Giáo án Vật lý 10 bài 31: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

Trường THPT Yên Khánh A
Giáo sinh thực tập: Nguyễn Thị Tân Mùi 
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Tú
Ngày soạn :1/3/2013
Ngày dạy: 7/3/2013
 Giáo án bài 31: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
Mục tiêu
Kiến thức
Học sinh biết vận dụng kiến thức về định luật Bôi lơ – Mariot và định luật Saclo để tìm ra phương trình thể hiện sự phụ thuộc nhau của ba đại lượng: thể tích, áp suất, nhiệt độ của một lượng khí xác định.
Học sinh biết cách suy ra quy luật của sự phụ thuộc thể tích của một lượng khí có áp suất không đổi vào nhiệt độ của nó, dựa vào phương trình trạng thái.
Học sinh phát biểu được nội dung định luật Gayluyxac và nêu được điều kiện áp dụng định luật.
Áp dụng được phương trình trạng thái và định luật Gayluyxac để giải các bài tập có liên quan.
Kỹ năng
Vẽ đồ thị.
Rút ra phương trình trạng thái khí lí tưởng bằng cách suy luận lý thuyết.
Vận dụng được phương trình trạng thái của khí lí tưởng để giải các bài tập có liên quan.
II. Chuẩn bị. 
Học sinh: ôn lại kiến thức về định luật Bôiơ-Mairiốt và định lụât Sắclơ.	 
IV. Tổ chức hoạt động dạy học.
 (tiết 1)1.Hoạt động 1. Kiểm tra bài cũ. 
 Phát biểu và viết biểu thức định luật Bôiơ-Mairiốt và định lụât Sắclơ. 
2.Hoạt động 2. Nhận biết khí thực và khí lí tưởng.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Ghi bảng
 Đọc SGK và trả lời câu hỏi: Thế nào là khí thực, khí lí tưởng? 
Nhấn mạnh: Khi ở nhiệt độ, áp suất thông thường không quá cao khí thực và khí lí tưởng không có sự khác biệt lớn. Do vậy vẫn áp dụng được các định luật chất khí cho khí thực.
Cá nhân suy nghĩ và trả lời:
+ Khí thực là khí tuân theo gần đúng định luật Bôilơ- Mariôt và định luật Sáclơ. Ví dụ: khí ôxi, nitơ, cacbonic
+ Khí lí tưởng tuân theo đúng định luật Bôilơ- Mariôt và định luật Sáclơ.
I. Khí thực và khí lí tưởng.
 3.Hoạt động 3: Xây dựng phương trình trạng thái của khí lí tưởng. 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Ghi bảng
Đặt vấn đề:
GV: nhúng quả bóng bàn bẹp vào ca nước nóng. 
+ Các em hãy cho biết hiện tượng xảy ra với quả bóng?
+ Xét khối khí trong quả bóng: áp suất, thể tích, nhiệt độ khí thay đổi như thế nào? Có thể xác định các đại lượng trên từ định luật Bôilơ- Mariôt, định luật Sáclơ được không?
Bây giờ chúng ta sẽ xây dựng phương trình biểu diện mối liên hệ cả ba thông số trạng thái này. 
Thông báo: Trong thực tế khi có sự thay đổi trạng thái khí thì cả ba thông số cùng thay đổi. Xét một khối khí m ở trạng thái 1 có p1, T1 , V1 chuyển sang trạng thái 2 là p2 , T2, V2. Hãy tìm mối liên hệ giữa các thông số này và vẽ đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi đó? 
(Gợi ý: Ta chuyển qua một trạng thái trung gian 1’ và giữ một thông số không đổi).
+ Quan sát các nhóm làm việc, nhận xét và đưa ra phương án khả thi nhất. Vì chúng ta chưa biết được mối liên hệ các thông số trong quá trình đẳng áp, nên phương án 1 hoặc 2 là khả thi nhất.
Từ các mối quan hệ trên, thử rút ra một biểu thức mà trong đó không có các thông số trạng thái của trạng thái 1’?
Từ đây có thể rút ra được kết luận gì?
Nhận xét: 
= hằng số gọi là phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Việc chọn trạng thái 1 sang 2 là bất kì nên có thể viết biểu thức : = hằng số.
?: hãy vẽ trên đồ thị p-V quá trình biến đổi trên?
Mở rộng:
-Hằng số C đặc trưng cho lượng khí mà ta đang xét
-Xét một lượng khí có khối lượng m(g). Khối lượng riêng M(g/mol)
Số mol: n=mM
Xét lượng khí đó ở điều kiện tiêu chuẩn: p0= 1atm= 1,013.105Pa
 T0= 273 K
 V0=22,4.n= 0,0224.n (m3/mol)
C=
	Với R=8,31(J/K.mol)đúng với mọi chất khí	
+ Trả lời:
 -Quả bóng phồng lên.
 - T, P, V khí đều tăng.
 - Không xác định được P, T, V khí từ định luật Bôilơ- Mariôt, định luật Sáclơ vì T, V đều thay đổi. 
+ Tiếp nhận vấn đề học tập mới.
+ Làm việc theo nhóm, cử đại diện lên trình bày kết quả: 
 - Phương án 1: Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái trung gian 1’ bằng quá trình đẳng nhiệt. Sau đó từ 1’ sang 2 bằng quá trình đẳng tích.
- Phương án 2: Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái trung gian 1’ bằng quá trình đẳng tích. Sau đó từ 1’ sang 2 bằng quá trình đẳng nhiệt.
- Phương án 3: Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái trung gian 1’bằng quá trình đẳng áp. Sau đó từ 1’ sang 2 bằng quá trình đẳng tích.
+ Phương án 4: Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái trung gian 1’ bằng quá trình đẳng nhiệt. Sau đó từ 1’ sang 2 bằng quá trình đẳng áp.
+ (p,T,V) (p’2 ,T,V2) là quá trình đẳng nhiệt. Ta có: 
+ (P’,V,T)(P,V,T) là quá trình đẳng tích.
Ta có : 
 .
Hay 
 Tổng quát :
 = hằng số.(*)
Lắng nghe
Hs thực hiện yêu cầu.
Lắng nghe.
II. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
+ (p,T,V)
(p’2 ,T,V) là quá trình đẳng nhiệt.Ta có: 
+ (P’,V,T) (P,V, T) là quá trình đẳng tích.Ta cóV
 .
Hay 
 Tổng quát :
 = hằng số.(*)
Gọi phương trình này là phương trình trạng thái của khí lý tưởng
P
P2	(2)
p1	(1)	T2
p1’	(1’)	T1
O V1 V2 V
Mở rộng:
-Hằng số C đặc trưng cho lượng khí mà ta đang xét
-Xét một lượng khí có khối lượng m(g). Khối lượng riêng M(g/mol)
Số mol: n=mM
Xét lượng khí đó ở điều kiện tiêu chuẩn: p0= 1atm= 1,013.105Pa
 T0= 273 K
 V0=22,4.n= 0,0224.n (m3/mol)
C=
	Với R=8,31(J/K.mol) đúng với mọi chất khí
4.Hoạt động 4. Vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Trạng thái 1. P=1at , T= 47C
 V= 2 dm
Trạng thái 2. P =15at, V=0,2dm3
T =?
 Giải.
Áp dụng phương trình trạng thái: T = Thay số.
 T = = 480 K.
(tiết 2)5.Hoạt động5: Xây dựng quá trình đẳng áp.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
 Ghi bảng
Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm lại biểu thức (*)
Làm thế nào để có thể kiểm nghiệm được biểu thức (*) nhờ thí nghiệm? 
Gv thảo luận với HS để chọn ra phương án đơn giản nhất => chọn phương án 2
Nếu giữ 1 thông số không đổi thì (*) có thể tướng đương với các biểu thức nào? 
Trong ba biểu thức trên đã có 2 biểu thức được kiểm nghiệm rồi, vì vậy nếu (*) đúng thì VT = const, khi p = const phải đúng? Chúng ta sẽ đi kiểm chứng biểu thức này.
Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra :
Các em có thể thiết kế 1 phương án thí nghiệm kiểm tra ?
(gợi ý : dụng cụ cần những gì? Tiến hành như thế nào?
Xử lý kết quả ra sao? Cần lưu ý gì?)
Giáo viên trình bày thí nghiệm và rút ra kết luận :
Kết luận: Biểu thức = hằng số là biểu thức nêu lên mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định khi áp suất không đổi (đó chính là nội dung định luật Gayluyxắc do nhà bác học Gayluyxăc tìm ra bằng phương pháp thực nghiệm). 
Quá trình đẳng áp là gì?
* Phát biểu mối quan hệ giữa V và T của khí khi P không đổi?
Sự phụ thuộc V theo T được biểu diễn bằng biểu thức hoặc đồ thị. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí nhất định khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. 
* Vẽ dạng đường đẳng áp trong hệ toạ độ ( V, T)?
* Vì sao đường đẳng áp phần gần gốc toạ độ có nét đứt?
+ Ứng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí ta có đường đẳng áp khác nhau. 
* So sánh áp suất P1 và P2?
+ Đề xuất phướng án thí nghiệm:
Có thể đi đo p, V, T của lượng khí ở trạng thái 1 và trạng thái 2
Có thế giữ một thông số cố định, thay đổi một thông số, theo dõi sự thay đổi của thông số còn lại xem có tuân theo quy luật không?
pV = const, khi T = const => biểu thức định luật B – M 
+ pT=const, khi V = const => biểu thức định luật Saclo
+ VT = const, khi P = const 
HS lắng nghe và xác định được biểu thức cần kiểm nghiệm
Hs thảo luận và thiết kế phương án
Dụng cụ cần : 1 bình khí, nhiệt kế, bình khí có thể cho biết thể tích. Nung nóng khí trong bình để khí giãn nở và ghi lại giá trị nhiệt độ và thể tích, lập bảng số liệu và tính và so sánh V/T. Cần lưu ý răng tiên hành thí nghiệm nằm ngang, và nung nóng bình khí bằng nước nóng, đun nóng chậm nước, ghi nhanh giá trị V.
Cá nhân trả lời câu hỏi. 
Cá nhân trả lời câu hỏi. 
V
P2
	p2> p1
	P1
O	T(K)
Cá nhân suy nghĩ trả lời.
Trong thực tế không thể hạ nhiệt độ khí xuống 0K nên đồ thị là đường nét đứt khi đi gần gốc toạ độ.
Vẽ đường đẳng nhiệt, từ đồ thị ta thấy V1 > V2 P1< P2.
III. Quá trình đẳng áp.
1. Quá trình đẳng áp.
là quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi.
2. Liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp.
Số mol (n): không đổi,
áp suất P: không đổi.
 = hằng số.
3.Kiểm chứng lại biểu thức của định luật
4. Đường đẳng áp.
V
T
0
P2
P1
6.Hoạt động 6: Tìm hiểu về độ không tuyệt đối.
Trợ giúp của GV
Hoạt động của HS
Ghi bảng
* Từ đồ thị hãy cho biết ở 0K áp suất và thể tích khí có giá trị như thế nào?
* Có thể hạ nhiệt độ khí tới 0K được không? 
Nhấn mạnh: 0K là nhiệt độ thấp nhất không thể đạt được,và được gọi là độ không tuyệt đối.
+ Cá nhân suy nghĩ trả lời : 
 - P = 0, V = 0.
 - Không.
IV. “Độ không tuyệt đối”.
 0 K= -273C
 T K = (273+ t)C
7.Hoạt động7: Củng cố bài học và bài tập về nhà.
Phát phiếu học tập cho hs, yêu cầu làm bài.
+ Nhắc lại khái niệm khí lí tưởng, khí thực, độ không tuyệt đối.
+ Nêu nội dung phương trình trạng thái.
+ Bài tập về nhà: 4- 8 SGK.