Giáo án Vật Lí Lớp 10 nâng cao - Bản đẹp 3 cột

ng Nội năng của khí lý tưởng chỉ bao gồm tổng động năng của chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí, nên nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí : U = f(T) b) Công thức tính công của khí lý tưởng Khi dãn nở đẳng áp, khí đã thực hiện một công: A’ = p.DV = p(V2 – V1) Một cách khác, có thể nói khí nhận được một công : – A = A’ c) Biểu thị công trên hệ tọa độ p-V Khi cho khí dãn nở từ thể tích V1 đến V2, áp suất giảm từ p1 đến p2 (từ M® N) thì công do khí sinh ra được biểu thị bằng diện tích hình thang cong MNV2V1M. A = SMNV2V1M Hoạt động 3 (phút) : ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ I NĐLH CHO CÁC QUÁ TRÌNH. Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - yêu cầu HS đọc SGK phần 2 và rút ra các kết luận cho từng quá trình. Va Vb V p (2) (1) O A’ a b - Quá trình đẳng tích : V1 V p1 p2 p O (2) (1) DV = 0 Þ A = 0 Þ Q = DU V1 V p1 p O (2) (1) V2 A’ - Quá trình đẳng áp A = pDV (V2 > V1) Q = DU + A’ V1 V2 V p1 p2 p (2) (1) A’ O - Quá trình đẳng nhiệt T = const Þ DU = 0 Þ Q = –A = A’ - Chu trình DU = 0 Þ SQ = S(–A) = SA’ 2. Áp dụng nguyên lý I cho các quá trình của khí lý tưởng a) Quá trình đẳng tích (V = const) DV = 0 Þ A = 0 Þ Q = DU Vậy, trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội năng của khí. b) Quá trình đẳng áp (p = const) A = –A’ = – p(V2 – V1) (V2 > V1) A’ : công mà khí sinh ra Q = DU + A’ Trong quá trình đẳng áp, một phần nhiệt lượng mà khí nhận được dùng để làm tăng nội năng của khí, phần còn lại chuyển thành công mà khí sinh ra. c) Quá trình đẳng nhiệt (T = const) T = const Þ DU = 0 Þ Q = –A = A’ Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết sang công mà khí sinh ra. d) Chu trình Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái đầu. DU = 0 Þ SQ = S(–A) = SA’ Tổng đại số nhiệt lượng mà hệ nhận được trong cả chu trình chuyển hết sang công mà hệ sinh ra trong chu trình đó. Chiều diễn biến chu trình cùng chiều kim đồng hồ thì khí thực hiện công và ngược lại. Hoạt động 4 (phút) : BÀI TẬP VẬN DỤNG Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Yêu cầu HS đọc đề bài SGK trang 297 và tóm tắt bài toán. - Hướng dẫn HS dựa vào các kiến thức đã học : phương trình trạng thái khí lý tưởng, áp dụng nguyên lý I NĐLH vào các quá trình. - Đọc bài và tóm tắt. * Tóm tắt n = 1,4 mol (1) : T1 = 300K p1 , V1 (2) : T2 = 350K p1 = p2 , V2 Q = 1000J (3) : T3 = T1 p3 , V3 = V2 (4) º (1) a) Vẽ đồ thị p-V b) Tính công khí thực hiện trong qt p = const c) Tính DU trong mỗi qt. d) Tính Q trong qt đẳng tích 3. Bài tập vận dụng a) (1)®(2) : quá trình đẳng áp, (2)®(3) : quá trình đẳng tích, V1 V2 V p1 p2 p (2) (1) O (3) 300K 300K 350K (3)®(1) : quá trình đẳng nhiệt. b) Công khí thực hiện trong quá trình đẳng áp Ta có A’ = p1.DV = p1(V2 – V1) Mặt khác từ phương trình trạng thái p1.V1 = nRT1 p2.V2 = nRT2 Suy ra A’ = nR(T1 – T2) = 1,4 ´ 8,31 ´ (350 – 300) = 581,7 (J) c) Tính độ biến thiên nội năng của mỗi quá trình. - Quá trình đẳng áp (1)®(2) DU = Q + A = Q – A’ DU = 1000 – 581,7 = 418,3 (J) - Quá trình đẳng tích (2)®(3) V2 = V3 Þ DV = 0 Þ A = 0 Nhiệt độ giảm nên nội năng giảm DU = – 418,3 (J) - Quá trình đẳng nhiệt (3)®(1) DU = 0 d) Áp dụng nguyên lý I NĐLH cho quá trình đẳng tích (2)®(3) DU = Q + A Ta có A = 0 và DU = – 418,3 J Vậy Q = – 418,3 J Như vậy khí nhả ra nhiệt lượng 418,3 J. CỦNG CỐ - Trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trang 254 SGK. - Giải bài tập 1,2,3,4. --------ÉJÊ-------- Bài 59 : NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT MỤC TIÊU Kiến thức Biết được nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh; biết được nguồn nóng, nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, sinh công ra hay nhận vào ở một số máy hay gặp trong thực tế. Có khái niệm về nguyên lý II nhiệt động lực học, nó liên quan đến chiều diễn biến các quá trình trong tự nhiên, bổ sung cho nguyên I nhiệt động lực học. HS cần phát biểu được nguyên lý II NĐLH. Kỹ năng Nhận biết và phân biệt được nguồn nóng, nguồn lạnh, tác nhân cùng bộ phận phát động, sinh công hay nhận công ở một số máy lạnh thường gặp trong thực tế. CHUẨN BỊ Giáo viên Một số hình vẽ trong SGK. Một số máy nhiệt trong thực tế. Học sinh Ôn lại kiến thức về động cơ nhiệt ở lớp 8. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (phút) : KIỂM TRA BÀI CŨ Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho các quá trình. Hoạt động 2 (phút) : ĐỘNG CƠ NHIỆT Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Ó Thế nào là động cơ nhiệt? - Hướng dẫn HS đọc SGK tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt qua ví dụ. Nguồn nóng T1 Nguồn lạnh T2 Q1 Q2 A Tác nhân và cơ cấu của động cơ nhiệt - Yêu cầu HS tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt - Đọc SGK và đưa ra định nghĩa. - Đọc SGK và tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt và so sánh lại với ví dụ. Nguồn nóng : nguồn đốt nóng khí. Nguồn lạnh : nguồn nước phun vào đáy xi lanh. Tác nhân : khí + xi lanh + pittông. - Qua việc tìm hiểu cấu tạo của động cơ nhiệt để rút ra nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt. - Nêu công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt. 1. Động cơ nhiệt a) Định nghĩa – Cấu tạo động cơ nhiệt Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt lượng sang công. Mỗi động cơ nhiệt đều có 3 bộ phận cơ bản Nguồn nóng : cung cấp nhiệt lượng (Q1). Tác nhân và các thiết bị phát động nhận nhiệt, sinh công và tỏa nhiệt. Nguồn lạnh : thu nhiệt do tác nhân tỏa ra (Q2). b) Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và tỏa phần nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh. c) Hiệu suất của động cơ nhiệt Hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bằng tỉ số giữa công A sinh ra với nhiệt lượng Q1 nhận từ nguồn nóng. Hoạt động 3 (phút) : MÁY LẠNH Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Ó Thế nào là máy lạnh? Nguồn nóng T1 Nguồn lạnh T2 Q1 Q2 Tác nhân và cơ cấu của máy lạnh A - Hướng dẫn HS đọc SGK tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy lạnh. 3. Máy lạnh a) Định nghĩa – Nguyên tắc hoạt động Máy lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật và truyền sang vật khác nóng hơn nhờ công từ các vật ngoài. Vật cung cấp nhiệt là nguồn lạnh, vật nhận nhiệt là nguồn nóng, và vật trung gian được gọi là tác nhân, nó nhận công từ vật ngoài. b) Hiệu năng của máy lạnh - Là tỉ số giữa nhiệt lượng Q2 nhận từ nguồn lạnh với công tiêu thụ A - Hiệu năng của máy lạnh thường có giá trị lớn hơn 1. Hoạt động 4 (phút) : NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài Nguyên lý II bổ sung cho nguyên lý I. Nó đề cập đến chiều diễn biến của quá trình, điều mà nguyên lý I chưa đề cập đến. - Hướng dẫn HS tìm hiểu động cơ nhiệt loại II. 3. Nguyên lý II nhiệt động lực học “Nhiệt không tự nó truyền từ một cật sang vật nóng hơn”. hay “Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại hai (nói cách khác, động cơ nhiệt không thể biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành ra công)” Hoạt động 5 (phút) : HIỆU SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MÁY NHIỆT Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài 4. Hiệu suất cực đại của máy nhiệt a) Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt T1 : nhiệt độ nguồn nóng T2 : nhiệt độ nguồn lạnh Để nâng cao hiệu suất của động cơ nhiệt, người ta nâng cao nhiệt độ của nguồn nóng hay hạ thấp nhiệt độ nguồn lạnh hoặc thực hiện cả hai. b) Hiệu năng cực đại của máy lạnh CỦNG CỐ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 SGK Làm các bài tập. --------ÉJÊ-------- Tiết bài tập : CHƯƠNG VIII MỤC TIÊU Kiến thức Củng cố lại các kiến thức về Nhiệt động lực học. Vận dụng để giải quyết các hiện tượng nhiệt, bài toán nhiệt. Kỹ năng Vận dụng được nguyên lý I NĐLH, công thức tính hiệu suất động cơ nhiệt, hiệu năng của máy thu. Áp dụng thành thạo các phương trình trạng thái trong các quá trình. CHUẨN BỊ Giáo viên Chuẩn bị một số bài tập SGK và SBT Học sinh - Ôn lại toàn bộ kiến thức chương VIII và phương trình trạng thái của khí lý tưởng. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (phút) : BÀI TẬP 1 (BÀI 2/291, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Yêu cầu HS nêu công thức tính nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra. - Yêu cầu HS tóm tắt bài toán Q = mcDt * Tóm tắt m1 = 100g = 0,1kg m2 = 300g = 0,3kg t1 = 20oC m3 = 75g = 0,075kg t2 = 100oC c1 = 880 J/kg.K c2 = 380 J/kg.K c3 = 4,19.103 J/kg.K Tìm nhiệt độ cân bằng của cốc nước tcb. Gọi tcb là nhiệt độ khi hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt. - Nhiệt lượng chiếc thìa đồng đã tỏa ra Qtỏa = m3.c3.(t2 – tcb) - Nhiệt lượng cốc nhôm và nước đã thu vào Qthu = (m1.c1 + m2.c2).(tcb – t1) Khi có sự cân bằng nhiệt thì Qthu = Qtỏa (m1.c1 + m2.c2).(tcb – t1) = m3.c3.(t2 – tcb) Thay số vào và giải ra kết quả tcb = 22oC Hoạt động 2 (phút) : BÀI TẬP 2 (BÀI 4/299, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Gọi HS lên bảng tự tóm tắt và giải bài toán. * Tóm tắt n = 2,5 mol T1 = 300K, p1 , V1 T2 , p2 = p1 , V2 = 1,5.V1 Q = 11,04kJ = 11040J Tìm công mà khí thực hiện và độ tăng nội năng. - Công mà khí đã thực hiện trong quá trình đẳng áp A’ = p.DV = p(V2 – V1) = p.0,5V1 Mặt khác p1.V1 = n.R.T1 Do đó công mà khí thực hiện là A’ = 0,5.n.R.T1 A’ = 0,5.2,5.8,31.300 = 3116,25 J Nói cách khác khí đã nhận công –A = A’ - Áp dụng nguyên lý I NĐLH DU = Q + A = Q – A’ DU = 11040 – 3116,25 = 7923,75 J Hoạt động 3 (phút) : BÀI TẬP 3 (BÀI 5/307, SGK) Hoạt động của GV Hoạt động dự kiến của HS Nội dung chính của bài - Gọi HS lên bảng tự tóm tắt và giải bài toán. * Tóm tắt H = ½ Hmax T1 = 227 + 273 = 500K T2 = 77 + 273 = 350K t = 1h = 3600s m = 700 kg q = 31.106 J/kg Tính công suất của máy hơi nước. Ta có Công mà máy hơi nước đã thực hiện trong 1h là Þ A = A = A = 3255´106 (J) Công suất của máy hơi nước P = CỦNG CỐ : Làm các bài tập SBT. --------ÉJÊ--------