Năng lực tự chủ và tự học: Chủ động, tích cực thực hiện nhiệm vụ học tập, phát triển khả năng tư duy độc lập của HS.
Năng lực giao tiếp hợp tác: Làm việc nhóm, tích cực tham gia thảo luận nhóm, trao đổi và chia sẻ ý tưởng về nội dung học tập.
Năng lực giải quyết vấn đề: Đề xuất vấn đề, nêu giả thuyết, lập kế hoạch, sáng tạo nhiều cách để giải quyết các tình huống thực tế liên quan đến sự biến đổi trạng thái của chất khí.

Năng lực vật lí:

Nhận thức vật lí: Hiểu được khái niệm và ý nghĩa của mô hình khí lí tưởng, sử dụng định luật Boyle và định luật Charles rút ra được phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
Tìm hiểu tự nhiên: Biết được sự biến đổi trạng thái của khí thực ở điều kiện bình thường tuân theo gần đúng phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
Vận dụng kiến thức, kĩ năng: Vận dụng được phương trình trạng thái của khí lí tưởng trong một số trường hợp đơn giản thường gặp trong thực tế.

3. Phẩm chất

Có niềm say mê, hứng thú với việc khám phá và học tập vật lí.
Chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học tập.
Cẩn thận, đảm bảo tính chính xác khi thực hiện các phép toán

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:

1. Đối với giáo viên:

SGK, SBT, SGV Vật lí 12, Kế hoạch bài dạy.
Hình ảnh và bảng trong SGK: hình ảnh bơm xe đạp, hình ảnh sơ đồ quá trình biến đổi trạng thái, hình ảnh các đường đẳng tích của một khối khí tương ứng với các thể tích V₁ và V₂,…
Phiếu học tập.
Máy chiếu, máy tính (nếu có).

2. Đối với học sinh:

SGK, SBT Vật lí 12.
Dụng cụ thí nghiệm:

+ Bộ (1): xilanh chứa khí có các vạch chia độ, pit-tông, áp kế, trụ thép, đế ba chân.

+ Bộ (2): xilanh chứa khí, áp kế, ca nhựa trong, que khuấy, ống nhựa mềm, trụ thép, đế ba chân, kẹp đa năng và khớp nối đa năng, ấm đun nước, nước đá đang tan.

Dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a. Mục tiêu: HS xác định được đối tượng nghiên cứu của bài học thông qua ví dụ thực tế.

b. Nội dung: GV cho HS thảo luận về câu hỏi, suy nghĩ tìm câu trả lời về các đại lượng của phân tử chất khí.

c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS và nhu cầu tìm hiểu về phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

d. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh bơm xe đạp (hình 7.1) cho HS quan sát.

Hình 7.1 cho thấy một người đang bơm xe đạp, mỗi động tác đẩy pit-tông xuống ứng với một lượng không khí đang được đưa vào trong săm xe. Trong quá trình bơm, tất cả các thông số trạng thái: thể tích, áp suất, nhiệt độ và cả lượng không khí trong săm xe thay đổi. Sự thay đổi của các thông số này tuân theo quy luật nào?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, suy nghĩ và trả lời câu hỏi.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 2 – 3 HS trả lời câu hỏi.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét chung và dẫn dắt vào bài học mới: Việc thiết lập phương trình liên hệ các thông số trạng thái của một khối khí là cần thiết để mô tả trạng thái của nó. Tuy nhiên, việc khảo sát các mối liên hệ sẽ đơn giản hơn nếu ta xét riêng mối liên hệ giữa hai thông số trạng thái, trong khi thông số còn lại không đổi, tương tự như ở bài trước. Từ đó, bằng suy luận toán học, ta có thể thiết lập phương trình liên hệ giữa các thông số trạng thái của một khối khí xác định. Chúng ta cùng tìm hiểu trong bài học ngày hôm nay – Bài 7: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

II. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI

Hoạt động 1: Tìm hiểu khái niệm khí lí tưởng

a) Mục tiêu: HS nêu được khái niệm khí lí tưởng.

b) Nội dung: HS nhận biết nhu cầu phải xây dựng mô hình khí lí tưởng và nêu được khái niệm khí lí tưởng.

c) Sản phẩm học tập: HS nêu được khái niệm khí lí tưởng.

d) Tổ chức thực hiện:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nhắc lại nội dung định luật Boyle và định luật Charles.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, thảo luận theo nhóm đôi và trả lời các câu hỏi:

+ Các khí thực có tuân theo định luật Boyle không?

+ Trong những điều kiện nào thì định luật Boyle được nghiệm đúng?

+ Vì sao người ta phải xây dựng mô hình khí lí tưởng?

+ Khí lí tưởng là gì?

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nhu cầu phải xây dựng mô hình khí lí tưởng và nêu được khái niệm khí lí tưởng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm việc theo nhóm, thảo luận và trả lời câu hỏi.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm trình bày kết quả thảo luận.

*Kết quả thảo luận:

+ Khí thực tuân theo định luật Boyle và định luật Charles trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường như trong phòng thí nghiệm.

+ Theo Bảng 7.1, định luật Boyle được nghiệm đúng khi áp suất chất khí trong khoảng 1 – 100 at và nhiệt độ bình thường.

+ Người ta xây dựng mô hình khí lí tưởng để đơn giản hoá việc nghiên cứu trạng thái của chất khí.

+ Khí lí tưởng là chất khí tuân theo đúng định luật Boyle và định luật Charles.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Khí lí tưởng.

- GV chuyển sang nội dung Thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

I. KHÍ LÍ TƯỞNG

- Khí lí tưởng là khí tuân theo đúng định luật Boyle và định luật Charles.

+ Để tuân theo đúng định luật Boyle và định luật Charles, khí lí tưởng phải có các phân tử được coi là chất điểm và chúng chỉ tương tác với nhau khi va chạm.

+ Nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Hoạt động 2: Thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng

a) Mục tiêu: HS thiết lập được phương trình trạng thái của khí lí tưởng dựa vào định luật Boyle và định luật Charles.

b) Nội dung: HS sử dụng định luật Boyle và định luật Charles rút ra được phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

c) Sản phẩm học tập: HS viết được phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

d) Tổ chức thực hiện:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra bài toán: Xét một khối khí lí tưởng xác định biến đổi từ trạng thái 1 (p₁, V₁, T₁) sang trạng thái 2 (p₂, V₂, T₂).

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm và thảo luận đề xuất giải pháp tìm mối liên hệ giữa các thông số của hai trạng thái 1 và 2 dựa vào định luật Boyle và định luật Charles.

- GV tổ chức lớp thành 2 trạm học tập, phân công một nửa số nhóm thực hiện nhiệm vụ trạm 1 (Thảo luận 1), nửa số nhóm còn lại thực hiện nhiệm vụ trạm 2 (Thảo luận 2).

Thiết lập mối liên hệ:

Trạm 1: Trạng thái 1 (p₁, V₁, T₁) → trạng thái 1' (p₂, V', T₁) → trạng thái 2 (p₂, V₂, T₂).

Trạm 2: Trạng thái 1 (p₁, V₁, T₁) → trạng thái 1'' (p₁, V'', T₂) → trạng thái 2 (p₂, V₂, T₂).

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm việc theo nhóm, thảo luận và trả lời câu hỏi.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm trình bày kết quả thảo luận.

*Trả lời Thảo luận 1 (SGK – tr49)

a) Quá trình (1) → (1') là đẳng nhiệt:

p₁V₁ = p₂V'

b) Quá trình (1') → (2) là đẳng áp:

c) Từ đó suy ra:

*Trả lời Thảo luận 2 (SGK – tr49)

- Quá trình (1) → (1'') là đẳng áp:

- Quá trình (1'') → (2) là đẳng nhiệt:

p₁V'' = p₂V₂

- Từ đó suy ra:

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

- GV chuyển sang nội dung Xác định hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

II. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

1. Thiết lập phương trình

- Phương trình trạng thái của một khối khí lí tưởng xác định có dạng:

hay

Hoạt động 3: Xác định hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng

a) Mục tiêu: HS xác định được hằng số khí lí tưởng và viết được phương trình trạng thái của khí lí tưởng theo hằng số khí lí tưởng.

b) Nội dung: HS áp dụng phương trình trạng thái cho n mol khí lí tưởng ở điều kiện tiêu chuẩn để xác định hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng, từ đó thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng theo hằng số khí lí tưởng.

c) Sản phẩm học tập: HS nêu được giá trị hằng số khí lí tưởng và phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

d) Tổ chức thực hiện:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và tìm hiểu cách xác định giá trị của hằng số C.

- GV đặt vấn đề: Hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng có giá trị bằng bao nhiêu?

- GV gợi ý HS xét n mol khí lí tưởng ở điều kiện tiêu chuẩn để xác định giá trị của hằng số C.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về giá trị hằng số C.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm việc theo nhóm, thảo luận và trả lời câu hỏi.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm trình bày kết quả thảo luận.

*Kết quả thảo luận:

Xét n mol khí lí tưởng ở điều kiện tiêu chuẩn:

p = 1,013.10⁵ Pa, V = 0,0224n m³, T = 273 K:

Như vậy, phương trình trạng thái có dạng: pV = nRT

Trong đó:

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Xác định hằng số C trong phương trình trạng thái của khí lí tưởng.

- GV chuyển sang nội dung Tìm hiểu quá trình biến đổi đẳng tích.

2. Xác định hằng số C

- Phương trình trạng thái của một khối khí lí tưởng xác định có dạng: pV = nRT, trong đó gọi là hằng số khí lí tưởng.

Hoạt động 4: Tìm hiểu quá trình biến đổi đẳng tích

a) Mục tiêu: HS tìm được biểu thức mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình biến đổi đẳng tích.

b) Nội dung: HS vận dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng để thiết lập mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình biến đổi đẳng tích và vận dụng mối liên hệ này trong những trường hợp đơn giản.

c) Sản phẩm học tập: Phương trình liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình biến đổi đẳng tích, đường đẳng tích.

d) Tổ chức thực hiện: