Giáo án Vật lý 10 bài 33: Các nguyên lí của nhiệt động lực học

GIÁO ÁN GIẢNG DẠY
Trường: THPT Nguyễn Minh Quang

Lớp: 10T2 Môn: Vật Lí

Phạm Thanh Thủy

Bài 33 CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
I. MỤC TIÊU
- Kiến thức cơ bản
Phát biểu và viết được nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu được tên, đơn vị và qui ước về
dấu của các đại lượng trong hệ thức.
Phát biểu được nguyên lí II Nhiệt động lực học.
- Kỹ năng
Vận dụng được nguyên lí Inhiệt động lực học cho các quá trình biến đổi trạng thái chất khí,
viết cho quá trình đẳng tích. Giải các bài tập đơn giản.
II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC
1. Phương pháp
Diễn giảng, đọc sách, thảo luận nhóm, vấn đáp.
2. Phương tiện
Sách giáo khoa, sách giáo viên, sách thiết bài giảng.
III. NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
1. Kiểm tra bài cũ
- Nội năng là gì?
- Làm thế nào để thay đổi năng?
- Hãy chứng tỏ nội năng của lượng khí lí tưởng phỉ phụ thuộc nhiệt độ.
Câu hỏi phụ: Nhiệt lượng là gì? Viết biểu thức, giải thích các đại lượng trong biểu thức.
2. Giới thiệu bài mới
Đồng thời với việc tìm hiểu cơ chế vi mô của các hiện tượng nhiệt, người ta tiến hành nghiên
cứu các hiện tượng này ở cấp độ vĩ mô, dựa trên ba khái niệm cơ bản là nội năng, công và nhiệt
lượng và đã vận dụng thành công những kết quả nghiên cứu này vào khoa học, công nghệ và đời

sống. Một trong những thành tựu nghiên cứu quan trọng nhất trong lĩnh vực này là việc tìm ra các
nguyên lí của nhiệt động lực học.
3. Dạy bài mới
Nội dung lưu bảng

Thời

Hoạt động của thầy

Hoạt động của trò


gian
Bài 33 CÁC NGUYÊN
LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC
I – Nguyên lí I nhiệt động
lực học (NĐLH)
1. Phát biểu nguyên lí

25
phút

- Bây giờ thầy có một khối khí
xác định, thầy cho khối khí
này chuyển từ trạng thái I sang
trạng thái II bằng cách thầy
đem nung hoặc là nén khối khí
lại. Một em cho thầy biết ở
trạng thái thứ II khối khí đã

thay đổi cái gì?
- Nguyên nhân nào đã làm nội
năng của khối khí thay đổi?
- Vậy chúng ta thấy giữa nội
năng, công và nhiệt lượng có
mối liên hệ với nhau. Mối liên
hệ giửa các đại lượng làm biến
đổi nội năng gọi là nguyên lí I
của NĐLH.
- Một em cho thầy biết chúng
ta đã được học những định luật
bảo toàn nào rồi?
- Chúng ta thấy định luật bảo
toàn và chuyển hóa năng lượng
đã được vận dụng thành công
trong cơ học, nguyên lí I của
NĐLH chính là sự vận dụng
định luật bảo toàn và chuyển
hóa năng lượng vào cá hiện
tượng nhiệt.
- Xét trường hợp đơn
giản.Thầy có khối khí đựng
trong xi lanh có pít tông di
chuyển được, thầy truyền nhiệt
cho khối khí này bằng cách đôt
nó lên. Các em hãy dự đoán
xem chuyện gì sẻ xãy ra?
- Nếu thầy gọi Q là nhiệt lượng
truyền cho chất khí, ∆U là độ
tăng nội năng của chất khí và

A là công chất khí thực hiên
lên pít tông thì theo định luật
bảo toàn và chuyển hóa năng
lượng ta có được mối liên hệ
giữa 3 đại lượng này như thế
nào?
- Bây giờ cũng khối khí đó,
thầy không truyền nhiệt nửa
mà thầy ấn pít tông xuống để
nén khối khí lại. Các em hãy

- Nội năng của khối khí đã
thay đổi. (Có thể học sinh
nói V,p,T của khối khí thay
đổi, thay đổi V,T chính là
thay đổi nội năng).

- Nén => thực hiện công.
- Nung => truyền nhiệt.

- Bảo toàn động lượng và
bảo toàn cơ năng.
- Nghe và tiếp thu.

- Chất khí nóng lên, nở ra,
đẩy pít tông lên, thực hiện
công.

- Q = ∆U + A
hay ∆U = A − Q

- V khối khí giảm, ∆U
tăng, T tăng tức là Q tăng.


suy nghỉ và cho thầy biết
những đại lượng nào của khối
khí đã thay đổi?
- Theo định luật bảo toàn, công
mà thầy truyền cho khối khí đã
chuyển hóa thành gì rồi? Và
mối liên hệ giữa các đại lượng
được thể hiện như thế nào?
- Cũng khối khí đó thầy vừa
nén và nung khối khí, áp dụng
định luật bảo toàn các em hãy
viết biểu thức thể hiện mối liên
hệ giữa các đại lượng cho
thầy?
- Từ công thức này các em hãy
phát biểu thành lời?

Độ biến thiên nội
năng của vật bằng tổng
công và nhiệt lượng mà vật
nhận được.
∆U = A + Q

 Qui ước về dấu A và Q:
+Q>0: Hệ nhận nhiệt

lượng.
+ Q<0: Hệ truyền nhiệt
lượng.
+ A>0: Hệ nhận công.
+A<0: Hệ thực hiện công.

- Đây chính là nội dung của
nguyên lí I NĐLH.
<> Độ biến thiên nội năng của
vật bằng tổng công và nhiệt
lượng mà vật nhận được.

- A = ∆U + Q
hay ∆U = Q − A

- ∆U = A + Q

- Độ biến thiên nội năng
của vật bằng tổng công và
nhiệt lượng mà vật nhận
được.

∆U = A + Q

- Với quy ước về dấu thích
hợp, hệ thức trên có thể diễn
đạt các quá trình biến đổi trạng
thái như 2 ví dụ mà chúng ta
đã xét. Từ đây chúng ta có quy
ước về dấu.

- Ở ví dụ thứ nhất, một em hãy
cho thầy biết khối khi của - Khối khí nhận nhiệt, Q>0
chúng ta nhận nhiệt hay tỏa - Khối khí thực hiện công,
nhiệt? Khối khí đã nhận công A<0
hay thực hiện công? Dấu của
Q và A như thế nào?
- Tương tự ở ví dụ thứ 2?
- Khối khí nhận công, A>0
- Khối khí tỏa nhiệt, Q<0
<> Quy ước về dấu của nhiệt
lượng và công:
+ Q>0: Vật nhận nhiệt lượng;
+ Q<0: Vật truyền nhiệt lượng;
+ A>0: Vật nhận công;
+ A<0: Vật thực hiên công.
- Q>0; A<0; ∆U >0.
- Các em hoàn thành câu hỏi
C1 trong SGK cho thầy?
- Một em hãy nhận xét câu trả


2. Vận dụng
- Vận dụng nguyên lí I
NĐLH vào quá trình đẳng
tích.

15
phút

- Thảo luận nhóm.

- Cá nhân trả lời.

- Quá trình đẳng tích; khối
khí không thực hiện công,
vì pít tông đã bị khóa chặt.

- ∆U = Q

- Trong quá trình đẳng tích
nhiệt lượng mà chất khí
nhận được chỉ dùng làm
tăng nội năng. Quá trình
đẳng tích là quá trình
<> Trong quá trình đẳng tích truyền nhiệt
nhiệt lượng mà chất khí nhận
được chỉ dùng làm tăng nội
năng. Quá trình đẳng tích là
quá trình truyền nhiệt.
- Bài tập vận dụng: Như ví dụ
trong SGK với các đại lượng - Cá nhân làm sau đó lên
như sau: Q = 8 J; S = 6cm; F = bảng trình bài.
50N.

- Trong quá trình đẳng tích
nhiệt lượng mà chất khí
nhận được chỉ dùng làm
tăng nội năng. Quá trình
đẳng tích là quá trình
truyền nhiệt

∆U = Q

 Bài tập vận dụng:
II – Nguyên lí II nhiệt
động lực học
1. Nguyên lí II nhiệt động
lực học

lời của bạn.
- Hai em một nhóm hãy hoàn
thành câu hỏi C2 trong vòng 1
phút?
- Nhận xét câu phần trả lời của
học sinh.
- Sau đây chúng ta vận dụng
nguyên lí I NĐLH vào các quá
trình biến đổi trạng thái của
chất khí.
- Xét quá trình đẳng tích của
một lượng khí nhất định.
- Một em hãy nhắc lại cho
thầy, thế nào là quá trình đẳng
tích? Cho thầy 1 ví dụ?
- Thầy xét khối khí nung nóng
trong một một xi lanh có pít
tông bị khóa chặt. Vậy đây là
quá trình gì? Một em cho thầy
biết khối khí có thực hiên công
không? Vì sao?
- Viết biểu thức nguyên lí I

NĐLH cho quá trình này?
- Nêu ý nghĩa vật lí của biểu
thức vừa thu được?

15
phút

- Trong tự nhiên có nhiều quá - Học sinh tiếp nhận vấn
trình chỉ có thể tự xảy ra theo đề.
một chiều xác định, không thể
tự xảy ra theo chiều ngược lại
mặc dù điều này không vi
phạm nguyên lí I NĐLH.
- Thầy ví dụ, thầy thả viên
phấn rơi, lúc này cơ năng của


a/ Cách phát biểu của
Clau-di-út
Nhiệt không thể
truyền từ một vật sang vật
nóng hơn.

b/ Cách phát biểu của
Các-nô
Động
cơ
nhiệt
không thể chuyển hóa tất
cả nhiệt lượng nhận được

thành công cơ học.

viên phấn chuyển hóa thành
nội năng của viên phấn và
không khí xung quanh. Trong
quá trình này năng lượng được
bảo toàn. Tuy nhiên lúc này
viên phân có thể tự lấy nội
năng của mình và không khí
xung quanh để trở lại độ cao
mà thầy vừa thả không?
- Xét trường hợp thầy có một
chậu nước ở nhiệt độ bình
thường, thầy thả một miến kim
loại đang nóng ở 1000C. Một
em cho thầy biết điều gì sẽ xảy
ra?
- Vậy có khi nào miến kim loại
nóng thêm còn nhiệt độ của
nước giảm thêm không?
- Từ đây một em cho thầy
nhận xét.
<> Nhiệt không thể truyền từ
một vật sang vật nóng hơn.
Đây cũng là một trong các
cách phát biểu của nguyên lí II
NĐLH.
- Các em hãy cho thầy một vài
ví dụ khác trong quá trình
tuyền nhiệt.

- Hai em một nhóm hoàn thành
câu hỏi C3 trong SGK cho
thầy.
- Nhóm khác hãy nhận xét câu
trả lời của nhóm bạn?
- Ngoài cách phát biểu của
Clau-di-ut chúng ta còn có
cách phát biểu của Các-nô về
nguyên lí II NĐLH.
<> Động cơ nhiệt không thể
chuyển hóa tất cả nhiệt lượng
nhận được thành công cơ học.
- Hai em một nhóm hoàn thành
câu hỏi C4 trong SGK.
- Nhóm nào có thể chứng minh
được, cách phát biểu trên
không vi phạm định luật bảo
toàn và chuyển hóa năng
lượng?
- Nhóm khác hãy nhận xét

- Nước nóng lên, miến kim
loại nguội đi.

- Không thể.
- Nhiệt không thể truyền từ
một vật sang vật nóng hơn.
- Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.

- Cá nhân cho ví dụ.

- Hai em một nhóm thảo
luận và trả lời.
- Nhóm khác nhận xét.

- Học sinh thừa nhận và ghi
nhớ

- Một em đại diện trả lời
câu hỏi của nhóm mình
thảo luận.
- Nhóm khác nhận xét.


2. Vận dụng
Cấu tạo cơ bản của động
cơ nhiệt:
- Nguồn nóng: để cung cấp
nhiệt lượng.
- Bộ phận phát động: nhận
nhiệt sinh công.
- Nguồn lạnh: thu nhiệt do
tác nhân tỏa ra.

- Hiệu suất:
H=

A
Q1 − Q2
=
Q1

Q1

- Trong đó:
+ Q1 (J): Nhiệt lượng lấy từ
nguồn nóng.
+ Q2 (J): Nhiệt lượng
nhườn cho nguồn lạnh.
+ A = Q1 − Q2 ( J ) : Công có

15
phút

phần trả lời của nhóm bạn đã
đúng chưa? Bạn giải thích như
vậy đã hợp lí chưa?
- Nhận xét câu trả lời của học
sinh.
- Bây giờ chúng ta vận dụng
nguyên lí II để giải thích cấu
tạo và nguyên tắc hoạt động
của động cơ nhiệt.
Hình dung một động cơ nhiệt
đơn giản nh- sau :
Trong một xilanh có một
lượng khí xác định (được gọi
là tác nhân sinh công), đang ở
trạng thái 1. Muốn cho khí
trong xilanh giãn nở sinh công
cần cho khí tiếp xúc với một
nguồn nhiệt có nhiệt độ cao

hơn nó (nguồn nóng). Khí thu
nhiệt lượng Q1 và thực hiện
công A1 và chuyển sang trạng
thái 2. Để cho động cơ nhiệt
tiếp tục hoạt động ta phải đưa
khí về lại trạng thái ban đầu.
Muốn vậy, ta phải nhờ ngoại
lực nén píttông về vị trí đầu và
tốn công A2. Để được lợi về
công thì A2 < A1. Muốn thực
hiện được điều này phải cho
khí trong xilanh khi nén tiếp
xúc với nguồn có nhiệt độ thấp
hơn nó, trong quá trình này
chất khí nhường nhiệt lượng
Q2 cho nguồn lạnh và nhận
công A2.
- Cấu tạo của động cơ nhiệt
phải gồm những bộ phận nào?
- Chúng ta có công thức tính
hiệu suất của động cơ nhiệt:
H=

A
Q1 − Q2
=
Q1
Q1

- Nêu tên đơn vị các đại lượng

+ Q1 (J): Nhiệt lượng lấy từ
có mặt trong biểu thức.
nguồn nóng.
+ Q2 (J): Nhiệt lượng
nhườn cho nguồn lạnh.
+ A = Q1 − Q2 ( J ) : Công có


ích của động cơ.
 Củng cố và vận dụng:

10
phút

ích của động cơ.
- Củng cố và vận dụng:
- Một em hãy nhắc lại nguyên
lí I và II NĐLH cho thầy?
- Các em hãy đọc và làm bài
tập 8 trong SGK. Sau 5 phút
em nào có thể lên bảng giải
được thầy sẽ cho điểm, nếu
làm không được thầy sẽ gợi ý.
- Thầy gợi ý: một em hãy viết - A=Fs=p ∆ V.
cho thầy công thức tính công?
- Trong quá trình này khối khí Q>0,A<0.
của chún ta nhận nhiệt hay tỏa
nhiệt? Nhận công hay sinh
công? Vậy dấu của Q và A như
thế nào?

4. Củng cố kiến thức:
- Bài học hôm nay các em cần nắm được những nội dung chính sau:
+ Phát biểu và viết được nguyên lí I nhiệt động lực học. Nêu được tên, đơn vị và qui ước về
dấu của các đại lượng trong hệ thức.
+Vận dụng được nguyên lí I nhiệt động lực học cho các quá trình biến đổi trạng thái chất
khí, viết cho quá trình đẳng tích. Giải các bài tập đơn giản.
+ Phát biểu được nguyên lí II Nhiệt động lực học.
5. Bài tập về nhà:
+ Về làm các bài tập trong SGK.