông với khí quyển. Khối lượng thủy ngân chảy vào bình khi không khí trong bình được làm lạnh đến nhiệt độ t 2 là m = 68g. Tìm t2 , xem dung tích của bình không đổi và khối lượng riêng của thủy ngân là  = 13,6 g/cm3. Hướng dẫn Phân tích hiện tượng: - Khi khối khí trong bình ở nhiệt độ t 1, ống nằm ngang, cột thủy ngân cân bằng nghĩa là áp suất của khối khí trong bình bằng với áp suất khí quyển. - Khi làm lạnh khối khí đến nhiệt độ t 2 (nhiệt độ giảm) thì áp suất của nó sẽ giảm và nhỏ hơn áp suất khí quyển; do đó, một phần thủy ngân sẽ bị đẩy vào bình và chiếm một phần thể tích bình. Lúc này, thể tích khí trong bình giảm ; và do vậy, áp suất khí trong bình lại tăng cho đến khi cân bằng với áp suất khí quyển, cột thủy ngân đứng cân bằng và không chảy vào bình nữa. - Ta thấy, áp suất của khối khí trong bình trước và sau khi thủy ngân chảy vào là bằng nhau và bằng với áp suất khí quyển, do đó, có thể áp dụng định luật G - L cho hai trạng thái của khối khí. - Liệt kê 2 trạng thái của khối khí: + Trạng thái 1: t1 = 177oC  T1 = 177 + 273 = 4500K V1 = 15 cm3 + Trạng thái 2: T2 = ? Tìm V2 : -Thể tích thủy ngân chảy vào bình: V = m. -Thể tích khối khí trong bình còn lại là: V2 = V1 - V = V1 - m  + Áp dụng định luật Gay - Lussac: V1 V2  T1 T2 V .T T2  2 1 = 3000K Suy ra: V1 4. Các bài toán về hỗn hợp khí – Định luật Dalton: Phương pháp Định luật Dalton được dùng trong những bài toán về một hỗn hợp khí bao gồm n chất khí thành phần với khối lượng lần lượt là m1, m2,……,mn chứa trong một bình có thể tích V. Khi cần tính áp suất của hỗn hợp khí hay áp suất riêng phần của một chất khí trong hỗn hợp có thể áp dụng công thức: Gv. Nguyễn Đức Hào Trang 20