sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến Sở gd & đt Hoà bình Trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến Sáng kiến cải tiến TI : rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh lớp 10 thpt qua hệ thống bài tập ch lớp 10 thpt qua hệ thống bài tập ch ơng các định luật ơng các định luật chất khí chất khí Giáo viêN: nguyễn văn tuấn Tổ : khtn i Năm học: 2008-2009 Vật lí &khoa học sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến Mở đầu I. lý do chọn đề tài: 1. Đổi mới phơng pháp dạy học là khắc phục phơng pháp truyền thụ một chiều, rèn luyện thói quen, nếp sống t duy sáng tạo của ngời học. Để thực hiện đợc nhiệm vụ này cần phải bồi dỡng đợc cho học sinh phơng pháp học tập để phát triễn t duy nhận thức và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế. Muốn nâng cao chất lợng học tập bộ môn Vật Lý phải có nhiều yếu tố song hành trong đó viêc áp dụng các phơng pháp hớng dẫn giải bài tập Vật Lý đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình giải bài tập Vật lý lớp 10 nói chung và bài tập chơng các định luật chất khí nói riêng, học sinh còn nhiều lúng túng, nhiều em cha có phơng pháp giải phù hợp, linh hoạt cha biết vận dụng phơng pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập một cách có hiệu quả. 2. Bài tập vật lí là một trong những công cụ không thể thiếu đợc trong quá trình dạy học. Với tính chất là một phơng tiện dạy học, bài tập vật lí giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí: - Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiển - Thông qua các bài tập vật lí, với sự vận dụng linh hoạt kiến thức đã học để tự lực giải quyết tốt những tình huống có vấn đề thì các kiến thức đó trở nên sâu sắc, hoàn thiện hơn. - Bài tập vật lí là phơng tiện tốt để phát triển óc tởng tợng, tính độc lập trong suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn. - Bài tập vật lí là một hình thức cũng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức trong một chơng hay một phần. - Đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập vật lí còn là phơng tiện kiểm tra kiến thức và kĩ năng của học sinh. 3. Việc vận dụng phơng pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập vật lý ở ch- ơng này sẽ mở cho các em một hớng giải bài tập linh hoạt hơn: trên cơ sở những dữ kiện đề ra, phân tích những đại lợng và tìm mối liên hệ giữa những đại lợng đó dựa trên các định luật vật lýđã học, tổng hợp lại và tìm ra hớng giải phù hợp và đúng sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến nhất của bài toán, nhờ đó rèn luyện khả năng phân tích tổng hợp, t duy sáng tạo cho học sinh. II. Mục đích đề tài: - Thấy đợc tầm quan trọng của các bài tập vật lí trong việc dạy học vật lý. - Trình bày một số bài tập chơng Các định luật chất khí vật lí 10 THPT. - Nêu rỏ vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lí trong quá trình ôn tập cũng cố khắc sâu kiến thức. III. ý tởng của đề tài: Có thể chọn và sắp xếp một hệ thống bài tập trong chơng Các định luật chất khí vật lí 10 THPT và thông qua việc giải chúng để nâng cao năng lực phân tích - tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT. IV. nhiệm vụ đề tài: - Học sinh nhận biết đợc các bớc t duy phân tích - tổng hợp. - Vận dụng các bớc của t duy phân tích - tổng hợp vào việc giải bài tập nói chung. - Thông qua hệ thống bài tập trong chơng Các định luật chất khí vật lí 10 THPT làm cho học sinh hiểu và rèn luyện cho chúng các thao tác t duy phân tích - tổng hợp trong từng bớc giải sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến Nội dung Chơng I Cơ sở lí luận của việc sử dụng bài tập vật lý để rèn luyện kỹ năng phân tích- tổn hợp cho học sinh. I. Cơ sở lí luận: 1. Vai trò và ý nghĩa của bài tập vật lý trong quá trình dạy học. - Bài tập vật lý với t cách là một phơng tiện dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học. - Bài tập vật lý giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lý, những hiện tợng vật lý. Biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn. - Bài tập vật lý đóng vai trò to lớn trong việc phát triển t duy phân tích tổng hợp, phát triển tính độc lập suy nghĩ, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn. - Các hình thức khác nhau của bài tập vật lý tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt các định luật, định lí và thuyết vật lý để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở thành sâu sắc hoàn thiện và trở thành tri thức riêng của mình. 2. Các bớc giải bài tập vật lý : Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú nhng chúng ta có thể nêu ra khái quát chung về phơng pháp giải gồm các bớc sau: -Bớc 1: Tìm hiểu đề bài: Nghiên cứu kỹ đề bài, lập đợc bảng tóm tắt bằng ký hiệu toán học -Bớc 2: Xác lập mối liên hệ: Phân tích dữ liệu và tìm thêm dữ liệu trong kho tri thức liên quan, xây dựng các bài toán trung gian theo hệ thống dẫn đến việc đáp ứng yêu cầu chung của bài toán. Cụ thể dùng phơng pháp phân tích từ những đại l- ợng phải tìm đi ngợc lại xem xét những kiến thức nào liên quan đến nó, trong những kiến thức này tìm con đờng nào gần nhất đến dự kiện đã cho. -Bớc 3: Giải tìm ra kết quả: Có thể theo lối cuốn chiếu đi từ từng bài toán trung gian trong hệ thống đã thiết lập. Có thể theo lối tổng hợp nêu công thức tổng quát thoã mãn yêu cầu, sau đó tìm từng đại lợng trong công thức đó bằng cách giải bài toán phụ, cuối cùng thay giá trị vào các công thức tổng quát. -Bớc 4: Kiểm tra xác nhận kết quả: Kiểm tra tính toán đã chính xác cha, giải quyết hết yêu cầu bài toán đặt ra cha, kết quả thu đợc có phù hợp thực tế không và kiểm tra thứ nguyên của các đại lợng vật lý đã tìm. * Đối với bài tập vật lý trắc nghiệm khách quan các bớc thực hiện vẫn nh trên, riêng bớc thực hiện lời giải thì đợc làm ở giấy nháp, còn kết quả lời giải là việc chọn ra câu đúng và đánh dấu vào dó. sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến 3. Phơng pháp phân tích tổng hợp: Trên đây nói lên các bớc chung để giải một bài tập vật lý, nhng để thực hiện các bớc tốt nhất thì chúng ta cần nắm vững phơng pháp phân tích - tổng hợp. Phân tích-tổng hợp là hai mặt của một quá trình t duy thống nhất. Phân tích là cơ sở của tổng hợp, đợc tiến hành theo hớng dẫn tới tổng hợp. Sự tổng hợp diễn ra trên cơ sở phân tích, phân tích và tổng hợp nhiều khi xen kẽ nhau. Phân tích càng sâu thì tổng hợp càng đầy đủ, tri thức về sự vật hiện tợng càng phong phú. a, Các bớc của phơng pháp phân tích- tổng hợp. B ớc1: Khảo sát đối tợng cần nhận thức một cách toàn bộ. Nếu đối tợng cần nhận thức là vật thể thì ta khồng chỉ khảo sát đối tợng ở hình thức bề ngoài của nó mà còn phải xem xét mục đích sử dụng và chức năng của đối tợng dù rằng đối với một số vật thể học sinh đã biết nhiều về mục đích sử dụng của chúng. B ớc2: Phân chia đối tợng cần nhận thức thành các yếu tố, các bộ phận các tính chất, các mối liên hệ. B ớc3: Tách các yếu tố cơ bản bản chất ra khỏi các yếu tố không cơ bản không bản chất B ớc4: Tập hợp các yếu tố cơ bản thành một đối tợng trừu tợng. Mối liên hệ chức năng giữa các yếu tố cơ bản đợc làm rõ. Nếu đối tợng nhận thức là vật thể thì vẽ sơ đồ diễn tả hiệu quả phối hợp của các yếu tố này. B ớc5: Khái quát hoá và tìm mối liên hệ có tính quy luật, rút ra quy luật hoạt động cho tất cả các đối tợng tơng tự. B ớc 6: Kiểm tra lại sự khái quát hoá trên các đối tợng cùng loại nhng không thuộc đối tợng nghiên cứu. b, Cách hớng dẫn học sinh giải bài tập của phơng pháp phân tích- tổng hợp. Muốn hớng dẫn học sinh giải một bài tập nào đó, giáo viên cần phân tích đợc phơng pháp giải bài tập đó bằng cách vận dụng những hiểu biết về t duy giải bài tập vật lý. Đồng thời với mục đích rèn luyện t duy phân tích-tổng hợp cho học sinh, khi hớng dẫn giải giáo viên phải chỉ ra cho học sinh thấy đợc các bớc của thao tác t duy này để từ đó họ vận dụng vào giải các bài tập tơng tự. - Hớng dẫn theo mẫu: là kiểu hớng dẫn trong đó chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt đợc kết quả mong muốn. Những hành động này đợc gọi là hành động sơ cấp, đợc học sinh hiểu một các đơn giản và nắm vững nó. - Hớng dẫn tìm tòi: là kiểu hớng dẫn mang tính gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề, giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác địng các hành động cần thực hiện để đạt đợc kết quả. - Hớng dẫn khái quát chơng trình hoá: là kiểu hớng dẫn học sinh tự đi tìm cách giải quyết, giáo viên định hớng t duy của học sinh theo đờng lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Sự định hớng ban đầu đòi hỏi học sinh tự lực tìm tòi giải quyết. Nếu học sinh không đáp ứng đợc thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến phát triển định hớng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bớc bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp phạm vi tìm tòi, giải quyết, cho vừa sức học sinh. Nếu học sinh vẫn cha tìm tòi, giải quyết đợc thì hớng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hơng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành đợc yêu cầu của bớc 1, từ đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bớc tiếp theo. Nếu cần giáo viên sẽ giúp đỡ thêm, cứ nh vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề. Chơng II. bài tập chơng các định luật chất khí vật lý 10 THPT nhằm rèn luyện kỹ năng phân tích-tổng hợp cho học sinh. I. Bài tập định luật bôi-lơ - ma-ri-ốt: A. Kiến thức cơ bản : 1. Quá trình đẳng nhiệt : Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ đợc giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt. 2. Định luật Bôi-Lơ - Ma-ri-ốt : Trong quá trình đẳng nhiệt của một lợng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. 1 p V : hay pV = hằng số 3.Đờng đẳng nhiệt: Đờng biểu diễn sự phụ biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi gọi là đờng đẳng nhiệt. Trong hệ toạ độ(p,V) đờng này là đờng hypebol. V T 2 >T 1 T 1 T 2 p O sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến B. bài tập mẫu: Bài 1: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến 4 lít thì áp suất tăng lên bao nhiêu lần? B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: V 1 = 10 lít ; V 2 = 4 lít Đại lợng cần tìm: Tỉ số 2 1 P P . B ớc2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Xác định rỏ lợng khí không đổi nén đẳng nhiệt, nên xác định sự tăng áp suất ta áp dụng định luật B-M B ớc3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng định luật B-L: P 1 V 1 =P 2 V 2 Suy ra: 2 1 1 2 10 2,5 4 P V P V = = = B ớc4. Củng cố: Chú ý: khi tính tỉ số độ lớn của cùng một đại lợng thì có thể dùng một đơn vị tuỳ ý chung cho cả mẫu số và tử số. Bài 2: Một bọt khí ở đáy hồ sâu 6 m nổi lên đến mặt nớc. Hỏi thể tích của bọt khí tăng lên bao nhiêu lần? Giải: B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã cho: áp P 1 ở độ sâu 6 m trong nớc; áp suất khí quyển P 2 Đại lợng cần tìm: Tỉ số 2 1 V V B ớc2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Cần tính các đại lợng đã cho thành số, sau đó áp dụng định luật B-L Ta có: P 2 =1atm=1,013.10 5 P a P 1 =P 2 + P Trong đó P là độ chênh áp suất ứng với độ chênh h của độ sâu là 6 m trong nớc( nớc có khối lợng riêng là =1000kg/m 3 ). P= g h=1000.9,81.6=58860 P a B ớc3. Thực hiện kế hoạch giải: Theo định luật B-M: P 1 V 1 =P 2 V 2 Suy ra: sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến 5 2 1 5 1 2 1,6016.10 1,58 1,013.10 P V P V = = = Vậy thể tích bọt khí tăng lên 1,6 lần B ớc4. Củng cố: Chú ý: âp suất khí quyển khi không cho biết cụ thể thì phải coi là bằng 1 atm ii. Bài tập định luật sác-lơ: A. Kiến thức cơ bản : 1. Quá trình đẳng tích: Quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi là quá trình đẳng tích. 2. Định luật sác-lơ: Trong quá trình đẳng tích của một lợng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ thuyệt đối. P T =hằng số hay 1 2 1 2 P P T T = 3. Đờng đẳng tích: Đờng biểu diễn sự biến thiên Của áp theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đờng đẳng tích. B. bài tập mẫu: Bài1: Một bình kín chứa khí ở áp suất 100 kP a và nhiệt độ 17 o C. Làm nóng bình đến 57 o C. a) Tính áp suất P của khí trong bình ở 57 o C. b) Vẽ đờng biểu diễn biến thiên áp suất theo nhiệt độ. c) Vẽ đờng biểu diễn quá trình trên đồ thị P-V, biết thể tích khí là V 0 . Giải: B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: t 1 =17 o C; P 1 =100 kP a . Đại lợng cần tìm: áp suất P 2 ở nhịêt độ t 2 : đờng biểu diễn áp suất theo nhiệt độ. B ớc2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: T(k) V 2 >V 1 V 1 V 2 p O sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến Cần đổi nhiệt độ: T 1 =t 1 +273=290k T 2 =t 2 +273=330k B ớc3. Thực hiện kế hoạch giải: a) áp dụng định luật Sác-lơ: Suy ra: 5 5 2 2 1 1 330 10 1,138.10 290 a T P P p T = = = b) Đờng biểu diễn là đoạn thẳng nối hai điểm 1 và 2 trên đồ thị P-T B ớc4. Củng cố: Chú ý đoạn thẳng kéo dài của đờng biểu diễn áp suất theo nhiệt độ đi qua góc toạ độ O ứng với nhiệt độ T=Ok và P=O. Bài2: Một bình khí đợc đóng kín bằng một nút có tiết diện 3,2 cm 2 . áp suất của khí trong bằng áp suất khí quyển bên ngoài, nhiệt độ của khí là 7 0 C. Lực ma sát giữ nút có giá trị cực đại là 8 N. Hỏi phải đun nóng khí đến nhiệt độ nàođể nút bật ra. B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: P 1 =P 0 =1,013.10 5 P a ; t 1 =7 0 C ; F ms =8N; S=3,2cm 2 Đại lợng cần tìm: t 2 để nút bật ra B ớc2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Để nút bật ra thì áp suất của khí trong bình cần có giá trị lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực ma sát tác dụng lên nút bình. Có nghĩa là chúng ta phải đun nóng khí lên nhiệt độ t 2 để khí trong bìng có áp suất: 2 0 ms P P P + Lợng khí ở hai trạng thái: P 1 =P 0 =1,013.10 5 P a ; T 1 =273+ t 1 =280k P 2 =P 0 + P ms =013.10 5 + 4 8 3, 2.10 =1,263.10 5 P a ; T 2 =273+t áp dụng định luật Sác-Lơ ta tìm đợc nhiệt độ cần xác định T(k) 2 P(kp a O 1 114 100 290 300 2 1 2 1 P P T T = sở gd & đt hoà bình trờng thpt cộng hoà Sáng kiến cải tiến B ớc3. Thực hiện kế hoạch giải: Cần tăng nhiệt độ của khí trong bình vợt quá giá trị T 2 đợc xác định nh sau: áp dụng định luật Sác-Lơ: 2 1 2 1 P P T T = Suy ra: 5 2 2 1 5 1 1, 263.10 280 347, 2 1,013.10 P T T K P = = = Vậy phải đun nóng khí đến nhiệt độ 347,2K, tức là 74,2 0 C. B ớc4. Củng cố: Phải làm rỏ đợc bản chất của vấn đề là muốn cho nút bật ra thì áp suất của khí trong bình phải lớn hơn áp suất khí quyển cộng với áp suất do lực masát tác dụng lên nút. Bài3: Van an toàn của một nồi áp suất sẽ mở khi áp suất trong nồi 9 atm. ở 20 0 C, hơi trong nồi áp suất 1,5 atm. Hỏi ở nhiệt độ nào thì van an toàn sẽ mở? B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: t 1 =20 0 C, p 1 =1,5 atm, p 2 =9 atm Đại lợng cần tìm: t 2 =? B ớc2. Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Lợng khí trong nồi áp suất khi van cha mở có thể tích không đổi nên đây là quá trình đẳng tích. Trạng thái đầu có: T 1 =273+t 1 =293k, p 1 =1,5 atm Trạng thái cuối có: T 2 =273+t 2 , p 1 =9 atm áp dụng định luật Sác-Lơ để tìm t 2 B ớc3. Thực hiện kế hoạch giải: áp dụng định luật Sác-Lơ: 2 1 2 1 P P T T = Suy ra: 2 2 1 1 9 293 1758 1,5 P T T k P = = = Vậy nhiệt độ của khí là 1758k hay 1485 0 C B ớc4. Củng cố: Nồi áp suất có tác dụng làm tăng nhiệt sôi của chất lỏng. iii. Bài tập định luật gay-luy-xác: [...]... lit và áp suất p1=4,1 atm tới trạng thái 2 có thể tích 1 V2=9 lit và áp suất p2=15,5 atm.Nhiệt độ P1 lớn nhất mà khối khí có đợc là bao nhiêu nếu đờng biểu diễn quá trình biến O đổi từ trạng thái từ 1 sang 2 nh hình vẽ V2 V1 V Bớc1 Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: V1=32 lit, p1=4,1 atm, V2=9 lit p2=15,5 atm m=20g, à = 4 Đại lợng cần tìm: Tmax=? Bớc2 Phân tích bài tập và kế hoạch giải: Trong toạ độ p-V . có đợc là bao nhiêu nếu đờng biểu diễn quá trình biến đổi từ trạng thái từ 1 sang 2 nh hình vẽ. B ớc1. Tóm tắt đề: Đại lợng đã biết: V 1 =32 lit, p 1 =4,1