Sáng kiến kinh nghiệm, SKKN - Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức chương “Chất khí” Vật lí lớp 10 THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC
TRƯỜNG THPT QUANG HÀ
=====***=====

BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt

động giải bài tập nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức
chương “Chất khí” Vật lí lớp 10 THPT

Tác giả sáng kiến: HOÀNG VĂN CHIẾN
Mã sáng kiến: ………………………

Vĩnh phúc, năm 2019

1


BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt
động giải bài tập nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức
chương “Chất khí” Vật lí lớp 10 THPT

Tác giả sáng kiến: HOÀNG VĂN CHIẾN
Mã sáng kiến: ………………………

BÁO CÁO KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu:
Để nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề
của học sinh có rất nhiều phương pháp, biện pháp khác nhau. Nhưng có một

2


Kí hiệu dùng trong sáng kiến

(.)

Mối quan hệ

(1)

Từ (1) suy ra (giá trị hàm số)

(1)

(1)

Từ (1) rút ra (giá trị biến số)

(2)

Thế (1) thế vào (2)

a

Ẩn số trung gian

x

Ẩn số phải tìm

3


1. Lời giới thiệu
Để nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học
sinh có rất nhiều phương pháp, biện pháp khác nhau. Nhưng có một phương pháp dạy
học được xác định từ rất lâu và có tính chất rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển
học sinh, đó là giải bài tập vật lí. Bài tập vật lí là khâu khơng thể thiếu được trong q
trình dạy học vật lí.

Nhiệt học được nghiên cứu ở phần vật lí lớp 10 THPT. Chương “ Chất
khí” nghiên cứu những hiểu biết cơ bản về chất khí lí tưởng và sự liên hệ của
các thơng số trạng thái của nó với nhau. Vì chất khí khơng cầm, nắm, quan sát,
… một cách dễ dàng như những chất khác nên học sinh tiếp thu kiến thức một
cách rất mơ hồ và khó hiểu. Học sinh khó có thể biết điều mình nghĩ là đúng hay
sai. Và lúc này, học sinh cần sự hướng dẫn của giáo viên. Với nội dung này, giáo
viên cần làm thí nghiệm, tất cả các thí nghiệm có thể. Và đặc biệt đó là việc lựa
chọn nội dung bài tập và hướng dẫn học sinh làm bài tập phần này. Giáo viên
phải làm sao cho mình có thể kiểm tra đánh giá việc tiếp thu bài, rèn luyện kĩ
năng của học sinh thông qua việc giải bài tập. Việc đưa ra hệ thống các bài tập
chương “Chất khí” và một phương pháp giải bài tập khoa học không chỉ cần
thiết đối với học sinh mà còn rất cần thiết đối với những giáo viên mới ra
trường, chưa có nhiều kinh nghiệm giảng dạy.
Với lí do trên, tơi đã lựa chọn đề tài: “Lựa chọn hệ thống bài tập và

hướng dẫn hoạt động giải bài tập nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức
chương “Chất khí” vật lí lớp 10 THPT ”.
2. Tên sáng kiến: Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động
giải bài tập nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức chương “Chất
khí” Vật lí lớp 10 THPT
3. Tác giả sáng kiến:
- Họ và tên:HOÀNG VĂN CHIẾN
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Quang Hà
- Số điện thoại: 0384361885
- Email:
4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: HOÀNG VĂN CHIẾN
4


5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: CHƯƠNG “CHẤT KHÍ”, MƠN VẬT LÍ 10
THPT
+ Hệ thống bài tập sử dụng trong giảng dạy chương “Chất khí”
+ Phương pháp và hướng dẫn hoạt động giải bài tập trong giảng dạy chương
“Chất khí”
6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 2/2016
7. Mô tả bản chất của sáng kiến:
- Về nội dung của sáng kiến:
Chương I. Nội dung kiến thức chương “Chất khí” – Vật lí 10 THPT
7.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần đạt sau khi học chương “Chất
khí” vật lí lớp 10 THPT
7.1.1. Nội dung kiến thức
7.1.1.1. Thuyết động học phân tử chất khí
a.Tính chất của chất khí
Các chất khí có những tính chất đặc biệt:
- Tính bành trướng: chiếm tồn bộ thể tích của bình chứa

- Tính dễ nén: Khi áp suất của lượng khí tăng thì thể tích của khí giảm
đáng kể
- Có khối lượng riêng nhỏ so với chất rắn và chất lỏng.
b. Thuyết động học phân tử chất khí
- Chất khí bao gồm các phân tử. Kích thước mỗi phân tử là nhỏ,có thể coi
mỗi phân tử như một chất điểm.
- Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng.Nhiệt độ càng cao thì
vận tốc chuyển động hỗn loạn càng lớn. Chuyển động hỗn loạn của phân tử gọi
là chuyển động nhiệt. Do phân tử chuyển động hỗn loạn,tại mỗi thời
điểm,hướng của vận tốc phân tử phân bố đều theo mọi phương trong không
gian.
- Khi chuyển động, mỗi phân tử va chạm với phân tử khác và với thành
bình. Giữa hai va chạm,phân tử gần như tự do và chuyển động thẳng đều. Phân
tử va chạm với thành bình tạo nên áp suất của chất khí.
- Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm chuyển động
hỗn loạn không ngừng,chỉ tương tác với nhau khi va chạm được gọi là khí lí
tưởng.

5


d. Cấu tạo phân tử của chất
 Ở thể khí:
- Các nguyên tử ở xa nhau
- Lực tương tác yếu
- Chuyển động hỗn loạn chạy ra về mọi phía
Do đó chất khí chiếm tồn bộ thể tích, khơng có hình dạng và thể tích nhất
định.
 Ở thể lỏng và rắn:
- Mỗi phân tử ln có các phân tử khác ở gần

- Sắp xếp theo trật tự xác định
- Vị trí cân bằng của chất rắn là cố định
7.1.1.2. Các quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp đối với khí lí tưởng
Sau khi học xong chương "Chất khí", học sinh cần nắm vững các kiến
thức sau:
- Trạng thái của một lượng khí được xác định bằng các thơng số trạng
thái vĩ mơ: thể tích V, áp suất P và nhiệt độ tuyệt đối T. Giữa các thơng số có mối liên
hệ xác định.
- Đẳng quá trình là quá trình biến đổi trạng thái mà chỉ có hai thơng số
thay đổi, cịn một thơng số khơng đổi.
- Khí lí tưởng là một chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất
điểm và chỉ tương tác với nhau khi va chạm.
a. Định luật Bôilơ – Mariôt ( cho quá trình đẳng nhiệt )
* Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái khí trong đó nhiệt
độ khí được giữ không đổi.
* Nội dung định luật:
Với một khối lượng khí xác định ở nhiệt độ khơng đổi, tích của áp suất p
và thể tích V là một hằng số.
p1V1 = p2V2 = pV = const
* Điều kiện áp dụng: Khí lí tưởng; Khối lượng khí khơng đổi; Nhiệt độ khí
khơng đổi
p
V
p
* Đồ thị :
t2 > t1

t1

t2

6

0
V

0

T

T

1

2

T

0

T

T

1

2

T

b.Định luật Saclơ- Nhiệt độ tuyệt đối
* Quá trình đẳng tích là q trình biến đổi trạng thái khí trong đó thể tích
khí được giữ khơng đổi.
* Nội dung định luật:
Với một khối lượng khí xác định ở thể tích không đổi, áp suất tỉ lệ thuận
với nhiệt độ tuyệt đối của chất khí.

p
T

p
= const
T

1

=

1

p
T

2
2

T là nhiệt độ tuyệt đối, là nhiệt độ trong nhiệt giai tuyệt đối hay nhiệt giai
Kenvin, có đơn vị là K.
* Đồ thị ( đường đẳng tích ):
p

V1

V
V2 > V1

p

V1
V2

-273

0

t

0

T

0

V1

V2

V

* Điều kiện áp dụng:

- Khí lí tưởng
- Khối lượng khí khơng đổi
- Thể tích khí không đổi
* Nhiệt độ tuyệt đối:
Nhiệt độ -273oC là nhiệt độ thấp nhất chỉ có thể tiến đến nhưng khơng đạt
được. Đó là độ khơng tuyệt đối.
Khơng độ tuyệt đối ( 0K) ứng với nhiệt độ -273oC.
T = t + 273

T, t là số đo nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvin, Xen- xi-út.
Nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvin được gọi là nhiệt độ tuyệt đối.
* Khoảng cách nhiệt độ 1K bằng khoảng cách 1oC.
ΔT = Δt
* Trong nhiệt giai Ken vin, công thức của định luật Saclơ trở thành:

7


p
= hằng số
T

Với thể tích khơng đổi, áp suất của một lượng khí nhất định tỉ lệ thuận với
nhiệt độ tuyệt đối của nó.
Chú ý:
- Theo quan điểm vĩ mơ, khí lí tưởng là chất khí tuân theo hai định luật
Bôilơ-Mariôt và định luật Saclơ.
- Đồ thị (p-T) diễn tả định luật Saclơ là đường thẳng đi qua gốc tọa độ.
p

c. Định luật Gayluyxac
* Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái khí trong đó áp suất
được giữ khơng đổi.
* Nội dung định luật:
Với khối lượng khí xác định ở áp suất khơng đổi, thể tích tỉ lệ thuận với
nhiệt độ tuyệt đối của chất khí.
=

p

Hoặc

* Điều kiện áp dụng:
- Khí lí tưởng
- Khối lượng khí khơng đổi
- Áp suất khí khơng đổi
* Đồ thị:
p

0
0
V
T
7.1.1.3. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng :

= const

V

0

T
8


* Nội dung:Với một khối khí nhất định, tích của áp suất nhân với thể tích
chia cho nhiệt độ tuyệt đối là một hằng số :

pV
T
1

1

1

=

pV
T
2

2

2

Hoặc

pV
= const

T

* Điều kiện áp dụng:
- Khí lí tưởng
- Khối lượng khí khơng đổi
7.2. Những kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh
- Vận dụng được thuyết động học phân tử để đặc điểm về hình dạng, thể
tích của các chất ở thể khí, thể lỏng, thể rắn.
- Vẽ được các đường đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp trong các hệ tọa độ
(P,V), (P,T), (V,T).
- Vận dụng được ba định luật chất khí để giải bài tập
- Vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng và phương trình
Cla- pê- rơn-Men-đê-lê-ép để giải các bài tập về chất khí.
- Đưa ra được phương án thí nghiệm để khảo sát từng q trình biến đổi
trạng thái của chất khí.
- Rèn luyện được các kĩ năng thực nghiệm: quan sát, so sánh, phân tích,
tổng hợp,…
- Có thái độ khách quan khi theo dõi thí nghiệm
- Rèn luyện kĩ năng đổi đơn vị các đại lượng trong đề bài cho phù hợp,
kĩ năng vận dụng các kiến thức tốn học để vẽ đồ thị, tính tốn,…
- Vận dụng được các quá trình biến đổi trạng thái để giải thích các hiện
tượng trong thực tế.
7. 3. Những khó khăn và sai lầm mà học sinh hay mắc phải khi học chương "
Chất khí "
- Học sinh khơng biết trong mỗi bài tốn thơng số nào khơng đổi.
- Học sinh khơng biết khối lượng khí ta xét là lượng khí nào. Đây là khó
khăn lớn nhất đối với học sinh.
- Học sinh hay quên định luật Bôilơ Mariôt, định luật Saclơ chỉ được áp
dụng khi khối lượng khí là khơng đổi, khơng có biến đổi hóa học.
- Học sinh quên không đổi các đại lượng về đơn vị chuẩn (nhưng cũng có

những trường hợp khơng cần đổi ra đơn vị chuẩn mà dùng ln đơn vị đó để giải
quyết bài tập).

9


- Học sinh không phân biệt được hai dạng của mỗi định luật( theo nhiệt
giai Kenvin và nhiệt giai Cenxiut ).
7.4.Phương pháp giải bài tập chương “Chất khí”
7.4.1. Phân loại bài tập chương “Chất khí”
Theo phương thức giải, bài tập gồm 4 dạng bài tập, song các định luật
chất khí trong chương này đều được xây dựng theo con đường thực nghiệm.
Việc xây dựng định luật chính là giải các bài tập thí nghiệm trong chương này.
Vậy nên để giúp học sinh nắm vững kiến thức chương “Chất khí” và từ đó biết
vận dụng những kiến thức vào việc giải bài tập, tôi đã chia bài tập chương này
thành 3 dạng chính :
1. Dạng 1: Bài tập định tính
2. Dạng 2: Bài tập định lượng
3. Dạng 3: Bài tập đồ thị
7.4.2. Phương pháp giải bài tập chương “Chất khí”
2.5.2.1. Phương pháp giải bài tập định tính
1.Phương pháp giải
Để giải bài tập này, ta có thể tiến hành theo các giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Tìm hiểu đề bài
Xét xem lượng khí đang xét là lượng khí nào?
* Giai đoạn 2: Phân tích hiện tượng
- Xác định thơng số trạng thái các q trình biến đổi trạng thái của lượng
khí đó.
- Trong các thơng số trạng thái, thơng số nào không đổi, thông số nào thay
đổi?

* Giai đoạn 3: Xây dựng lập luận
Dựa vào các định luật chất khí, thuyết động học phân tử,.. thiết lập mối
quan hệ giữa định luật, thuyết đó,… với hiện tượng đã cho từ đó lập luận để tìm
ra u cầu của bài tốn.
2. Ví dụ minh họa cho phương pháp giải
Bài toán 1: Những chai đựng đầy nước giải khát có hịa tan khí cacbonic
nếu để vào chỗ ấm đôi khi ta thấy nút chai bật ra. Tại sao vậy?
a. Mục đích bài tập
Vận dụng định luật Saclơ.
b.Phương pháp giải bài tập
* Giai đoạn 1: Tìm hiểu đề bài

10


Xét khối khí cacbonic xác định có trong chai.
* Giai đoạn 2: Phân tích hiện tượng
- Khi để vào chỗ ấm, nhiệt độ của khí cacbonic trong chai tăng.
- Lượng khí trong chai có khối lượng và thể tích khơng đổi.
* Giai đoạn 3: Xây dựng lập luận
- Theo định luật Saclơ: Với một khối lượng khí xác định ở thể tích
khơng đổi, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của chất khí :

p
= const.
T

- Lượng khí trong chai có khối lượng và thể tích khơng đổi, áp dụng
định luật Saclơ : Khi nhiệt độ khí tăng thì áp suất khí tăng.
- Áp suất khí tăng dẫn đến áp lực khí lên nút chai tăng.

- Khi áp lực khí lớn hơn lực ma sát giữa nút chai và miệng chai thì nút
chai sẽ bật ra.
Ta có thể diễn tả bằng sơ đồ luận giải sau:
Định luật Saclơ: Với
một khối lượng khí
Áp lực khí lớn hơn lực
xác định ở thể tích
ma sát giữa nút chai
khơng đổi, áp suất tỉ lệ
và miệng chai
=> Nút chai bật ra.
thuận với nhiệt độ
tuyệt đối của chất khí :
= const.
Áp suất khí
Áp lực khí
Lượng khí trong chai
có khối lượng và thể
tích khơng đổi.

tăng

lên nút chai
tăng

Áp lực khí nhỏ hơn
lực ma sát giữa nút
chai và miệng chai
Nhiệt độ khí tăng
=> Nút chai khơng bật

Đó là nguyên nhân tại sao những chai đựng đầy nước giải khát có ra.
hịa tan khí
cacbonic nếu để vào chỗ ấm đơi khi ta thấy nút chai bật ra.
c.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh lúng túng khi gặp hỗn hợp chất khí và chất lỏng.
- Học sinh khơng biết áp dụng định luật nào để giải thích hiện tượng.
- Học sinh không biết khi nào nút chai bật ra.
d.Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn
- Xét lượng khí có trong chai. Tuy chất khí lẫn với chất lỏng nhưng khối
lượng và thể tích khí có thay đổi khơng?
- Khi đặt chai vào chỗ ấm, nhiệt độ khí tăng hay giảm?

11


- Với lượng khí có khối lượng và thể tích không đổi, mối liên hệ giữa áp
suất và nhiệt độ khí được biểu diễn bằng định luật nào?
- Khi nút chai bật ra, áp lực do khí gây ra và lực ma sát giữa nút chai và
miệng chai có mối liên hệ nào?
7.4.2.2. Phương pháp giải bài tập tính tốn( bài tập định lượng)
1. Phương pháp giải
Căn cứ vào phương pháp chung giải bài tập, phương pháp giải bài tập
định lượng về chất khí trải qua các giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Tóm tắt đề bài, vẽ hình (nếu có).
* Giai đoạn 2: Xác lập các mối quan hệ cơ bản
+ Xét khối khí xác định nào?
+ Xác định các thơng số trạng thái của khối khí ở mỗi trạng thái.
+ Căn cứ vào các điều kiện ban đầu của bài tốn, các định luật, phương
trình liên quan lập nên các mối quan hệ cơ bản cho các thông số trạng thái từ đó
tìm ra đại lượng cần tìm.

* Giai đoạn 3: Luận giải và giải bài tập.
+ Xây dựng sơ đồ luận giải của bài tập.
+ Giải bài tập.
* Giai đoạn 4: Kết quả và biện luận.
2. Ví dụ minh họa cho phương pháp giải
Bài toán 2 : Người ta dùng một bơm tay để bơm khơng khí vào một cái
săm. Xi lanh của bơm có chiều cao h = 40cm và đường kính d = 5cm. Hỏi phải
bơm bao nhiêu lâu để trong săm có 6l khơng khí ở áp suất 5.10 5 N/m2. Biết thời
gian mỗi lần bơm là 1,5 giây và áp suất ban đầu của khơng khí ở trong săm bằng
áp suất khí quyển và bằng 10 5 N/m2. Coi nhiệt độ khơng khí là khơng đổi trong
khi bơm.
a. Mục đích bài tập
Vận dụng định luật Bôi lơ- Mariôt
b. Phương pháp giải bài tập
* Giai đoạn 1: Tóm tắt đề bài
Cho h = 40cm; d = 5cm; po = 105N/m2; V = 6l
p = 5.105N/m2; t1 = 1,5s
Tìm t = ?
* Giai đoạn 2: Xác lập các mối quan hệ cơ bản
Gọi số lần bơm là n.

12


Xét khối khí khơng đổi sau khi bơm n lần có áp suất p = 5.105 N/m2 và thể tích
V = 6l.
Lượng khí mỗi lần bơm vào săm có áp suất po = 105 N/m2 và thể tích là:
.d 2
V1 =
.h

4

(1)

Lượng khí có trong săm sau n lần bơm kể cả khí ban đầu có trong săm ở áp suất
po và thể tích là:
Vo = V + nV1
(2)
Sau đó lượng khí trong săm sau n lần bơm này có áp suất p và thể tích V.
Vì nhiệt độ của khí trong q trình bơm khơng đổi nên áp dụng định luật BôilơMariôt:
poVo = pV
(3)
Thời gian cần bơm: t = n.t1
(4)
Căn cứ vào điều kiện bài toán ta thiết lập được 4 mối quan hệ cơ bản.
* Giai đoạn 3: Luận giải và giải bài tập
Ta có thể biểu đạt tiến trình luận giải theo sơ đồ sau:

Từ (1) thế vào (2) ta suy ra được Vo(với Vo là thể tích của khí sau n lần
bơm ở áp suất khí quyển).
Thế Vo vào (3) từ đó rút ra được n.
Thế n vào (4) ta suy ra được t ( thời gian cần bơm).
4.V ( p  p o )

4.V ( p  p o )

Ta được: n = p .d 2 .h và t = p .d 2 .h .t1
o
o
Thay số ta được: t = 46s.

* Giai đoạn 4: Kết quả và biện luận
t > 0 là phù hợp.
Vậy thời gian cần bơm khí là: t = 46s.
c.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh không biết rõ phải xét khối khí khơng đổi ở áp suất po sau n lần
bơm.
- Học sinh khơng nhận ra khối khí sau n lần bơm có cả phần khí có áp
suất po và thể tích ban đầu V có sẵn trong săm.
d.Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn

13


- Ban đầu trong săm đã có khơng khí chưa? Nếu có thì áp suất và thể tích
của khối khí đó như thế nào?
- Nhiệt độ khí khơng đổi trong khi bơm, ta có thể sử dụng định luật nào?
- Để áp dụng được định luật Bôilơ – Mariôt, ta xét lượng khí nào?
- Tính thể tích của khí trong săm ở áp suất po sau n lần bơm?
- Thể tích của tồn bộ lượng khí có áp suất p o sau n lần bơm liên hệ với
thể tích khí ban đầu có sẵn trong săm như thế nào?
7.4.2.3.Phương pháp giải bài tập đồ thị
Với đặc thù của chương “Chất khí”, ta có thể chia bài tập đồ thị ra làm 4
loại:
7.4.2.3.1.Loại 1: Bài tập đọc và khai thác đồ thị
1. Phương pháp giải
Bài toán cho đồ thị của một biến đổi trạng thái của một lượng khí lí
tưởng, yêu cầu tìm các thơng số trạng thái của lượng khí đó.
Ta có thể tiến hành theo các giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Dựa vào đồ thị, xác định các q trình biến đổi trạng thái
của lượng khí đang xét.

* Giai đoạn 2: Từ đồ thị xác định các thông số trạng thái đã biết của từng
trạng thái khí.
* Giai đoạn 3: Dựa vào các phương trình, định luật chất khí, lập ra các
mối quan hệ cơ bản của các thơng số trạng thái, lập luận tìm ra u cầu của bài
tốn.
2. Ví dụ minh họa cho phương pháp giải
Bài tốn 3:Một khối khí lí tưởng thực hiện
chu trình 1-2-3-4 như hình vẽ trong đó
p1 = 1atm, T1 = 300K, T2 = 600K, T3 = 1200K, V1 = 2l.
Xác định đầy đủ các thơng số của mỗi trạng thái.
1.Mục đích bài tập
- Khai thác đồ thị để biết các đại lượng.
- Dựa vào đồ thị nhận biết các quá trình biến đổi trạng thái ( đẳng nhiệt,
đẳng tích, đẳng áp).
- Ôn tập phương trình trạng thái.
2.Phương pháp giải bài tập
* Giai đoạn 1
- Quá trình (1-2) là quá trình đẳng áp vì đồ thị (1-2) là đoạn thẳng song

14


song với trục hoành 0T => p1 = p2
(5)
- Quá trình (2-3) là q trình đẳng tích vì đồ thị (2-3) là đoạn thẳng đi
qua gốc tọa độ trong hệ (p-T) => V2 = V3
(2)
- Quá trình (4-1) là quá trình đẳng tích vì đồ thị (4-1) là đoạn thẳng đi
qua gốc tọa độ trong hệ (p-T) => V4 = V1
(3)

- Quá trình (3-4) là quá trình đẳng áp vì đồ thị (3-4) là đoạn thẳng song
song với trục hoành 0T => p3 = p4
(4)
* Giai đoạn 2
Từ đồ thị và đề bài ta có:
p1 = 1atm; T1 = 300K
T2 = 600K; T3 = 1200K, V1 = 2l
p2 = ? p3 = ? p4 = ? V2 = ? V3 = ? V4 = ? T4 = ?
* Giai đoạn 3
Vì các thơng số trạng thái của khí có thể thay đổi, nhưng khối lượng khí
khơng đổi nên ta áp dụng phương trình trạng thái cho chất khí:
p3 .V3
p1 .V1
p 2 .T2
p 4 .V4
=
=
=
T1
T2
T3
T4

pV
= const hay
T

V1

(3)

(5)

(1)

(1)

V4
V2

Kết quả : p2 = p1 = 1atm, p3 =
p1V1T2

(1)

(2)

V3

(1)

p3

T4

(4)

p4

p1V1T3

= 2atm, p4 = p3 = 2atm
V3T1

V2 = p T = 4l, V3 = V2 = 4l, V4 = V1 = 2l, T4 =
2 1

p 4V4T1
= 600K
p1V1

3.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh khơng biết khai thác đồ thị: Dựa vào đồ thị để tìm ra các
đường đẳng.
- Học sinh không biết cách xác định các thơng số trạng thái chưa biết của
khối khí.
4.Câu hỏi hướng dẫn học sinh
- Dựa vào đồ thị các đường đẳng trong các hệ tọa độ (p-T), (p-V), (V-T)
hãy xác định các đường đẳng trong đồ thị đã cho.

15


- Các thơng số trạng thái của khối khí liên hệ với nhau bởi phương trình
nào? Dựa vào đó, hãy xác định các thơng số trạng thái chưa biết cịn lại.
7.4.2.3.2. Loại 2: Bài toán vẽ đồ thị chuyển trạng thái của một lượng khí
lí tưởng theo các hệ tọa độ khác nhau.
1.Phương pháp giải
Để giải bài toán này, ta có thể thực hiện theo các giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Căn cứ vào đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi trạng
thái, xác định các quá trình biến đổi( đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp) mà đề bài

đã cho.
* Giai đoạn 2:
+ Căn cứ vào hệ tọa độ mà bài tốn u cầu, vẽ đường đẳng khơng có ở hệ
tọa độ đó.
+ Xác định vị trí 2 điểm đầu và cuối của quá trình biến đổi này dựa vào đồ
thị ban đầu.
* Giai đoạn 3: Từ 2 điểm đã xác định vẽ các đường đẳng còn lại.
+ Nếu bài toán cho 3 trạng thái được một chu trình kín thì giao của 2
đường cịn lại ta được trạng thái thứ 3.
+ Nếu bài toán cho 4 trạng thái mới tạo nên một chu trình, cần dựa vào các
định luật và các điều kiện của đề bài để xác định các trạng thái còn lại.
* Giai đoạn 4: Hồn thành chu trình và trả lời bài tốn.
2. Ví dụ minh họa cho phương pháp vẽ đồ thị
Bài toán 4: Cho đồ thị biểu diễn sự biến đổi trạng thái của một lượng khí
lí tưởng trong hệ tọa độ (V-T). Hãy vẽ đồ thị về sự biến đổi này theo hệ tọa độ

(p-V) và (p-T).
a. Mục đích bài tập
Vẽ đồ thị về sự biến đổi trạng thái theo các hệ tọa độ khác nhau.
b. Phương pháp giải bài tập
* Giai đoạn 1:
+ Quá trình (1-2) là quá trình đẳng áp (p1 = p2); vì V tỉ lệ thuận với T, đồ
thị là đoạn thẳng đi qua gốc tọa độ trong hệ tọa độ (V-T).

16


Quá trình (2-3) là quá trình đẳng nhiệt ( T2 = T3); vì đồ thị là đoạn thẳng
song song với trục 0V.
+ Q trình (3-1) là q trình đẳng tích (V2 = V3); vì đồ thị là đoạn thẳng

song song với trục 0T.
Với đồ thị hệ tọa độ (p-V):
* Giai đoạn 2:
+ Vẽ đường đẳng nhiệt (2-3) là đường hypebol.
+ Căn cứ vào đồ thị đã cho V2 > V3 nên trạng thái 3 ở trên, trạng thái 2 ở
dưới.
* Giai đoạn 3:
+ Từ (3) vẽ đường đẳng tích (3-1) ( đường thẳng song song với trục 0p).
+ Từ (2) vẽ đường đẳng áp (1-2) ( đường thẳng song song với trục 0V).
+ Giao của hai đường đẳng tích (3-1) và đẳng áp (1-2) ở đâu thì đó là trạng
thái 1
* Giai đoạn 4 :
Hồn thành chu trình
+

Với đồ thị hệ tọa độ (p-T):
* Giai đoạn 2:
+ Vẽ đường đẳng tích (3-1) là đường thẳng đi qua gốc tọa độ.
+ Căn cứ vào đồ thị đã cho T 3 > T1 nên trạng thái 3 ở trên, trạng thái 1 ở
dưới.
* Giai đoạn 3:
+ Từ (3) vẽ đường đẳng nhiệt (2-3) là đường thẳng song song với trục 0p.
+ Từ (1) vẽ đường đẳng áp (1-2) là đường thẳng song song với trục 0T.
+ Giao của hai đường đẳng nhiệt (2-3) và đẳng áp (1-2) ở đâu thì đó là
trạng thái 2.
* Giai đoạn 4 :
Hồn thành chu trình

17

c. Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh khơng biết quá trình (1-2) là quá trình đẳng áp.
- Học sinh lúng túng khi vẽ các đường đẳng của đại lượng mà khơng có
đại lượng ấy trong đồ thị.
- Học sinh chưa biết phương pháp vẽ.
d. Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn
- Đồ thị của 3 đường đẳng ( đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp) trong các hệ
tọa độ (p-V),(p-T),(V-T) như thế nào?
- Để làm bài tập loại này, ta cần thực hiện các giai đoạn như sau…( GV
đưa ra phương pháp giải bài tập này).
7.4.2.3.3. Loại 3: Dựa vào đồ thị, so sánh hai đại lượng của chất khí.
1. Phương pháp giải
Ta có thể giải loại bài tập này theo các giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Dựa vào đồ thị, xác định các quá trình biến đổi trạng thái
của lượng khí đang xét (nếu có).
* Giai đoạn 2: Vẽ các đường đẳng khơng có trong đồ thị ( nếu cần).
* Giai đoạn 3: Chuyển về trạng thái trung gian để có một đại lượng như
nhau kết hợp các định luật, phương trình của chất khí lập luận để tìm ra u cầu của
bài tốn.
2. Ví dụ minh họa cho phương pháp giải
Bài toán 5: Khi nung nóng một khối khí, sự biến đổi của áp suất p theo
nhiệt độ tuyệt đối T được cho bởi đồ thị như hình vẽ. Hãy xác định xem trong
quá trình này khí bị nén hay dãn?

a.Mục đích bài tập
- Dựa vào đồ thị nhận biết các quá trình biến đổi trạng thái ( đẳng nhiệt,
đẳng tích, đẳng áp).
- Vận dụng định luật Bôilơ – Mariôt .
b.Phương pháp giải bài tập

* Giai đoạn 2:
(I)
(II)
- Từ (1) vẽ đường đẳng tích (I)
- Từ (2) vẽ đường đẳng tích (II)
18


* Giai đoạn 3:
- Từ (1) vẽ đường đẳng nhiệt (III) cắt đường đẳng tích (II) tại (3)
T1 = T3 , V2 = V3
(1)
- Theo định luật Bôilơ – Mariôt ta có :
p1V1 = p3V3
(2)
- Từ đồ thị ta có : p1 > p3
(3)
Từ (2),(3) suy ra : V1< V3
Kết hợp (1) ta có : V1 < V2.
Vậy thể tích khí tăng, hay khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thì
khí dãn.
c.Khó khăn đối với học sinh
- Trong bài tập này học sinh không biết được giá trị của các đại lượng mà
phải xét xem đại lượng đó tăng hay giảm.
- Cả ba đại lượng p,V,T đều thay đổi, khơng có giá trị xác định nên khơng
tính tốn được.
d.Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn :
- Vẽ các đường đẳng khơng có trong đồ thị
- Có thể so sánh thể tích khí ở hai trạng thái (1) và (2) bằng cách so sánh
hai thể tích ở hai trạng thái trên hai đường đẳng tích ấy nhưng ở cùng nhiệt độ,

có thể xét mối tương quan giữa áp suất hai trạng thái này trên đồ thị.
- Giữ một đại lượng không đổi, xét sự phụ thuộc của hai đại lượng còn
lại.
7.4.3. Những lưu ý chung khi giải bài tập chương “Chất khí”
- Học sinh cần nắm được rõ điều kiện áp dụng của các định luật chất khí.
- Học sinh cần xác định rõ trong mỗi bài tốn thơng số nào khơng đổi,
thơng số nào thay đổi.
- Học sinh cần xác định chính xác lượng khí cần xét.
- Học sinh nhớ đổi các đại lượng về đơn vị chuẩn ( tùy từng trường hợp
có thể khơng đổi).
- Học sinh cần đưa nhiệt độ về nhiệt độ tuyệt đối.
- Các lưu ý khác cụ thể trong từng dạng bài tập đã nêu ở trên.

19


Chương II. Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập
chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT
Trong chương chất khí, tơi lựa chọn hệ thống bài tập thỏa mãn các yêu
cầu sau :
- Các bài tập sắp xếp thứ tự theo chương trình học trên lớp : Thuyết cấu
tạo chất, định luật Bôi lơ – Mariôt,…
- Các bài tập đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp giúp học sinh
nắm được phương pháp giải điển hình.
- Hệ thống bài tập gồm nhiều thể loại : Bài tập có nội dung thực tế, bài tập
luyện tập và bài tập sáng tạo,…
- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập đóng góp một
phần nào đó vào việc ơn tập, củng cố, khắc sâu những kiến thức cơ bản của
chương “Chất khí” vật lí lớp 10 THPT.
- Chú ý:

+ Trong hệ thống bài tập dưới đây, có những bài tập có thể sử dụng nhiều
cách khác nhau nhưng sang kiến chỉ trình bày 1 cách đặc trưng để phù hợp với
mục đích sử dụng.
1. Hệ thống bài tập
Hệ thống gồm: 2 bài tập định tính, 15 bài tập định lượng, 7 bài tập đồ thị.
Bài toán 1 => Bài toán 5 ( Ở phần phương pháp giải)
Bài 1: Tại sao người ta làm những gân nổi dọc theo mặt ngoài phần cuống hẹp
của các phễu dùng để rót các chất lỏng vào chai?
Bài 2: Một bình A có dung tích VA = 2l chứa một khối khí lúc đầu ở áp suất p1=
2atm, được thơng với một bình B có dung tích V B = 8l và được rút chân khơng.
Hãy tính áp suất của khối khí sau khi hai bình được thơng nhau.
Bài 3: Một bọt khí có thể tích tăng gấp rưỡi khi nổi từ đáy hồ lên mặt nước. Giả
sử nhiệt độ ở đáy hồ và mặt hồ là như nhau, hãy tính độ sâu của hồ. Cho biết áp
suất khí quyển là po = 75cmHg.
Bài 4:Hai bình cầu được nối với nhau bằng một ống nhỏ có khóa. Bình A chứa
một lượng khí có áp suất 1at và có thể tích V A = 4l. Bình B chứa một lượng khí
khác có áp suất 2at và có thể tích V B = 1l. Hỏi áp suất của khí ở trong bình là
bao nhiêu nếu mở khóa. Coi nhiệt độ là khơng đổi. Coi hai khí khơng xảy ra
tương tác hóa học.
B

A
20


Bài 5: Một bình hình trụ kín hai đầu có độ cao h được nằm ngang, bên trong có
một pittơng có thể di chuyển khơng ma sát trong bình trong bình (hình vẽ). Lúc
đầu pittơng được giữ cố định ở chính giữa bình. Hai bên pittơng đều có khí cùng
loại nhưng áp suất khí bên trái gấp n lần áp suất khí bên phải. Nếu để pittơng tự
do thì pittơng dịch chuyển như thế nào? Coi nhiệt độ của hệ là khơng đổi.

p1

p2
x
h

Bài 6: Một bình có thể tích Vo = 100l chứa khơng khí ở áp suất p o= 100at. Ta
dùng một bơm hút khí có thể tích buồng xi lanh hút khí là V x = 1l. Hỏi cần phải
bơm bao nhiêu nhát để áp suất trong bình giảm xuống cịn 10at. Coi nhiệt độ khí
khơng đổi trong q trình hút khí.
Bài 7: Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ ở 27 oC và dưới áp suất 0,6at. Khi đèn
cháy sáng, áp suất khí trong đèn là 1,0 at và khơng làm vỡ bóng đèn. Tính nhiệt
độ khí trong đèn khi cháy sáng. Coi dung tích bóng đèn khơng đổi.
Bài 8: Một bình thủy tinh dung tích V=15cm 3 chứa khơng khí ở nhiệt độ t1 =
177oC, nối với một ống nằm ngang chứa đầy thủy ngân, đầu kia của ống thơng
với khí quyển (như hình vẽ). Tính khối lượng thủy ngân chảy vào bình khi
khơng khí trong bình được làm lạnh tới nhiệt độ t 2 = 27oC. Dung tích coi như
khơng đổi, khối lượng riêng của thủy ngân là D = 13,6g/cm3.
Hg

Bài 9: Cho một khối khí lí tưởng p1= 1atm,V1=10l, t1=27oC biến đổi trạng thái
theo đồ thị như sau :
p(atm)
2
3
3
1
O

1
300

a.Mơ tả q trình biến đổi.

4
T(K)

21


b. Xác định p,V,T ở các trạng thái 2,3,4 của khối khí.
c. Biểu diễn q trình biến đổi này trong các hệ trục tọa độ (p,V),(V,T).
Bài 10: Một khối khí lí tưởng có đồ thị biểu diễn cho hai q trình đẳng nhiệt ở
nhiệt độ T1 và T2 khác nhau như hình vẽ. Hãy so sánh T1 và T2.

Bài 11: Cho các đồ thị sau đây biểu diễn chu trình biến đổi trạng thái của các
khối khí lí tưởng như hình vẽ
a.Hãy chỉ rõ các quá trình biến đổi trạng thái.
b.Vẽ lại đồ thị trong các hệ tọa độ còn lại (p-T),(V,T),(p-V).
p

p
3

2

1

V

2

2

V1,V2
3

1

4

0

1

T
a)

0

V1

b)

V3,V4

V4 V

4

3

0

c)

T

2. Sử dụng hệ thống bài tập

Tên bài học
Định luật Bơilơ Ma riơt
Định luật Saclơ
Phương trình trạng thái
khí lý tưởng.
Bài tập

Chữa trong
giờ
bài tập
BT2
B6
B7
B4

Sử dụng trong
giờ giảng

Giao về nhà

B1,B2
BT1
BT3

B3,B5

BT4,BT5

B9,B10

B8

Kí hiệu : BT: bài toán trong phần phương pháp giải bài tập
B: bài tốn trong hệ thống cịn lại
3. Hướng dẫn hoạt động giải hệ thống bài tập
Bài 1:
22


a. Mục đích bài tập
Vận dụng định luật Bơilơ- Mariơt
b.Phương pháp giải bài tập
* Giai đoạn 1: Tìm hiểu đề bài
Xét lượng khí xác định có khối lượng khơng đổi có trong chai đựng chất
lỏng khi chưa thốt ra ngồi.
* Giai đoạn 2 : Phân tích hiện tượng
Trong chai có hỗn hợp chất khí và chất lỏng.
- Khi rót chất lỏng vào chai, thể tích khí trong chai giảm (do chất lỏng
khơng bị nén, thể tích chất lỏng tăng, thể tích chai khơng đổi, coi như khí chưa

thốt ra ngồi).
- Giả sử rót chất lỏng từ từ, nhiệt độ khí trong chai không đổi.
* Giai đoạn 3: Xây dựng lập luận
- Áp dụng định luật Bôilơ-Mariôt ( pV = const) với khối khí trong chai có
khối lượng và nhiệt độ khơng đổi, thể tích khí giảm => Áp suất khí tăng => Khó
rót chất lỏng vào chai.
Ta có thể diễn tả bằng sơ đồ luận giải sau:
Khối khí trong chai có khối lượng
và nhiệt độ khơng đổi
Khi rót chất lỏng vào chai
=> Thể tích V khí giảm

Áp suất khí
tăng

Khó rót chất lỏng
vào chai

Định luật Bôilơ- Mariôt:
pV = const

- Biện pháp: Để rót chất lỏng vào chai, ta làm những gân nổi dọc theo mặt
ngồi cuống phễu làm cho khí trong chai có thể thốt ra ngồi một cách dễ dàng
mà khơng cần nhấc phễu lên.
c.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh khơng tưởng tượng được phải xét lượng khí trong chai khi
chưa thốt ra ngồi và lượng khí này có những đặc điểm gì về các thơng số trạng
thái để áp dụng định luật nào giải thích hiện tượng.
- Học sinh không biết tác dụng của việc làm gân nổi dọc cuống phễu.
d.Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn

- Xét lượng khí xác định có khối lượng khơng đổi khi chưa thốt ra ngồi.
Khi rót từ từ chất lỏng vào chai, thể tích và nhiệt độ khí trong chai thay đổi như
thế nào?

23


- Với lượng khí xác định có khối lượng và nhiệt độ không đổi, mối liên hệ
giữa áp suất và thể tích khí được biểu diễn bởi định luật nào? Từ đó dẫn đến áp
suất khí thay đổi như thế nào khi rót chất lỏng vào chai?
- Làm thế nào để rót chất lỏng được dễ dàng mà khơng cần nhấc phễu
lên?
Bài 2 :
1.Mục đích bài tập
Củng cố định luật Bơi lơ- Mariơt.
2.Phương pháp giải bài tập
a. Tóm tắt
Cho V1 = VA = 2l, p1 = pA = 2atm
VB = 8l, T = const
Tính p2 = ?
b. Xác lập các mối quan hệ cơ bản
Xét khối khí có khối lượng và nhiệt độ không đổi.
* Trạng thái 1: Lúc đầu khi khí ở bình A có thể tích VA, áp suất pA.
* Trạng thái 2 (Khi hai bình thơng nhau):
- Thể tích: V2 = VA+ VB
(1)
- Áp suất: p2
Áp dụng định luật Bơi lơ- Mariơt cho khối khí này:
p1V1 = p2V2
(2)

c.Luận giải và giải bài tập
VA
pA

p2

(2)

(1)
V1

Kết quả : p2 = V  V .p1 = 0,4atm
1
2
d. Kết quả và biện luận
Vậy áp suất của khối khí sau khi hai bình được thơng nhau là: p2 = 0,4atm.
3.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh không biết áp dụng định luật nào để giải bài tốn.
- Học sinh khơng biết khi mở khóa ( trạng thái 2 ), thể tích của khối khí là

24


thể tích của cả hai bình V2 = VA+ VB.
4.Hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn
- Lượng khí ta xét là lượng khí nào? Lượng khí này có các thông số nào
không đổi,thông số nào thay đổi?
- Với lượng khí có khối lượng và nhiệt độ khơng đổi, ta sẽ áp dụng định
luật nào của chất khí?
- Khi mở khóa, thể tích của lượng khí này được xác định như thế nào?

Bài 3 :
1.Mục đích bài tập
- Vận dụng định luật Bôilơ – Mariôt
- Khái niệm áp suất tĩnh và cơng thức xác định nó.
2. Phương pháp giải bài tập
a.Tóm tắt
Cho V2 = 1,5 V1; T = const; po = 75cmHg
Tìm h = ?
b. Xác lập các mối quan hệ cơ bản
Xét khối khí trong bọt nước
- Ở đáy hồ: + Thể tích: V1
h

+ Áp suất: p1 = po + 13,6 (cmHg)

(1)

- Ở mặt hồ: + Thể tích: V2 = 1,5V1
(2)
+ Áp suất: p2 = po
(3)
Nhiệt độ ở đáy hồ và trên mặt hồ là như nhau nên áp dụng định luật
Bơilơ – Mariơt cho lượng khí xác định trong bọt khí ta có:
p1V1 = p2V2
(4)
c.Luận giải và giải bài tập
(1)

p1

(2)

V2

(3)

p2

(4)

h

h = 0,5.13,6.po = 510 (cmHg).
d. Kết quả và biện luận
Vậy độ sâu của đáy hồ là h = 5,1m
3.Khó khăn đối với học sinh
- Học sinh khó khăn khơng biết xét lượng khí nào và lượng khí đó có đại

25