Dự án nghiên cứu bài học Cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí - Nguyễn Thị Tố Nga

TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN TẤT THÀNH
 -----š›&š›-----
 DỰ ÁN NGHIÊN CỨU BÀI HỌC:
CẤU TẠO CHẤT VÀ THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ
Họ và tên: Nguyễn Thị Tố Nga 
 Cao Ngọc Anh
Lớp: 10TO
Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thị Sang
 Kon Tum, Tháng 10 năm 2016
PHỤ LỤC
A. PHẦN MỞ ĐẦU 2
I. Lý do chọn đề tài
II. Mục đích nghiên cứu
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
IV. Nhiệm vụ nghiên cứu
V. Phương pháp nghiên cứu
B. PHẦN NỘI DUNG.3
Nội dung ..3
Ứng dụng 9
C. PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Tóm tắt nội dung12
- Khuyến nghị, đề xuất hướng phát triển của đề tài.12
D.TÀI LIỆU THAM KHẢO ..13 
Đề tài nghiên cứu bài học
 VẬT LÝ
PHẦN MỞ ĐẦU
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Vật lý là môn học tự nhiên rất quan trọng trong đời sống nó có ứng dụng vô cụng quan trọng trong các ngành kinh tế chủ chốt của các quốc gia và là cơ sở của các ngành công nghiệp. Do đó thông qua bài nghiên cứu này em muốn giúp mọi người và các bạn hiểu biết thêm về một phần trong đó. Đó là CẤU TẠO CHẤT và THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ
Cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí là một trong những kiến thức vật lí cơ bản trong cuộc sống, vì vậy việc tìm hiểu và nghiên cứu góp phần giúp ta mở mang kiến thức. Ngoài ra việc tìm tòi và nghiên cứu là năng lực và trách nghiệm của chúng em và bản thân em cũng thích thú và tò mò về đối tượng này.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Bài nghiên cứu này góp phần giúp các bạn hiểu biết được cấu tạo và các tính chất của Chất ( rắn, long, khí) và hiểu một phần Thuyết học phân tử của chất khí được cấu tạo như thế nào? Nội dung bao gồm những gì? Thế nào là khí lí tưởng?
- Giúp các bạn chuần bị, hiểu trước bài trên lớp và biết ứng dụng vào thực tế để giải quyết những thắc mắc cho bản thân và cộng đồng.
III. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
 Đối tượng: CHẤT ( rắn, lỏng và khí)
 Phạm vi: Cấu tạo, đặc điểm, tính chất và thuyết động học chất khí
NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu kiến thức qua sách giáo khoa, mạng và các nguồn thông tin khác
- Chọn lọc và thống kê thông tin đã tìm được một cách rành mạch, cô động, chính xác
- Đưa ra các hiện tượng, ứng dụng và giải thích dựa trên mặt lý thuyết
V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Để hoàn thành đề tài này, chúng em đã tham khảo các tài liệu có liên quan, xem các hình ảnh, tổng hợp, phân tích, so sánh dữ liệu đã sưu tập được. Trong suốt quá trình làm, chúng tôi sử dụng phương pháp tổng hợp, suy diễn, diễn dịch và phân tích. 
NGHIÊN CỨU BÀI HỌC
NỘI DUNG BÀI HỌC
Cấu tạo chất
Bút, vở là những đồ dùng học tập quen thuộc của mọi học sinh vậy nó được cấu tạo như thế nào? Tại sao các vật đó lại không rã ra thành các phân tử riêng biệt?
Cấu tạo chất
- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử
- Các phân tử chuyển đọng không ngừng
- các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao
( ảnh cấu tạo chất)
Lực tương tác giữa các phân tử
- Các vật có thể giữ được hình dạng và thể tích của chúng là do giữa các phân tử cấu tạo nên vật đồng thời có lực hút và lực đẩy. Độ lớn của những lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.
=> Trả lời câu hỏi đầu bài 
  - Khi khoảng cách giữa hai phân tử là r = ro(ro có độ lớn cỡ kích thước phân tử) thì lực đẩy và lực hút có độ lớn bằng nhau, hợp lực của chúng bằng không. Các phân tử lúc này ở vị trí cân bằng.
  - Khi các phân tử tiến lại gần nhan hơn (r < ro) thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, kết quả là các phân tử đẩy nhau.
  - Khi các phân tử ra xa nhau hơn (r > ro) thì lực hút lại mạnh hơn lực đẩy, kết quả là các phân lử hút nhau.
  - Khi các phân lử rất xa nhau (r >> ro) thì lực tương tác giữa các phân tử là không đáng kể.
  Tóm lại, các nguyên tử, phân tử đồng thời hút và đẩy nhau. Ở khoảng cách nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn, còn ở khoảng cách lớn thì lực hút mạnh hơn. Khi khoảng cách giữa các nguyên tử phân tử rất lớn so với kích thước của chúng thì chúng coi như không tương tác với nhau.
Các thể rắn lỏng khí
Vật chất được tồn tại dưới các thể khí, thể lỏng và thể rắn.
Ở thể khí các nguyên tử, phân tử ở xa nhau (khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử lớn gấp hàng chục lần kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử rất yếu nên các nguyên tử, phân tử chuyển dộng hoàn toàn hỗn độn. Do đó, chất khí không có hình dạng và thể tích riêng. Chất khí luôn chiếm loàn bộ thể lích của bình chứa và có thể nén được dễ dàng.
  Ở thể rắn, các nguyên tử, phân tử ở gần nhau (khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử chỉ vào cỡ kích thước của chúng). Lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất rắn rất mạnh nên giữ dược các nguyên tử, phân lử này ở các vị trí xác định và làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí cân bằng xác định này. Do đó các vật rắn có thể tích và hình dạng riêng xác định.
  Thể lỏng được coi là trung gian giữa thể khí và thể rắn.
 Lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử chất khí nên giữ được các nguyên tử, phân tử không chuyển động phân tán ra xa nhau. Nhờ đó chất lỏng có thể tích riêng xác định. Tuy nhiên, lực này chưa đủ lớn như trong chất rắn để giữ các nguyên lử, phân tử ở những vị trí xác định. Các nguyên tử, phân tử ở thể lỏng cũng đao động xung quanh các vị trí cân bằng, nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó
Thuyết động học phân tử chất khí
Nội dung
Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rát nhỏ so với khoảng cách của chúng
Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao
Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí ca chạm vào nhau và va chạm vào thành bình
Mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể => Áp suất của chất khí lên thành bình
  Các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm thành bình
Khí lí tưởng
Khí lý tưởng là khí mà các phân tử là những chất điểm, chuyển động hỗn loạn không ngừng và chỉ tương tác với nhau khi va chạm.
Chú ý : Từ khí lý tưởng (tính chất của khí lí tưởng), ta có thể suy ra gần đúng tính chất của các khí thực :
Chất khí gồm các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng
Những phân từ này có cùng khối lượng.
Các phân tử chuyển động hỗn loạn, không ngừng..
Các phân tử chuyển động nhanh, va chạm đàn hồi lẫn nhau và với thành bình, tạo áp suất lên thành bình.
Động năng trung bình của các phân tử khí chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của hệ.
Nhiệt độ của chất khí càng cao thì chúng chuyển động càng nhanh
Vài nét về lịch sử hình thành
Năm 1738, Daniel Bernoulli xuất bản cuốn “Hydrodynamica”, đặt nền móng cho Thuyết động học chất khí. Các lý thuyết của ông vẫn được dùng cho đến ngày nay nhưng vào thời điểm đó lại không được chấp nhận vì chưa có Định luật bảo toàn năng lượng, và các nhà khoa học vẫn chưa thể khẳng định sự va chạm giữa các phân tử với thành bình là chuyển động đàn hồi.
Ứng dụng
Giải thích nguyên nhân khi thổi bóng khiến bóng căng ra và khi thổi quá nhiều hơi khiến bóng nổ.
Khi không khí được đưa vào bóng, các phân tử khí chuyển động hỗn loạn, va vào nhau và va vào thanh cao su có sự đàn hồi, gây nên áp suất của không khí ở trong vỏ bóng khiến vỏ bóng căng ra
Khi có nhiều không khí trong vỏ bóng, sẽ có nhiều phân tử khí chuyển động và va chạm, đến một giới hạn nào đó, lực được tạo ra quá lớn và làm vỡ vỏ bóng ( vượt quá độ đàn hồi của vỏ bóng)
Tại sao chất khí gây áp suất lên thành bình và tại sao áp suất này lại tỉ lệ nghịch với thể tích chất khí?
Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn, mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể, tạo nên áp suất của không khí lên thành bình
Áp suất tác động lên thành bình càng lớn => càng nhiều phân tử cùng tác động lên một đơn vị diện tích thành bình => với một lượng khí N nhất định, mật độ phân tử khí n càng lớn => thể tích V càng nhỏ (vì n = N/V)
Áp suất của khí quyển lên mọi vật bên trong nó và lên trái đất
Các phân tử khí trong không khí trong khí quyển quanh Trái đất chuyển động hỗn loạn, va chạm vào nhau, vào các vật bên trong nó và lên bề mặt trái đất gây nên áp suất khí quyển
Tại sao có thể sản xuất thuốc viên bằng cách nghiền nhỏ dược phẩm rồi cho vào khuôn nén mạnh? Nếu bẻ đôi viên thuốc thì dùng tay ép sát lại thì hai mảnh không thể dính liền với nhau. Vì sao?
Khi nghiền nhỏ dược phẩm, khoảng cách giữa các phân tử dược phẩn được thu hẹp một cách đáng kể, lực tương tác giữa chúng được tăng cường, khi cho vào khuôn nén ép lại ta được thuốc
Sau khi bẻ đôi viên thuốc, liên kết giữa hai mảnh đã bị phá vỡ, khi dùng tay ép sát hai mảnh lại với nhau khoảng cách giữa các phân tử của hai mảnh vẫn quá quá lớn để tạo nên lực tương tác nên hai mảnh không thể dính liền với nhau
Tại sao hai thỏi chì có mặt đáy phẳng đã được mài nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau? Tại sao hai mặt không được mài nhẵn thì không hút?
Đáy hai thỏi phẳng được mài nhẵn => khoảng cách tiếp xúc giữa các phân tử từ hai thỏi đáng kể => sinh ra sự tương tác => hai thỏi hút nhau
Đáy hai thỏi không mài nhẵn => khoảng cách tiếp xúc giữa các phân tử từ hai thỏi không đáng kể => không sinh ra sự tương tác => hai thỏi không hút nhau
Công nghệ hàn : 
Khái niệm : là quá trình công nghệ để nối các chi tiết với nhau thành liên kết không tháo rời được mang tính liên tục ở phạm vi nguyên tử hoặc phân tử, bằng cách đưa chỗ nối tới trạng thái nóng chảy, thông qua việc sử dụng một trong hai yếu tố là nhiệt và áp lực, hoặc kết hợp cả hai yếu tố đó
Đề tài được áp dụng :
+ Khi chỗ nối được đưa đến trạng thái nóng chảy, tức là ở thể lỏng, lực tương tác giữa các phân tử lúc này chưa đủ lớn như trong khi còn rắn để giữ chúng ở những vị trí xác định => Các phân tử di chuyển qua điểm nối giữa các phần cần hàn. Khi nhiệt độ hạ xuống, chỗ nối trở lại thể rắn => các liên kết được tạo ra
Giải thích trạng thái Plasma
Các chất còn một trạng thái thứ tư, được gọi là trạng thái Plasma : 
Trong trạng thái Plasma, vật chất tồn tại dưới dạng các ion (còn gọi là ion hóa)
Trong trạng thái Plasma, vật chất tồn tại dưới dạng các ion (còn gọi là ion hóa)
Có 2 dạng là:
+ Plasma nguội : sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài
+ Plasma nóng : sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao 
Plasma không những có tính linh động rất mạnh, nó lại có thể dẫn điện như kim loại
99% vật chất trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma => Plasma được coi là trạng thái đầu tiên trong vũ trụ (mặt trời, các vì sao)
Plasma không phổ biến trên Trái đất (từ các vụ nổ nhiệt hạch, sét, trong đèn huỳnh quang, đèn plasma)
Công nghệ Plasma được ứng dụng ngày càng nhiều trong đời sống
+ Xử lý màu, mùi, vị, diệt vi sinh vật, ... trong ngành công nghệ môi trường, ngành công nghệ thực phẩm, công nghệ bảo quản sau thu hoạch
+ Máy cắt plasma
+ Ứng dụng trong ngành hàng không để làm giảm lực cản không khí (chưa được thực dụng)
KẾT LUẬN
Tóm tắt những nội dung nghiên cứu
* Các chất được cấu tạo tử các nguyên tử, phân tử riêng biệt.
*Các nguyên tử, phân tử chuyển động không ngừng.
*Chuyển động của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật càng mạnh thì nhiệt độ của vật càng cao.
*Các nguyên tử, phân tử tương tác với nhau bằng các lực hút và lực đẩy phân tử.
* Các trạng thái cấu tạo chất:
Thể khí
Thể lỏng
Thể rắn
Khoảng cách giữa nguyên tử, phân tử
Rất lớn
Rất nhỏ
Rất nhỏ
Lực tương tác nguyên tử, phân tử
Tự do về mọi phía
Dao động xung quanh các vị trí cân bằng di chuyển được
Dao động xung quanh các vị trí cân bằng cố định
Thể tích của vật
Có thể tích của bình chứa
Có thể tích riêng xác định
Có thể tích riêng xác định
Hình dạng của vật
Có hình dạng của bình chứa
Có hình dạng của phần bình chứa chất lỏng
Có hình dạng riêng xác định
* Khí mà trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác với nhau khi va chạm gọi là khí lí tưởng.
Ý nghĩa của đề tài đối với việc học Vật Lý và việc tự học hiện nay
Với đề tài này chúng tôi mong rằng nó cung cấp cho các bạn phần nào kiến thức về CẤU TẠO CHẤT và THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ, cũng như các ứng của của chúng trong đời sống hiện nay và những mối quan hệ của chúng với các yếu tố khác.
D - TÀI LIỆU THAM KHẢO
Lý thuyết về Cấu tạo chất và thuyết động học phân tử
Các Ứng dụng
https://vi.wikipedia.org/wiki/Plasma
Để góp phần làm cho đề tài nghiên cứu ngày càng hoàn thiện hơn, chúng em mong kính thầy, cô giáo ủng hộ và góp ý về vấn đề này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!