Giáo án Vật lí Lớp 10 theo CV5512 - Chủ đề 9: Nội năng và sự biến thiên nội năng. Các nguyên lí của nhiệt động lực học

docx 18 trang nhungbui22 09/08/2022 2620
Bạn đang xem tài liệu "Giáo án Vật lí Lớp 10 theo CV5512 - Chủ đề 9: Nội năng và sự biến thiên nội năng. Các nguyên lí của nhiệt động lực học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docxgiao_an_vat_li_lop_10_theo_cv5512_chu_de_9_noi_nang_va_su_bi.docx

Nội dung text: Giáo án Vật lí Lớp 10 theo CV5512 - Chủ đề 9: Nội năng và sự biến thiên nội năng. Các nguyên lí của nhiệt động lực học

  1. Giáo viên giảng dạy: Lớp dạy: Ngày soạn: Ngày dạy: Tiết 50, 51, 52: Chủ đề 9: NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG. CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Phát biểu được định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. - Chứng minh được nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích. - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. - Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH), nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH, vận dụng để xây dựng mô hình động cơ nhiệt và xây dựng biểu thức tính hiệu suất của động cơ. 2. Năng lực a. Năng lực chung - Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu. - Năng lực trình bày và trao đổi thông tin. - Năng lực nêu và giải quyết vấn đề. - Năng lực hoạt động nhóm. b. Năng lực đặc thù môn học - Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến sự biến đổi nội năng. -Vận dụng kiến thức đã học giải một số bài tập về truyền nhiệt, cân bằng nhiệt trong SGK và SBT. - Vận dụng được nguyên lí thứ nhất của NĐLH vào quá trình đẳng tích của khí lí tưởng để viết và nêu ý nghĩa vật lí của biểu thức của nguyên lí này cho quá trình này. - Vận dụng được nội dung nguyên lí thứ nhất và nguyên lí thứ hai của NĐLH giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự. 3. Phẩm chất - Có thái độ hứng thú trong học tập. - Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan. - Có tác phong làm việc của nhà khoa học. II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên - Bài giảng Powerpoint kèm thí nghiệm ở hình 32.1a và 32.1c SGK và các hình ảnh mô phỏng khác (máy nhiệt trong thực tế, - Phiếu học tập: Phiếu học tập số 1 Câu 1: Nội năng bao gồm những dạng năng lượng nào? Khái quát những điều đã nêu hãy phát biểu thế nào là nội năng? Đơn vị của nội năng là gì? Câu 2: Khi nào động năng của phân tử thay đổi? Khi nào thế năng tương tác giữa các phân tử thay đổi? Nhận xét gì về nội năng của hệ? Từ đó, cho biết nội năng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
  2. Câu 3: Hãy chứng tỏ nội năng của một lượng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ. Phiếu học tập số 2 Câu 1: Ở trên ta đã biết nội năng là gì và nội năng phụ thuộc vào yếu tố nào. Vậy muốn thay đổi nội năng của vật phải làm thế nào? Câu 2: Nếu có một khối khí được nhốt trong một xi lanh. Hãy làm thay đổi nội năng của khối khí bằng hai cách? Câu 3: + Cách nén pít tông để thay đổi thể tích khối khí là cách biến đổi nội năng bằng cách thực hiện công. Đối với vật rắn, ví dụ như tấm kim loại, để thay đổi nội năng ta thực hiện công bằng cách cọ sát tấm kim loại trên mặt bàn, miếng kim loại nóng lên và nội năng của vật tăng. + Cách ngâm xilanh vào nước nóng là cách biến đổi nội năng bằng cách truyền nhiệt lượng. Hãy so sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt; công và nhiệt lượng. Câu 4:Hãy mô tả và nêu tên các hình thức truyền nhiệt trong các hiện tượng vẽ ở Hình 32.3 Phiếu học tập số 3 Câu 1: Quan sát thí nghiệm hình 32.2. Từ thí nghiệm trên ta thấy: Khi cung cấp nhiệt lượng cho khối khí thì nội năng của khối khí tăng và khối khí sinh công làm pít tông chuyển động. Nếu như ta vừa cung cấp nhiệt lượng cho khối khí và vừa thực hiện công để ấn pít tông xuống thì độ tăng nội năng của khối khí được xác định băng biểu thức toán học cụ thể nào? Câu 2: Kết quả chúng ta vừa tính được chính là biểu thức của nguyên lí I nhiệt động lực học. Nguyên lý I nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt. Hãy phát biểu thành lời biểu thức trên? Câu 3: Nêu quy ước về dấu của nhiệt lượng và công? Câu 4: Xác định dấu của các đại lượng trong hệ thức của nguyên lí I NĐLH cho các quá trình hệ thu nhiệt lượng để tăng nội năng đồng thời thực hiện công. Câu 5: Các hệ thức sau đây diễn tả những quá trình nào? a. ΔU = Q khi Q > 0; ΔU = Q khi Q 0; ΔU = A khi A 0 và A 0 và A > 0. Phiếu học tập số 4 Xét quá trình đẳng tích a. Hãy biểu diễn đường đẳng tích trong hệ tọa độ p-V? b. Xác định công khi chất khí chuyển từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 (V1 = V2) c. Dựa vào nguyên lí I NĐLH, hãy xác định biểu thức tính độ biến thiên nội năng? Từ đó đưa ra nhận xét? Phiếu học tập số 5
  3. Câu 1. Về mùa hè, người ta có thể dùng máy điều hòa nhiệt độ để truyền nhiệt từ trong phòng ra ngoài trời, mặc dù nhiệt độ ngoài trời cao hơn trong phòng. Hỏi điều này có vi phạm nguyên lí II NĐLH không? Tại sao? Câu 2. Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Hãy chứng minh rằng, cách phát biểu trên không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Câu 3. Đọc mục 3. trang 178 SGK. a. Hãy nêu cấu tạo của động cơ nhiệt? b. Viết công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt? Nhận xét về giá trị của hiệu suất? Phiếu học tập số 6 Câu 1: Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xi lanh. Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết khí truyền ra môi trường cung quanh nhiệt lượng 20J. Câu 2: Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. Tại sao bóng không nảy lên được đến độ cao ban đầu? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng, mặt sân và không khí. Câu 3: Người ta cung cấp cho chất khí đựng trong xi lanh một nhiệt lượng 100 J. Chất khí nở ra đẩy pit-tông lên và thực hiện một công 70 J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu? 2. Học sinh - Ôn lại các khái niệm về công, nhiệt lượng, năng lượng, thuyết động học phân tử về chất khí. - Ôn lại bài “Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt” đã học ở THCS và chương IV. - SGK, vở ghi bài, giấy nháp. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1:Mở đầu: Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu vềnội năng và các nguyên lí nhiệt động lực học a. Mục tiêu: - Kích thích sự tò mò, hứng thú tìm hiểu kiến thức mới. b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên c. Sản phẩm: Sự tò mò, hứng thú tìm hiểu kiến thức mới. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 .Giáo viên đặt vấn đề: Ta đã học các dạng năng lượng: cơ năng, điện năng, nhiệt năng. Nếu để ý đến bên trong vật, còn có một dạng năng lượng khác, đó là nội năng. Vậy nội năng là gì? Nó phụ thuộc vào những thông số nào? Có thể biến đổi nội năng được không? .Giáo viên giới thiệu chương: Nhiệt động lực học nghiên cứu các hiện tượng nhiệt về mặt năng lượng và biến đổi năng lượng : - Nội năng và sự biến đổi nội năng. - Nguyên lí I nhiệt động lực học. - Nguyên lí II nhiệt động lực học. Bước 2 Học sinh tiếp nhận vấn đề.
  4. Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Tìm hiểu về nội năng, độ biến thiên nội năng và các cách làm thay đổi nội năng. a. Mục tiêu: - Phát biểu được định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. - Chứng minh được nội năng của một vật phụ thuộc nhiệt độ và thể tích. - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. - Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến sự biến đổi nội năng. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: A. Nội năng. 1. Nội năng là gì ? Nội năng của vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật : U = f(T, V) 2. Độ biến thiên nội năng. Trong nhiệt động lực học người ta không quan tâm đến nội năng của vật mà quan tâm đến độ biến thiên nội năng U của vật, nghĩa là phần nội năng tăng thêm hay giảm bớt đi trong một quá trình. B. Các cách làm thay đổi nội năng. 1. Thực hiện công. Khi thực hiện công lên hệ hoặc cho hệ thực hiện công thì có thể làm thay đổi nội năng của hệ. Trong quá trình thực hiện công thì có sự biến đổi qua lại giữa nội năng và dạng năng lượng khác. 2. Truyền nhiệt. a) Quá trình truyền nhiệt. - Khi cho một hệ tiếp xúc với một vật khác hoặc một hệ khác mà nhiệt độ của chúng khác nhau thì nhiệt độ hệ thay đổi và nội năng của hệ thay đổi. - Quá trình làm thay đổi nội năng không có sự thực hiện công gọi là quá trình truyền nhiệt. - Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác mà chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. b) Nhiệt lượng. - Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng. U = Q - Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay toả ra khi nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức : Q = mc t d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 .GV cho HS quan sát các hiện tượng khối khí sinh công. Qua các hiện tượng trên và nhiều hiện tượng tương tự khác ta thấy rằng, các khối chất khí đứng yên có thể sinh công nhờ áp suất gây ra bởi
  5. chuyển động của các phân tử và nhờ tương tác giữa các phân tử. Như vậy, các khối khí có năng lượng bên trong. Dạng năng lượng này được gọi là nội năng. .GV chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 1. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: Câu 1: - Vì các phân tử chuyển động hỗn độn và không ngừng nên có động năng. Các phân tử trong hệ cũng tương tác với nhau nên chúng có thế năng - Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của 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. - Vì nội năng là một dạng năng lượng nên có đơn vị: Jun (J) Câu 2: - Khi nhiệt độ thay đổi thì động năng của các phân tử cấu tạo nên vật thay đổi. - Khi thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử cấu tạo nên vật thay đổi, làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi. - N.xét: Nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật: U = f(T, V) Câu 3: Với khí lí tưởng, sự tương tác giữa các phân tử là không đáng kể, có thể bỏ qua nên chất khí lí tưởng không có thế năng, chỉ có động năng. Do đó nội năng khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ. - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 .GV lưu ý thêm cho HS về độ biến thiên nội năng. .GV chuyển giao nhiệm vụ : Yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 2 Bước 5 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 6 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: Câu 1: Muốn thay đổi nội năng của vật ta có thể thay đổi nhiệt độ hoặc thể tích hoặc cả nhiệt độ và thể tích của vật. Câu 2: Cách 1: Nén pít tông để thay đổi thể tích khối khí, thì khi thả pít tông, pít tông sẽ bị đẩy ra tức nội năng của khối khí tăng. Cách 2: Truyền nhiệt cho khối khí bằng cách ngâm xilanh vào nước nóng, thì pít tông sẽ dịch chuyển, tức nội năng của khối khí tăng. Câu 3: + So sánh sự thực hiện công và sự truyền nhiệt: Giống: Đều làm cho nội năng thay đổi Khác: Trong quá trình thực hiện công, có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác (ví dụ cơ năng) sang nội năng. Trong khi quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác. + So sánh công và nhiệt lượng: Công là phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình thực hiện công, còn nhiệt lượng là phần nội năng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt. Câu 4:Hình a: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt: Nhiệt lượng
  6. truyền trực tiếp từ than hồng sang thanh sắt. Hình b: Hình thức truyền nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt: Mặt Trời truyền nhiệt cho Trái Đất nhờ phát ra các tia bức xạ. Hình c: Hình thức truyền nhiệt là dẫn nhiệt và đối lưu: Đèn cồn truyền nhiệt cho bình nước nhờ sự lưu chuyển của không khí nóng. - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 7 .Giáo viên tổng kết hoạt động 2, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. + Ưu điểm: + Nhược điểm cần khắc phục: Hoạt động 2.2: Tìm hiểu nguyên lí I NĐLH và vận dụng a. Mục tiêu: - Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH), nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Vận dụng được nguyên lí thứ nhất của NĐLH vào quá trình đẳng tích của khí lí tưởng để viết và nêu ý nghĩa vật lí của biểu thức của nguyên lí này cho quá trình đó. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: C. Nguyên lí I nhiệt động lực học. 1. Phát biểu nguyên lí. Độ biến thiên nội năng của một vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. U = A + Q - Qui ước dấu: U > 0: nội năng tăng; U 0: hệ nhận công; A 0: hệ nhận nhiệt; Q < 0: hệ truyền nhiệt. 2. Vận dụng. Xét một khối khí lí tưởng chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2): - Với quá trình đẳng tích (A = 0), ta có : U = Q Độ biến thiên nội năng bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được. Quá trình đẳng tích là quá trình tuyền nhiệt. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 .Giáo viên trình chiếu thí nghiệm hình 32.2 và hoàn thành phiếu học tập số 3. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: Câu 1: AD định luật bảo toàn năng lượng, ta có độ tăng nội năng của hệ bằng tổng nhiệt lượng Q và công A mà hệ nhận được: U = Q + A (1)
  7. Câu 2: Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng đại số nhiệt lượng và công mà hệ nhận được. Câu 3: Qui ước dấu: U > 0: nội năng tăng; U 0: hệ nhận công; A 0: hệ nhận nhiệt; Q 0 vì hệ thu nhiệt lượng; A 0 vì nội năng của hệ tăng. Câu 5:a. ΔU = Q khi Q > 0: vật nhận nhiệt để làm tăng nội năng. Q 0: vật nhận công để làm tăng nội năng. A 0 và A 0 và A > 0: quá trình truyền nhiệt và thực hiện công : thu nhiệt và nhận công. - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 .GV lưu ý thêm về dấu của nhiệt lượng và công thông qua sơ đồ cho HS: Q>0 Q 0 A<0 Có thể dùng nguyên lí I NĐLH để tìm hiểu về sự truyền và chuyển hóa năng lượng, trong các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. .GV yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 4. Bước 5 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 6 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: a. Biểu diễn đường đẳng tích b. Với quá trình đẳng tích, thể tích không đổi không sinh công A = 0 c. Độ biến thiên nội năng: U = Q Độ biến thiên nội năng bằng nhiệt lượng mà hệ nhận được. Quá trình đẳng tích là quá trình tuyền nhiệt. - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 7 .Giáo viên tổng kết hoạt động 3 và chính xác hóa nội dung của HS. Hoạt động 2.3: Tìm hiểu nguyên lí II NĐLH và vận dụng a. Mục tiêu:
  8. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH, vận dụng để xây dựng mô hình động cơ nhiệt và xây dựng biểu thức tính hiệu suất của động cơ. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: D. Nguyên lí II nhiệt động lực học. 1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch: (Đọc thêm) 2. Nguyên lí II nhiệt dộng lực học. a. Cách phát biểu của Clau-di-út. Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn. b. Cách phát biểu của Các-nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. 3. Vận dụng. - Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỹ thuật. - Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt : - Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là : + Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1). + Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động. + Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2). | A | - Hiệu suất của động cơ nhiệt : H = < 1 Q1 d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 .GV đưa ra mô hình động cơ nhiệt, mô hình hai vật 1 nóng – 1 lạnh đặt gần nhau và đặt vấn đề: - Trong động cơ nhiệt ta nhận thấy, nếu biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được từ nguồn nóng thành công thì ta có thể chế tạo được một “động cơ vĩnh cữu” gọi là động cơ vĩnh cữu loại II. Tuy nhiên, điều này là không thể thực hiện được. - Khi hai vật nóng – lạnh đặt gần nhau, thì nhiệt luôn tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn. Còn quá trình ngược lại không thể “tự” xảy ra. Hai điều này được thể hiện qua nội dung nguyên lí II NĐLH. .GV yêu cầu HS đọc mục 2. trang 178 SGK và nêu hai cách phát biểu nguyên lí II. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: a. Cách phát biểu của Clau-di-út. Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang một vật nóng hơn. b. Cách phát biểu của Các-nô. Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.
  9. - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kỹ thuật. .GV chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 5. Bước 5 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 6 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày: Câu 1. Không, vì nhiệt không tự truyền từ trong phòng ra ngoài trời nóng hơn mà phải nhờ máy. Câu 2. Một phần nhiệt lượng động cơ nhiệt nhận được chuyển hóa thành công cơ học, phần con lại được truyền cho nguồn lạnh. Vì vậy năng lượng vẫn được bảo toàn, không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Câu 3: a. Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là : + Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1). + Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động. + Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2). | A | b. Hiệu suất của động cơ nhiệt : H = < 1 Q1 - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 7 .Giáo viên tổng kết hoạt động 4 và đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. + Ưu điểm: + Nhược điểm cần khắc phục: Hoạt động 3: Luyện tập a. Mục tiêu: Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến sự biến đổi nội năng. -Vận dụng kiến thức đã học giải một số bài tập về truyền nhiệt, cân bằng nhiệt trong SGK và SBT. - Vận dụng được nội dung nguyên lí thứ nhất và nguyên lí thứ hai của NĐLH giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Kiến thức được hệ thống và hiểu sâu hơn các định nghĩa. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 .Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS hoàn thành các BT 4, 5, 6, 7, 8 trang 173, BT 3 trang 179, BT 4, 5, 6, 7, 8 trang 180 và hoàn thành BT trong phiếu học tập sô 6. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV.
  10. Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Đại diện 1 nhóm trình bày. Câu 4: (Trang 173 SGK) đáp án B. Câu 5: (Trang 173 SGK) đáp án C. Câu 6: (Trang 173 SGK) đáp án B. Câu 7: (Trang 173 SGK) Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ. Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt: Q1 = m1.c1. Δt1 Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt: Q2 = m2.c2.Δt2 Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt: Q3 = m3.c3.Δt3 Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra: Q1 + Q2 = Q3 ↔ (m1.c1 + m2.c2)Δt1 = m3.c3.Δt3 Thay số ta được: (0,118.4,18.103 + 0,5.896).(t - 20) = 0,2.0,46.103 .(75 - t) ↔ 941,24.(t – 20) = 92.(75 – t) ↔ 1033,24.t = 25724,8 ⇒ t = 24,9ºC. Vậy nhiệt độ cân bằng trong bình là t ≈ 24,9ºC Câu 8: (Trang 173 SGK) Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt: Q1 = m1.c1. Δt1 Nhiệt lượng mà bình nhiệt lượng kế đồng thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt: Q2 = m2.c2.Δt2 Nhiệt lượng miếng kim loại tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt: Q3 = m3.c3.Δt3 Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra: Q1 + Q2 = Q3 ↔ (m1.c1 + m2.c2).Δt1 = m3.c3.Δt3 3 Thay số ta được: (lấy cnước = c1 = 4,18.10 J/(kg.K) ) 3 3 (0,21.4,18.10 + 0,128.0,128.10 ).(21,5 – 8,4) = 0,192.c3.(100 – 21,5) 3 → c3 = 0,78.10 J/(kg.K) Vậy nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại là 0,78.103 J/(kg.K) Câu 3: (Trang 179 SGK) đáp án D. Câu 4: (Trang 180 SGK) đáp án C. Câu 5: (Trang 180 SGK) đáp án A. Câu 6: (Trang 180 SGK) Áp dụng công thức nguyên lí I NĐLH: ΔU = A + Q Vì chất khí nhận công (khí bị nén) và truyền nhiệt nên A > 0, Q Q > 0. Khí thực hiện công => A < 0 Độ biến thiên nội năng của khí trong xilanh là: ΔU = A + Q = 100 - 70 = 30J.
  11. Câu 8: (Trang 180 SGK) Gọi S là diện tích tiết diện thẳng của xilanh, h là quãng đường pittông dịch chuyển, p là áp suất khí trong xilanh, ta có: Vì áp suất khí không đổi trong quá trình khí thực hiên công nên áp lực F lên pit-tông không đổi. → Công mà chất khí thực hiện có độ lớn là: A = F.h = p.S.h = p.ΔV = 8.106.0,5 = 4.106 J. Vì chất khí thực hiện công và nhận nhiệt nên theo quy dấu ta có: Q > 0, A 0; A < 0: U Q A 100 70 30 J - Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 Giáo viên tổng kết hoạt động 6 và đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. + Ưu điểm: + Nhược điểm cần khắc phục: Hoạt động 4: Vận dụng a. Mục tiêu: - Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân c. Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS. d. Tổ chức thực hiện: Nội dung 1: - Yêu cầu HS về nhà học bài và làm bài tập trong SBT. Ôn tập Nội dung 2: - Yêu cầu HS về nhà đọc phần “Em có biết?” trang 173, 174, trang 180, Mở rộng 181. V. ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)
  12. Giáo viên giảng dạy: Lớp dạy: Ngày soạn: Ngày dạy: Tiết 53: BÀI TẬPNỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG. CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Ôn lại định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. - Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH), nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH, nắm được cấu tạo động cơ nhiệt và biểu thức tính hiệu suất của động cơ. 2. Năng lực a. Năng lực chung - Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu. - Năng lực trình bày và trao đổi thông tin. - Năng lực nêu và giải quyết vấn đề. - Năng lực hoạt động nhóm. b. Năng lực đặc thù môn học - Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến sự biến đổi nội năng. - Vận dụng được nội dung nguyên lí thứ nhất và nguyên lí thứ hai của NĐLH giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự. 3. Phẩm chất - Có thái độ hứng thú trong học tập. - Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan. - Có tác phong làm việc của nhà khoa học. II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên - Chuẩn bị hệ thống các câu hỏi và bài tập trắc nghiệm khách quan, cũng như bài tập tự luận thuộc chương Tĩnh học. - Bảng tổng hợp các hệ thức tính công, nhiệt lượng và biến thiên nội năng trong một số quá trình của khí lý tưởng. Phương trình Quá trình Dữ kiện Tính A Tính Q nguyên lí I Đẳng tích V = hằng số A = 0 Q = cm t U = Q Đẳng áp P = hằng số A = - p(V2–V1) Q = cm t U = A + Q Trạng thái cuối trùng với U = 0 Q = -A Chu trình trạng thái đầu (AD cho cả quá trình đẳng nhiệt) - Phiếu học tập Phiếu học tập số 1
  13. Câu 1: Người ta thực hiện công 150 J để nén khí trong một xi lanh, thì thấy khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 50 J. Độ biến thiên nội năng của khí là : A. Tăng 200J B. giảm 200 J. C. Tăng 100 J.D. Giảm 100 J. Câu 2: Câu phát biểu nào sau đây không phù hợp với nguyên lí I NĐLH? A. Năng lượng được bảo toàn. B. Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được. C. Độ tăng nội năng của vật bằng tổng công vật thực hiện được và nhiệt lượng vật tỏa ra. D. Nhiệt lượng truyền cho vật làm tăng nội năng của vật và biến thành công mà vật thực hiện được. Câu 3: Với quá trình đẳng nhiệt thì độ biến thiên nội năng của lượng khí tính theo công thức : A. U A . B. U 0 . C. U Q A. D. U Q . Câu 4: Khí thực hiện công trong quá trình nào sau đây ? A. Nhiệt lượng mà khí nhận được nhỏ hơn độ tăng nội năng của khí. B. Nhiệt lượng mà khí nhận được bằng độ tăng nội năng của khí. C. Nhiệt lượng mà khí nhận được có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn độ tăng nội năng của khí. D. Nhiệt lượng mà khí nhận được lớn hơn độ tăng nội năng của khí. Câu 5: Với quá trình đẳng tích thì độ biến thiên nội năng của lượng khí tính theo công thức : A. U Q .B. U A .C. U Q A.D. U 0 . Câu 6: Một khối khí có V = 7,5 lít, p = 2.10 5 N/m2, t = 27oC, bị nén đẳng áp và nhận một công 50 J. Tính nhiệt độ của khí sau khi nén. A. 7oC.B. 17 oC.C. 27 oC.D. 37 oC. Câu 7: Người ta cung cấp cho chất khí đựng trong xi lanh một nhiệt lượng 260 J. Chất khí nở ra đẩy pit-tông lên và thực hiện một công 60J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu? A.Tăng 200 J.B. Giảm 200J.C. Tăng 320 J.D. Giảm 320 J. Câu 8: Khi truyền nhiệt lượng 6.10 6 J cho khí trong một xi lanh thì thấy nội năng của khí tăng 2.106 J. Xem quá trình biến đổi của khí là đẳng áp với áp suất 16.10 6 N/m2, lúc này thể tích khí A. Giảm 0,25 m3.B. Tăng 0,25 m 3.C. Tăng 1,0 m 3. D. Giảm 1,0 m3. Câu 9: Tìm hiệu suất của động cơ máy kéo có công suất 110 kW và tiêu thụ 28 kg điêzen trong 1 giờ. Cho năng suất tỏa nhiệt của điêzen là 42.106 J/kg. A. 25,5%.B. 30,4%.C. 33,7%.D. 35,4%. Câu 10: Chọn câu sai: A. Nội năng là một dạng năng lượng. B. Nội năng của một vật không phụ thuộc vào khối lượng của vật. C. Nội năng của một vật có thể tăng lên hoặc giảm đi. D. Nội năng và nhiệt lượng có cùng đơn vị. Phiếu hoc tập số 2 Câu 1: Khối khí có p = 1atm, V1 = 10 lít được dãn nở đẳng áp, thể tích tăng gấp 2 lần. Tính công do khí thực hiện. o Câu 2: Một khối khí có p 1 = 1atm, V1 = 12 lít, t1 = 27 C được đun nóng đẳng áp đến nhiệt o độ t2 = 77 C. Tính công của khí.
  14. Câu 3: một khối khí có V = 3 lít, p = 2.105N/m2, t = 270C được đun nóng đẳng tích rồi cho dãn nở đẳng áp. Khi dãn nở nhiệt độ tăng thêm 300 Tính công khí đã thực hiện. 2. Học sinh - Ôn lại các kiến thức thuộc chương Cơ sở của nhiệt động lực học đã học. - Làm các BT được giao về nhà. - SGK, vở ghi bài, giấy nháp. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Mở đầu: Ôn lại kiến thức thuộc chương Cơ sở của nhiệt động lực học. a. Mục tiêu: - Ôn lại định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học. - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. - Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH), nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH, nắm được cấu tạo động cơ nhiệt và biểu thức tính hiệu suất của động cơ. b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên c. Sản phẩm: Các kiến thức trọng tâm được hệ thống lại. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: (Có thể hoạt động cá nhân hoặc tổ chức hoạt động nhóm) - Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi sau: C1. Phát biểu định nghĩa nội năng. C2. Nội năng của một lượng khí lí tưởng có phụ thuộc vào thể tích không? Tại sao? C3. Nhiệt lượng là gì? Viết công thức tính nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra khi nhiệt độ của vật thay đổi. Nêu tên và đơn vị của các đại lượng trong công thức. C4. Phát biểu và viết hệ thức của nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu tên, đơn vị và quy ước dấu của các đại lượng trong hệ thức. C5.Phát biểu nguyên lí II NĐLH. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo cá nhân hoặc nhóm Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Cá nhân hoặc đại diện 1 nhóm trả lời. - Học sinh các nhóm thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 Giáo viên tổng kết hoạt động 1 Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Giải một số bài tập trắc nghiệm a. Mục tiêu: - Ôn lại định nghĩa nội năng trong nhiệt động lực học.
  15. - Nêu được các ví dụ cụ thể về thực hiện công và truyền nhiệt. - Viết được công thức tính nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, nêu được tên và đơn vị các đại lượng có mặt trong công thức. - Phát biểu và viết được công thức của nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học (NĐLH), nêu được tên, đơn vị và quy ước về dấu của các đại lượng trong công thức. - Phát biểu được nguyên lí thứ hai của NĐLH, nắm được cấu tạo động cơ nhiệt và biểu thức tính hiệu suất của động cơ. - Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến sự biến đổi nội năng. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Bài tập trắc nghiệm: 1. C. U = A + Q = 150 - 50 = 100J 2. C 3. B 4. D 5. A 10. B 6. D. Ta có: A = p.(V1 – V2) V2 = 7,25 lít V1 V2 V2 o ADCT: T2 T1 290K t2 = T2 – 273 = 17 C T1 T2 V1 7. A. U = A + Q = -60 + 260 = 200J 8. B. A = U – Q = -4.106J. Dấu trừ thể hiện khí sinh công V tăng: A = -p V V = A/-p = 0,25m3. 9. C. Nhiệt lượng động cơ nhận được từ nguồn nóng: Q = m.q = 1176.106 J A P.t Hiệu suất: H .100% .100% 33,7% Q Q d. Tổ chức thực hiện: Bước thực hiện Nội dung các bước Bước 1 Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 1. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo cá nhân (hoặc nhóm) Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Cá nhân hoặc đại diện 1 nhóm trình bày. - Học sinh các nhóm thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 Giáo viên tổng kết hoạt động 2. Hoạt động 2.2: Giải một số bài tập tự luận a. Mục tiêu: - Vận dụng được nội dung nguyên lí thứ nhất và nguyên lí thứ hai của NĐLH giải các bài tập ra trong bài học và các bài tập tương tự. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: . Bài tập tự luận: 5 3 3 Câu 1: p = 1 atm = 10 Pa; V1 = 10 lít = 0,01m V2 = 2.V1 = 0,02m . Công do khí thực hiện: A = p.(V2 – V1) = 1000J
  16. p1 1atm p2 p1 p Đẳng áp Câu 2: TT (1): V1 12l TT (2): V2 ? T1 300 K T2 350K V1 V2 T2 ADCT: V2 V1 14l T1 T2 T1 5 -3 Công do khí thực hiện: A = p.(V2 – V1) = 10 .(14 – 12).10 = 200J Câu 3: p1 12atm p2 p3 p2 Đẳng tích Đẳng áp TT (1): V1 3l TT (2): V2 V1 TT (3): V3 T1 300 K T2 T3 T2 30 p1 p2 T2 V3 V2 T3 V2 = V1 nên: p2 p1 (1); p3 p2 nên: V3 V2 (1). T1 T2 T1 T3 T2 T2 Khí thực hiện công: A A1 A2 A2 (A1 0) vì đẳng tích. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực hiện Nội dung các bước Bước 1 Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 2. Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm có sự hướng dẫn của gv Bước 3 Báo cáo kết quả và thảo luận - Cá nhân hoặc đại diện 1 nhóm trình bày. - Học sinh các nhóm thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 4 Giáo viên tổng kết hoạt động 3, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. + Ưu điểm: + Nhược điểm cần khắc phục: Hoạt động 4: Vận dụng a. Mục tiêu: - Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân c. Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS. d. Tổ chức thực hiện: Nội dung 1: - Ôn hệ thống lại kiến thức của chương và xem lại các dạng toán đã gặp. Ôn tập Nội dung 2: Từ nội dung bài tập và phương pháp giải bài tập đã trình bày, hãy tự ra Rèn khả năng đề 3 bài tập tương ứng cùng dạng với 3 bài tập ở phần tự luận (kèm ra đề hướng giải) Nội dung 3: - Xem trước bài 34 và bài 36 thuộc chương VII. Chuẩn bị cho tiêt sau
  17. V. ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)