BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………

Luận văn

Phương pháp giải từng dạng bài
tập cụ thể của Vật lý phân tử và
nhiệt học lớp 10,11

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 1
A – MỞ ĐẦU
1. Lý do của việc chọn đề tài:
Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức
cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản
phẩm do trí tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được
bản chất của chúng; biết chúng được sử dụng
để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc
tính gì, quan hệ nào của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến
đâu.
Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan
trọng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết đã học vào thực
tiễn. Việc giải bài tập vật lý giúp các em ôn tập, cũng cố, đ
ào sâu, mở rộng kiến

Các bài tập Vật lý phân tử và Nhiệt học lớp 10,11.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Phân loại được các bài tập Vật lý phân tử và nhiệt học trong chương trình
Vật lý lớp 10,11.
Đề ra phương pháp giải bài tập Vật lý nói chung, phương pháp giải các loại
bài tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý
phân tử và nhiệt học lớp 10,11(các bài t
ập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp
10,11 thường gặp ).
5. Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng
hợp,
6. Đóng góp của đề tài:
Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10, lớp11,
làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sư phạm vật lý.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về

phân loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học.

với chất khí lý tưởng.
1.2 Áp suất và nhiệt độ chất khí theo quan điểm của thuyết động học phân
tử:
1.2.1 Áp suất:
- Định nghĩa:
Lực của các phân tử chất khí tác dụng vuông góc lên một đơn vị điện tích
trên thành bình chính là áp suất của chất khí:

S
F
p
∆
=

Trong đó: F là lực tác dụng của các phân tử khí lên đơn vị diện tích.
- Công thức:

wnp
3
2
=Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 4
Trong đó:

w
3
2
=
θ

Thang nhiệt độ:
- Mối liên hệ giữa nhiệt độ tính theo các nhiệt giai khác nhau:
+ Nhiệt độ T tính theo nhiệt giai Kelvin và nhiệt độ t tính theo nhiệt giai
Celcius:
T = 273,15
o
+ t
+ Nhiệt độ T
F
tính theo nhiệt giai Fahrenheit và nhiệt độ t tính theo nhiệt
giai Celcius:

o
F
tT 32
5
9
+=

- Công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ đo bằng năng lượng với nhiệt độ đo
bằng đơn vị độ:

KTw ==
3

khoảng cách trung bình gi
ữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn
không ngừng.
- Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm.
- Sự va chạm giữa các phân tử và giữa phân tử với thành bình là va chạm
hoàn toàn đàn hồi.
1.3.2 Thông số trạng thái và phương trình trạng thái:
- Mỗi tính chất vật lý của hệ được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý được
gọi là thông số tr
ạng thái của hệ như: áp suất p, nhiệt độ T, thể tích V,
- Phương trình nêu lên mối liên hệ giữa các thông số p,V,T của một khối
lượng khí xác định được gọi là phương trình trạng thái; dạng tổng quát: p = f(V,T).
1.3.3 Định luật Boyle – Mariotte (Quá trình đẳng nhiệt) :
a. Định luật:
Với một khối lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi (T=const), tích số giữa
thể tích và áp suất là một hằng số.
b. H
ệ thức:
p
1
V
1
= p
2
V
2
Hay pV = const
c. Đường đẳng nhiệt:
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


=

Định luật Charles viết theo nhiệt giai Celcius: )1( tpp
ot
α
+
=

Trong đó:
p
t
: Áp suất ở t
o
C
p
o
: Áp suất ở 0
o
C
: Hệ số nhiệt biến đổi áp suất đẳng tích của khí.
273
1
=
α

c. Đường đẳng tích:

- 273
p
V

Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius:
V
t
=V
o
( 1 + αt )
Trong đó:
V
t
: thể tích khí ở t
o
C
V
o
: thể tích khí ở 0
o
C
: hệ số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí.
c. Đường đẳng áp:

1.3.6 Định luật Dalton:
a. Định luật:
Áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng các áp suất riêng phần của các khí thành
phần tạo nên hỗn hợp.


Phương trình Claypeyron – Mendeleev:
Từ hai hệ thức đã biết:

wnp
3
2
=TKw
2
3
=

Suy ra: (n là mật độ phân tử khí).
TKnp =
Gọi N là số phân tử khí trong thể tích V, ta được:

KT
V
N
p =
(1)
Trong một kmol khí bất kì chứa một số phân tử là N
A
= 6,23.10
26
kmol
-1

J/kmol.K
Thay R vào (2), ta được:

RT
m
pV
µ
=
Phương trình khí lý tưởng viết như trên được gọi là phương trình Claypeyron
– Mendeleev.
1.4 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử:
1.4.1 Các vận tốc đặt trưng của phân tử khí (theo Maxwell):
a. Vận tốc có xác suất cực đại:

µ
RT
m
KT
v
m
22
==Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 8
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………


RT
zg
o
epp
µ
−
=

b. Công thức về sự phân bố mật độ phân tử theo độ cao:

RT
zg
o
enn
µ
−
=

1.4.3 Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử chất khi:

wnp
3
2
=

II. Sự va chạm của các phân tử và các hiện tượng truyền trong chất khí:
2.1 Quãng đường tự do trung bình:
Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hoàn toàn tự do giữa
hai va chạm kế tiếp nhau được gọi là quãng đường tự do trung bình của các phân
tử, ký hiệu là:

khối lượng riêng của chất khí đồng nhất tại mọi điểm trong không gian thì hiện
tượng khuếch tán dừng lại. Bản chất của hiện tượng khuếch tán là sự vận chuyển
các phân tử.
Biểu thức tính hệ số khuếch tán D:

Pd
TKTR
vD
2
2
8
3
1
3
1
π
µπ
λ
==Đơn vị của D trong hệ SI là m
2
/s.
D tỉ lệ nghịch với P và tỉ lệ thuận với T, nghĩa là áp suất càng thấp thì hệ số
khuếch tán càng cao và nhiệt độ càng cao thì hệ số khuếch tán càng lớn. Ngoài
ra, hệ số khuếch tán còn phụ thuộc vào bản chất của chất khí.
2.2.2 Hiện tượng truyền nhiệt:
Trong một môi trường (rắn, lỏng, khí) có sự phân bố nhiệt không đều thì sẽ
tồn tại một dòng nhiệt hướng t

nhau.
Biểu thức của hệ số nội ma sát (còn gọi là hệ số
nhớt) :

ρλη
v
3
1
=

Trong đó:
ρ là khối lượng riêng của chất khí .
Hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất khí.
III.Nội năng của khí lý tưởng:
3.1 Nội năng:
Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc
vào trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của
các phân tử cấu t
ạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổi thì động
năng của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay
đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa
chúng thay đổi nên sẽ làm nội năng của hệ thay đổi.
Có hai cách làm biến đổ
i nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt.
3.2 Công và nhiệt lượng:
3.2.1 Công:
Xét về bản chất vật lý có thể hiểu công cơ học là phần năng lượng đã được
biến đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc là phần năng lượng (trừ trường hợp
năng lượng chuyển động nhiệt) đã được truyền từ nơi này đến nơi khác.

là thể tích của hệ ở trạng thái C
1
và C
2
tương ứng.
- Công trong quá trình đẳng tích:
dA = pdV = 0 (dV = 0)

0==
∫
dAA

- Công trong quá trình đẳng áp: p = const
)(
12
2
1
2
1
VVpdVppdVA
V
V
V
V
−===
∫∫
- Công trong quá trình đẳng nhiệt: T = const

dV
V

1
T
T
TC
m
A
V
µ

c. Công thực hiện trong chu trình:

∫
∫
== pdVdAA

Trong đó,
∫
là tích phân lấy theo đường cong kín biểu diễn chu trình.
3.2.2 Nhiệt lượng:
Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt
được gọi là nhiệt lượng và được tính bằng công thức:
Q = mc(t
2
– t
1
) = mc∆t
Trong đó:
c: Nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật (J/kg.K)
m: Khối lượng của vật (kg)


dT
dQ
C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

Nhiệt dung riêng phân tử đẳng áp:
p
p
dT
dQ
C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

3.4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn
và chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt.
3.4.1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:
Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác

Nếu:
∆V > 0, khí sinh công; ∆V < 0, khí nhận công.
b. Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho các quá trình của khí lý tưởng:
- Quá trình đẳng tích: Trong quá trình này, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ
dùng làm tăng nội năng của khí: Q =
∆U
- Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào được dùng làm
tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí thực hiện: Q =
∆U + A
- Quá trình đẳng nhiệt: Toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết
thành công mà khí sinh ra: Q = A
- Chu trình:
Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái
đầu.
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu
trình chuyển hết thành công của chu trình đó.
Biểu thức: Q = A
Trong đó: A = A
1
– A
2
> 0: Công trong toàn bộ chu trình.
Q = Q
1
– Q
2
: Tổng đại số nhận được trong chu trình ( Q
1
là
nhiệt lượng nhân vào, Q

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 15
Chương II
CHẤT RẮN
I. Sơ lược về chất rắn:
Khoảng cách giữa các phân tử chất rắn nhỏ, mật độ phân tử lớn, các phân
tử không chuyển động nhiệt hỗn loạn mà dao động quanh vị trí cân bằng, lực liên
kết phân tử lớn. Do đó, chất rắn có hình dạng và thể tích xác định.
Có thể phân biệt chất rắn thành hai loại: chất rắn kết tinh và chất r
ắn vô định
hình. Do cấu trúc của phân tử chất rắn vô định hình gần giống như của chất lỏng
nên thông thường chất rắn vô định hình được coi như chất lỏng có độ nhớt rất
lớn.
II. Sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn:
Các vật rắn nói chung nở ra khi nhiệt độ tăng lên.
Nguyên nhân gây ra sự giãn nở nhiệt của vật rắn không phải do sự tăng biên
độ
dao động của các hạt mà chính là do sự tăng khoảng cách trung bình giữa các
hạt khi nhiệt độ tăng.
Sự giãn nở nhiệt của vật rắn được phân thành hai trường hợp, đó là: sự giãn
nở dài và sự giãn nở khối (giãn nở thể tích).
Các công thức:
a. Công thức sự giãn nở dài:
l = l
o
(1 + αt)
Trong đó:
l
o
: Chiều dài của vật ở 0
o

β = 3α.

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
III. Nội năng và nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn kết tinh:
Chất rắn kết tinh có thể coi như là tập hợp của các hạt dao động chung
quanh vị trí cân bằng. Với nhiệt độ cao, mỗi hạt gần như dao động độc lập với các
hạt bên cạnh. Khi truyền nhiệt cho vật rắn thì sẽ làm tăng động năng và thế năng
của hạt. Với dao động nhỏ
thì dao động được coi thì dao động được coi như là
dao động điều hòa và hai thành phần của năng lượng dao động có giá trị bằng
nhau.
Mỗi dao động theo một phương nào đó có thể phân tích thành ba thành phần
theo các trục tọa độ vuông góc với nhau và năng lượng của mỗi thành phần cũng
được biểu diễn bằng tổng động năng và thế năng trên mỗi trục.
Theo định luật phân bố đều năng l
ượng, động năng trung bình ứng với một
bậc tự do của hạt trên mỗi trục bằng ½ KT. Mà thế năng trung bình của hạt bằng
động năng trung bình của nó nên năng lượng dao động ứng với một trục là:

KTKT =
2
1
.2

Năng lượng dao động toàn phần của hạt:

KT3

)3( KTdNdNdUdQ
AAo
=
=
=
εdTRKdTNdQ
A
33
=
=

Nhiệt dung riêng phân tử:

Kkmol
kcal
R
dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
.
63 ==

dTRNddU
Ao
α
ε
α
3)(
=
=

Nhiệt dung riêng phân tử của chất rắn hợp chất:

R
dT
dU
dT
dQ
CC
V
o
V
V
3
α
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛


S
lk
E
o
=

Trong đó:
S: Diện tích tiết diện của vật đàn hồi (m
2
)
l
o
: Chiều dài tự nhiên của vật đàn hồi (m)
E: Hệ số đặt trưng cho tính đàn hồi của vật gọi là suất đàn hồi (Pa).

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 17
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………
4.3 Giới hạn bền của vật liệu:
Biểu thức:

S
F
b
b
=
σ

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 18
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 19
Chương III
CHẤT LỎNG
I. Sơ lược về chất lỏng:
Một khối chất lỏng có thể tích xác định và có hình dạng của bình chứa. Mật
độ phân tử chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử chất khí và gần bằng mật
độ phân tử chất rắn. Khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng vào khoảng kích
thước phân tử.
Ở trạng thái bình th
ường, xét về cấu trúc thì chất lỏng gần giống chất rắn
hơn là chất khí. Mỗi phân tử chất lỏng cũng dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng
nhưng sau một thời gian cư trú nhất định thì chuyển sang vị trí mới lân cận. Nhiệt
độ chất lỏng càng thấp thì thời gian cư trú càng lớn.
II. Hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng:
2.1 Lực căng mặt ngoài:

Nguyên lý cực tiểu của năng lượng tự do: Lớp mặt ngoài của chất lỏng
luôn luôn co về diện tích nhỏ nhất (có thể có) để ứng với năng lượng tự do nhỏ
nhất (có thể có).
2.3 Công cần thiết để làm tăng diện tích mặt ngoài
∆S trong quá trình đẳng
nhiệt:
A =
σ∆S (J)
III. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Khi chất lỏng tiếp xúc với chất rắn có thể xảy ra hiện tượng dính ướt hoặc
không dính ướt.
Hiện tượng dính ướt xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất rắn với các
phân tử chất lỏng lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau làm cho
mặt chất lỏng ở gần thành bình có dạng hình lõm.
Hiện tượng không dính ướ
t xảy ra khi lực hút giữa các phân tử chất lỏng lớn
hơn lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng làm cho mặt chất
lỏng ở gần thành bình bị đẩy xuống trở thành mặt lồi.
Góc
θ giữa tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và mặt ngoài của chất rắn
gọi là góc bờ:
- Đối với hiện tượng dính ướt: ; nếu
θ = 0 ta nói chất lỏng làm ướt
hoàn toàn vật rắn.
2
0
π
θ
<≤
- Đối với hiện tượng không dính ướt: ; nếu

R: Bán kính mặt cầu
- Mặt ngoài là mặt trụ:

R
p
σ
=∆

Trong đó: R là bán kính của đáy mặt trụ
- Mặt ngoài có dạng bất kỳ:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=∆
21
11
RR
p
σ

Trong đó: R
1
, R
2

dg
h
ρ
θ
σ
cos4
−=5.4. Đối với chất lỏng hoàn toàn không làm ướt vật rắn:

dg
h
ρ
σ
4
−=

Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 22
Chương IV
HƠI KHÔ VÀ HƠI BÃO HÒA
I. Hơi khô và hơi bão hoà:

Trong đó:
P: Áp suất riêng phần của hơi nước chứa trong không khí.
P
bh
: Áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí.
III. Điểm sương:
- Nhiệt độ tại đó hơi nước trong không khí trở thành hơi bão hòa gọi là điểm
sương.
- Nhiệt độ thấp hơn điểm sương: hơi nước ngưng tụ thành giọt sương.
Trường ĐH An Giang – Khoa Sư phạm ………………………………………………………………

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 23
PHẦN II
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
Chương I
PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo
phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh.
I. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:
1.1. Bài tập định tính:
Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ c

Định dạng và phương pháp giải các bài tập nhiệt học……………………………Trang 24
Là những bài tập khi giải cần phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, sử
dụng kết hợp nhiều công thức. Loại bài tập này có tác dụng giúp cho học sinh đào
sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các phần của chương trình
vật lý và biết phân tích những hiện tượng phức tạp trong thực tế thành những
phần đơn giả
n theo một định luật vật lý xác định. Loại bài tập này cũng nhằm mục
đích giúp học sinh hiểu rỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới
dạng công thức.