Thực hành Vật lý khảo sát các định luật chất khí định luật bôi lơ ma ri ốt

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

Khoa Vật lý
Lớp K26 LL và PPDH Vật lý Nhóm 03
Họ tên: Hỏa Thị Thanh Bình
Nguyễn Thị Ngọc
Ngày thực hành : 16/09/2023
BÁO CÁO THỰC NGHIỆM
( BÀI 04: THÍ NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ )
I. MỤC ĐÍCH
- Tìm hiểu các Bộ thí nghiệm, tiến hành các thí nghiệm sử dụng các Bộ thí nghiệm:
1. Bộ thí nghiệm về các định luật chất khí
2.Bộ thí nghiệm về chất lỏng ( thí nghiệm về lực căng bề mặt của chất lỏng)
- Soạn thảo và thảo luận tiến trình dạy học bài Định luật Bơi-lơ Ma-ri-ốt
II. NỘI DUNG
1. Các thí nghiệm có thể thực hiện
- Với bộ thí nghiệm về các định luật chất khí, ta có thể thực hiện các thí nghiệm:
+ Khảo sát quá trình đẳng nhiệt và nghiệm lại định luật Bơi-lơ Ma-ri-ốt
+ Khảo sát q trình đẳng tích và nghiệm lại định luật Sác-lơ
+ Khảo sát quá trình đẳng áp và nghiệm lại định luật Gay Lussac
- Với bộ thí nghiệm về chất lỏng sử dụng để đo sức căng bề mặt của chất lỏng.
2. Soạn thảo và thảo luận tiến trình dạy học bài …
2.1. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm khảo sát q trình đẳng nhiệt, nghiệm lại định luật Bơi-lơ Ma-ri-ốt bao gồm:
1. Bộ thí nghiệm dạy học các định luật chất khí

1

Hình 1. Cấu tạo bộ thí nghiệm dạy học các định luật chất khí
(1) Pit-tơng và xi-lanh chứa khí
(2) Máy gia nhiệt
(3) Cảm biến áp suất-nhiệt độ
(4) Cặp nhiệt độ
(5) Ống cao su nối một đầu của xi-lanh với cảm biến áp suất-nhiệt độ
(6) Bộ hiển thị và thu thập dữ liệu
(7) Áo thủy tinh
2. Máy tính có cài đặt phần mềm Cora4
2.2. Tiến trình dạy học
2.1.1 Bảng tóm tắt tiến trình dạy học
Hoạt động
Nội dung
(thời gian)
(Nội dung của hoạt động)
Hoạt động [1].
Xác định vấn
đề/nhiệm vụ học
tập

Phương pháp, kỹ
Phương án
thuật dạy học chủ
đánh giá
đạo
Tạo tình huống thảo luận về - Phương pháp thực Đánh giá báo
phương án thí nghiệm
nghiệm.
cáo của từng
- Kĩ thuật đặt câu hỏi học sinh.

Hoạt động [2].
Hình thành kiến
thức mới/giải quyết
vấn đề/thực thi
nhiệm vụ

- Tìm hiểu thiết bị, dụng cụ thí
nghiệm.
- Thiết kế phương án thí
nghiệm

Hoạt động [ 3].

- Tiến hành thí nghiệm đo gia

Phương
pháp
thuyết trình
- Phương pháp dạy
học nhóm.
- Phương pháp đặt
và giải quyết vấn đề
Phương pháp hoạt

- Đánh giá
trình bày của
nhóm.

Đánh giá kết

2


Luyện tập

tốc rơi tự do.

Hoạt động
Vận dụng

động nhóm, thực
nghiệm.
[4]. - HS làm việc nhóm báo cáo - Phương pháp hoạt
kết quả thu được.
động nhóm
- HS vận dụng kiến thức tính - Kĩ thuật động não
tốn xử lí số liệu, nhận xét và không công khai
báo cáo.

quả.
Đánh giá qua
bài báo cáo
thuyết trình.

2.2.2. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: Mở đầu (Tạo tình huống học tập)
a. Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh
đi vào tìm hiểu bài mới.
b. Nội dung: Học sinh phát hiện vấn đề từ tình huống GV đưa ra
c. Sản phẩm: HS phát hiện ra vấn đề

- Mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không thay đổi?
d. Tổ chức thực hiện
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV tổ chức tình huống Hãy
dự đốn xem:
- Hiện tượng gì xảy ra với bong bóng cao
su khi ta ấn từ từ pit-tơng xuống?
- Hiện tượng gì xảy ra với chiếc bong
bóng cao su khi ta kéo từ từ pit-tơng lên? và giải
thích hiện tượng đó?
GV gợi ý (nếu cần): Khi ta ấn hoặc kéo từ từ pit-tơng
thì V, p của bong bóng cao su thay đổi như thế nào?
- GV định hướng HS phát biểu vấn đề cần giải quyết:
+ GV: Thao tác ấn, kéo pit-tơng một cách từ từ, nên có thể coi
nhiệt độ của khí trong xi-lanh khơng thay đổi trong q trình thí
nghiệm.
+ GV gợi ý để HS phát biểu thành vấn đề (nếu cần): Khối khí
đang khảo sát là khối khí nào? Trong khi làm thí nghiệm thì
thơng số trạng thái nào của khối khí khơng thay đổi, thơng số nào
thay đổi và thay đổi thế nào? nhận xét sự thay đổi giữa áp suất và

- HS: Nêu các dự đốn và
làm thí nghiệm để kiểm tra
các dự đốn.
HS: Nêu dự đốn, khi
nhiệt độ khơng đổi, đối với
1 lượng khí xác định, nếu

thể tích tăng thì áp suất
giảm và ngược lại, nên có
khả năng p và V tỉ lệ
nghịch với nhau.
- HS định hướng vấn đề
cần giải quyết và cá nhân
HS phát biểu vấn đề cần
giải quyết: “Trong quá
trình biến đổi đẳng nhiệt,
thể tích và áp suất của
một lượng khí xác định có
mối liên hệ với nhau như
thế nào?”.

3


thể tích.
Hoạt động 2. Lập kế hoạch giải quyết vấn đề
a. Mục tiêu: Giúp HS định hướng được cách tiến hành thí nghiệm, xác định các đại lượng cần đo.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên câu hỏi gợi ý
của giáo viên
c. Sản phẩm: Câu trả lời của nhóm HS
d. Tổ chức thực hiện
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV tổ chức cho HS dự đoán mối quan hệ - HS nêu các giả thuyết.
giữa áp suất và thể tích khí, trong trường hợp

+ Phương án 1: “Khi giữ nguyên nhiệt độ T,
nhiệt độ của khối khí được giữ khơng đổi.
nếu tăng thể tích V thì áp suất p cũng tăng
theo và ngược lại V giảm thì p cũng giảm”?

+ Phương án 2: “Khi giữ nguyên nhiệt độ, nếu
tăng thể tích V thì áp suất p sẽ giảm theo và
ngược lại, V giảm thì p
tăng”?
- GV định hướng cho HS chọn lọc lại một giả
thuyết đáng tin cậy nhất. Cách chọn lọc tốt
nhất có thể là kiểm tra các hệ quả khác nhau
được suy ra từ giả thuyết bằng bằng thí
nghiệm, kết quả thu được sẽ loại trừ được các
giả thuyết sai lầm.

- HS cần phải làm thí nghiệm với dụng cụ có
sẵn xem giả thuyết nào đúng.
HS nêu giả thuyết “Khi nhiệt độ không đổi, áp
suất và thể tích của một lượng khí xác định tỉ
lệ nghịch với nhau”.
Từ giả thuyết, rút ra hệ quả cần kiểm
tra là: p.V = hằng số

- GV dùng kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu HS
làm việc theo nhóm (Chia lớp thành các
nhóm, mỗi nhóm 8 người, 2 người cùng làm
nhiệm vụ ở một vị trí) để thiết kế phương án
4

thí nghiệm kiểm tra dự đốn về mối quan hệ
của áp suất theo thể tích của khối lượng khí
khơng đổi khi giữ nguyên nhiệt độ.
+ GV tổ chức cho HS làm việc theo nhóm.
Khi cần thiết, GV sử dụng các câu hỏi định
hướng hoạt động của HS như sau: Làm sao để
có một khối khí xác định?; Làm thế nào để có
thể thay đổi thể tích và áp suất của khối khí
mà nhiệt độ vẫn khơng đổi?; Làm sao để xác
định được áp suất, thể tích của khối khí?; Tiến
hành thế nào?

+ Cá nhân suy nghĩ trong 5 phút, ghi câu trả
lời vào vị trí của mình. Sau đó thảo luận nhóm
và thống nhất ý kiến và viết vào phần chính
giữa – phần chung của nhóm (3 phút). Đại
diện nhóm trình bày phương án thí nghiệm
kiểm tra dự đốn về mối liên hệ giữa áp suất
và thể tích của một khối khí nhất định (khi
nhiệt độ khối khí được giữ không đổi) trước
lớp.
 Phương án: Giữ nhiệt độ của một khối
khí khơng đổi, thay đổi thể tích của
khối khí để khảo sát sự thay đổi của
áp suất theo thể tích, và kiểm tra tính
đúng đắn của biểu thức p.V = hằng số.


Dùng bình kín chứa khí.

Dùng một xilanh chứa một khối khí
xác định, trong xi lanh có một pit-tơng
có thể di chuyển để thay đổi thể tích
và áp suất của khối khí. Có thể giữ cố
định vị trí của pit-tơng
- Các nhóm tiến hành đánh giá chéo lẫn nhau.


- GV tiến hành đánh giá các nhóm bằng
rubric.

Hoạt động 3. Thực hiện kế hoạch
a. Mục tiêu: HS biết cách thao tác thực hiện thí nghiệm, ghi kết quả.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hồn thành u cầu của thí nghiệm, ghi kết
quả, xử lí số liệu, đánh giá kết quả thu được dựa trên gợi ý của GV.
c. Sản phẩm: Báo cáo thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của khối khí xác
định chuyển trạng thái ở điều kiện nhiệt độ không đổi (Định luật Bôi-lơ Ma-ri-ốt)
Hoạt động của học sinh
Hoạt động của giáo viên

5


*GV giới thiệu cho học sinh về bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến
- Học sinh chú ý lắng nghe, quan
nhiệt độ, áp suất Cobra4 và phần mềm Cobra4 Wireless-link
sát và làm quen với bộ thí nghiệm

- Bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến nhiệt độ, áp suất Cobra4

(1) Pit-tông và xi-lanh chứa khí
(2) Máy gia nhiệt
(3) Cảm biến áp suất-nhiệt độ
(4) Cặp nhiệt độ
(5) Ống cao su nối một đầu của xi-lanh với cảm biến áp suất-nhiệt
độ
(6) Bộ hiển thị và thu thập dữ liệu
(7) Áo thủy tinh
- Máy tính điều khiển: Intel Core i3-8100 (4 Cores/
6MB/4T/3.6GHz/65W); Ram:4GB (1x4GB) 2666MHz DDR4,
Hard Drive: 1TB 7200rpm, Optical Drive: 8x DVD+/-RW 9.5,
OS: Windows 10 Pro (64bit) English đã cài đặt phần mêm
Cobra 4 Wireless

6


* GV hướng dẫn HS thiết lập bộ thí nghiệm có dử dụng cảm
biến Cobra 4

- HS làm việc nhóm, thiết lập bộ
thí nghiệm theo hướng dẫn của
GV
- HS chú ý tuân thủ các quy định
về an toàn trong làm thí nghiệm
và bảo quản thiết bị thí nghiệm.

Hình 1. Thiết lập bộ thí nghiệm Các định luật chất khí có sử dụng
cảm biến Cobra 4
- Thiết lập thí nghiệm như hình 1.

- Kết nối Cobra4 Sensor-Unit Thermodynamics với Cobra4
MobileLink2. Nối cặp nhiệt điện với ổ cắm T1 của Cobra4 SensorUnit Thermodynamics.


Bật PC và kết nối nó với Cobra4 MobileLink2.



Chạy phần mềm “measure” trên máy tính và chọn thí
nghiệm từ màn hình khởi động (“PHYWE experiments”,
tìm kiếm “P2320162”, và click vào mục chứa thí nghiệm
này). Tất cả các cài đặt cần thiết sẽ được nạp.



Sau khi bật Cobra4 MobileLink2, cảm biến sẽ tự động được
nhận dạng.

- Lắp xilanh khí trong vỏ bọc thuỷ tinh như mô tả trong
hướng dẫn vận hành đi kèm. Đặc
biệt chú ý đến độ kín
khí.
- Để khí khơng thể thốt ra ngay cả ở áp suất cao, cần bôi trơn
pittong bằng một vài giọt dầu động cơ, để pittong được phủ một
lớp dầu trong suốt quá trình làm thí nghiệm; nhưng tránh thừa
dầu.
- Đổ đầy nước vào trong lớp vỏ thuỷ tinh qua phễu và lắp thanh
khấu từ.
- Nối một ống silicon với núm phía trên của vỏ, ống phía trên
vỏ hở để khi đun nóng nước có thể chảy qua ống vào cốc.

7


- Lắp cặp nhiệt điện và để nó càng gần xilanh càng tốt.
- Sau khi điều chỉnh thể tích ban đầu của xilanh khí chính xác
đến 50ml, hãy nối vịi của xilanh khí với Cobra4 Sensor-Unit
Thermodynamics qua một ống cau su ngắn. Sao cho các ống
nối càng ngắn càng tốt.
- Cố định các ống trên cả vời phun của xilanh khí và bộ chuyển
đổi bằng kẹp ống.
*GV cho HS tiến hành thí nghiệm theo phương án đã đề xuất :
- HS làm việc theo nhóm, tiến
Xác định mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của lượng khí xác
định khi nhiệt độ khơng thay đổi
hành thí nghiệm và thu thập dữ
+ Bắt đầu phép đo.

liệu.

+ Tăng dần thể tích khí theo từng bước, mỗi bước tăng 1ml đến
thể tích khoảng 65ml.
+ Ghi lại thể tích của mỗi bước bằng click vào ….
+ Trộn nước trong vỏ thuỷ tinh bằng cách di chuyển thanh
khuấy từ với việc trợ giúp của thanh nam châm và tạo điều
kiện cân bằng áp suất trong xilanh khí bằng cách quay pittong.
+ Kết thúc phép đo bằng việc ấn vào …
+ Sau khi kết thúc, phần mềm “measure” biểu diễn đồ thị mối
tương quan giữa thể tích và áp suất khi nhiệt độ khơng đổi
(hình 2)

Hình 2: Đồ thị p theo V khi T = const và n = const
(T = 295,15K; n = 2,086mmol)
+ Để có đồ thị của áp xuất theo nghịch đảo thể tích, click vào
8


biểu tượng

để mở nhóm dữ liệu (hình 3).

Hình 3: nhóm dữ liệu
+ Bây giờ ta có thể thực hiện một số sự thay đổi kênh bằng
click lên nút
. Đầu tiên, kéo và thả dữ liệu đo (thể tích) vào
các phép đo, sau đó kéo và thả dữ liệu vào cơng thức (hình 4).

Hình 4: Cài đặt chuyển đổi kênh
+ Quay lại nhóm dữ liệu và chọn dữ liệu đo cho áp suất và
kênh pVT đã sửa đổi. Khi đó, chọn tuỳ chọn “Diagram” và
phần mềm sẽ hiển thị biểu đồ mong muốn như hình 5 cho thấy
mỗi tương quan giữa p và 1/V.

Hình 5: Đồ thị p theo 1/V khi T = const và n = const (T = 295,15K;
n = 2,086mmol)
+ Ta có thể để chương trình hiển thị hệ số góc.
9


* GV hướng dẫn hs xử lý số liệu và viết báo cáo, rút ra kết
luận.

Nội dung bản báo cáo thí nghiệm được viết theo các phần chính
sau:

- Các nhóm làm báo cáo dựa trên
kết quả thu được từ quá trình thực
hành.

Thơng tin nhóm

- Đại diện HS các nhóm trình
bày sản phẩm.
Nội dung báo cáo
- Cả lớp thảo luận, các nhóm
đưa ra phương án điều chỉnh
I. Mục đích thí nghiệm
sản phẩm của nhóm. Các
- Trình bày ngắn gọn mục đích của bài thí nghiệm.
nhóm đối chiếu sản phẩm của
nhóm với đáp án GV đưa ra.
II. Cơ sở lý thuyết
- HS ghi lại vào
- Trình bày ngắn ngọn lí thuyết liên quan phép đo và đại lượng
vở cá nhân.
tính.
III. Tiến hành thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết “Một khối lượng
khí xác định chuyển trạng thái ở điều kiện nhiệt độ khơng đổi thì áp
suất tỉ lệ nghịch với thể tích của khí”
1. Quan sát hình ảnh bộ thí nghiệm và ghi tên các dụng cụ và nêu
chức năng của nó

Dụng cụ

Chức năng

2. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm
…………………………………………
3. Tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu. Điền số liệu vào bảng.
Kết quả đo khi nhiệt độ khơng thay đổi: T =
Lần đo

Áp suất P (Pa)

Thể tích V (cm3)

1
2
3
10


…
III. Kết quả thực nghiệm
1. Kết quả đo
- Tính các giá trị trung bình, sai số tuyệt đối và tỷ đối
- Kết quả xác định được (kết quả được ghi dưới hai dạng
X  X X và X  X  X % .
2. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa P và V trong hệ tọa độ
POV khi T khơng thay đổi
3. So sánh kết quả thí nghiệm với dự đoán ban đầu. Rút

ra nhận xét.
IV. Nhận xét, rút ra kết luận
- Nhận xét các kết quả thí nghiệm, xác định nguyên nhân
của các sai số.
- Kết luận về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của khối
khí xác định chuyển trạng thái ở điều kiện nhiệt độ không đổi.
- Ý kiến đề nghị để bài thí nghiệm được tốt hơn (nếu có).
Lưu ý: Bảng kết quả thực nghiệm phải được xác nhận của
giáo viên hướng dẫn thí nghiệm, nó phải được ghi rõ ràng,
khơng tẩy xố (có thể ghi nháp trước, khi nào thấy kết quả
hợp lý, chắc chắn mới ghi vào bảng).
- GV tổ chức cho HS báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV nhận xét phần bày của các nhóm: điều làm được,
chưa làm được, hướng khắc phục.

Hoạt động 4: Vận dụng
a. Mục tiêu:
- Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tịi 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 .
c. Sản phẩm: Minh chứng đánh giá: phần trình bày bằng lời của HS, kết quả sản phẩm trên
phần mềm Padlet.
d. Tổ chức thực hiện:
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
11


- GV nêu lại giả thuyết và rút ra kết luận cho HS: “Trong

quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí xác định, khi T
= hằng số thì p và V tỉ lệ nghịch với nhau hay p.V = hằng
số”. Và thơng báo đó là nội dung định luật Bôi-lơ – Ma-riốt.
- Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung định luật Bôi-lơ Ma-riốt.

- HS: lắng nghe, ghi nhận
- Cá nhân HS phát biểu nội
dung định luật Bôi-lơ – Ma-riốt.
- HS nhận xét đường đẳng
nhiệt
có
hình
dạng
hypebol

- GV ứng dụng công nghệ thông tin để giao nhiệm vụ vận - HS thảo luận theo nhóm bằng
dụng kiến thức về quá trình đẳng nhiệt, định luật Bơilơ – nhiều hình thức, rồi nộp sản
Mariot bằng phần mềm Padlet:
phẩm thảo luận lên phần mềm
Padlet để GV chấm.
Hãy giải thích một số hiện tượng trong tự nhiên hay
trong cuộc sống sau.
Câu hỏi 1: Tại sao một chiếc bình đựng khí nén khi nổ sẽ
nguy hiểm, còn một chiếc ống đựng nước dưới áp suất lớn
khi nổ không nguy hiểm?
Câu hỏi 2: Khi bơm xe đạp, ấn tay vào vòi bơm ta thấy khi
cần bơm càng hạ thấp xuống thì càng khó bơm. Tại sao?

12