Giáo án Vật lí 12 chân trời Bài 8: Áp suất – động năng của phân tử khí

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu sản phẩm mô phỏng theo link:

https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_all.html?locale=vi

- GV yêu cầu HS quan sát số chỉ của áp kế trong mô phỏng khi GV lần lượt thay đổi các thông số: nhiệt độ, khối lượng phân tử khí và mật độ phân tử khí.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 1 (SGK – tr53)

Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc như thế nào vào tốc độ chuyển động nhiệt, khối lượng và mật độ của các phân tử khí?

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về ảnh hưởng của chuyển động các phân tử khí đến áp suất tác dụng lên thành bình.

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 – tr53)

+ Các phân tử khí chuyển động càng nhanh (nhiệt độ càng cao) thì áp suất khí tác dụng lên thành bình càng lớn. 

+ Mật độ phân tử khí càng lớn thì áp suất khí tác dụng lên thành bình càng lớn. 

+ Khối lượng phân tử khí càng lớn thì áp suất khí tác dụng lên thành bình càng lớn.

- 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 Ảnh hưởng của chuyển động các phân tử khí đến áp suất tác dụng lên thành bình.

- GV chuyển sang nội dung Thiết lập biểu thức tính áp suất của khối khí tác dụng lên thành bình.

I. ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ

1. Ảnh hưởng của chuyển động các phân tử khí đến áp suất tác dụng lên thành bình

- Khi các phân tử khí chuyển động nhiệt đến va chạm vào thành bình sẽ gây áp suất lên thành bình.

- Áp suất khí tác dụng lên thành bình càng lớn khi các phân tử khí chuyển động nhiệt càng nhanh, khối lượng và mật độ phân tử khí càng lớn.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh một phân tử khí đập vuông góc với thành bình và bật ngược lại (hình 8.1) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 2 (SGK – tr54)

Áp dụng các kiến thức về động lực học (định luật III Newton, xung lượng của lực) cho bài toán va chạm của phân tử khí với thành bình. Thảo luận để rút ra biểu thức

- Sau khi HS trả lời, GV trình bày ngắn gọn cách thiết lập phương trình áp suất, chốt kiến thức trọng tâm.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 3 (SGK – tr55)

Thực nghiệm đo được tốc độ trung bình của hầu hết các phân tử khí trong khoảng từ vài trăm m/s đến vài ngàn m/s. Tuy nhiên, phải sau một khoảng thời gian người ta mới cảm nhận được mùi thơm của lọ nước hoa bị đổ trong phòng. Hãy giải thích.

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 2 (SGK – tr54)

(HS trả lời theo nội dung được trình bày trong SGK)

*Trả lời Thảo luận 3 (SGK – tr55)

Các phân tử nước hoa bay hơi nhanh và chuyển sang thể khí (hơi). Mặc dù mỗi phân tử khí có tốc độ trung bình lớn (từ vài trăm đến vài nghìn m/s), nhưng đó là tốc độ trung bình giữa hai lần va chạm. Vì các phân tử khí chuyển động nhiệt hỗn loạn nên chúng liên tục va chạm nhau và đổi hướng chuyển động. Vì vậy, cần một khoảng thời gian nhất định thì các phân tử nước hoa mới tiến đến và đi vào mũi để ta ngửi thấy mùi thơm.

- 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 biểu thức tính áp suất của khối khí tác dụng lên thành bình.

- GV chuyển sang nội dung Thiết lập biểu thức tính động năng tịnh tiến trung bình của phân tử khí.

2. Biểu thức áp suất khối khí tác dụng lên thành bình

- Biểu thức áp suất chất khí tác dụng lên thành bình là

Trong đó:

+ µ là mật độ phân tử khí.

+ m,  lần lượt là khối lượng và trung bình của bình phương tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí.

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, thảo luận theo nhóm đôi và thực hiện nhiệm vụ sau:

Thiết lập biểu thức động năng tịnh tiến trung bình của mỗi phân tử khí và viết biểu thức hằng số Boltzmann.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về biểu thức tính động năng tịnh tiến trung bình của phân tử.

- Để củng cố kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SGK – tr55)

Tính trung bình của bình phương tốc độ trong chuyển động nhiệt của phân tử khí helium có khối lượng mol là 4 g/mol ở nhiệt độ 320 K. Coi các phân tử khí là giống nhau.

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 Luyện tập (SGK – tr55)

Trung bình của bình phương tốc độ chuyển động nhiệt của phân tử khí Helium:

- 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 biểu thức tính động năng tịnh tiến trung bình của phân tử khí.

- GV chuyển sang nội dung Luyện tập.

II. ĐỘNG NĂNG PHÂN TỬ

- Động năng tịnh tiến trung bình của phân tử khí tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khí

Trong đó: 

là hằng số khí đặc trưng cho mối liên hệ giữa nhiệt độ và năng lượng, gọi là hằng số Boltzmann.