ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐẶNG KHÁNH LINH

MƠ PHỎNG MỘT SỐ BÀI TỐN VẬT LÝ NHIỆT HỌC
THUỘC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 THPT NHẰM TĂNG
TÍNH TRỰC QUAN TRONG Q TRÌNH GIẢNG DẠY

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

Hà Nội – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

MÔ PHỎNG MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬT LÝ NHIỆT HỌC
THUỘC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 THPT NHẰM TĂNG
TÍNH TRỰC QUAN TRONG Q TRÌNH GIẢNG DẠY

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: ThS Nguyễn Viết Đạt
Sinh viên thực hiện khóa luận: Đặng Khánh Linh

Hà Nội – 2018

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành tốt khố luận tốt nghiệp, lời đầu tiên tôi xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc nhất đến ThS Nguyễn Viết Đạt, người đã ln tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tơi có thể hồn thành đề tài này một cách
tốt nhất.
Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô tại bộ môn
Vật lý Địa cầu – khoa Vật lý – trường Đại học Khoa học Tự nhiên, bạn bè và
người thân đã luôn ở bên động viên, khích lệ tơi trong q trình học tập và
nghiên cứu giúp tơi hồn thành khố luận tốt nghiệp. Cuối cùng, tôi xin gửi lời
cảm ơn đến trường Đại học Giáo dục cũng đã tạo những điều kiện thuận lợi
nhất để chúng tơi hồn thành xuất sắc bài khoá luận.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng với vốn kiến thức cịn hạn chế, bài khố
luận của tơi khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì thế, tơi rất mong nhận được
những lời nhận xét và góp ý của các thầy, cơ để bài khố luận của tơi được hồn
thiện hơn và tơi có thêm những kinh nghiệm q báu nhất.
Xin kính chúc các thầy, cơ lời chúc sức khỏe, thành công, may mắn trong
cuộc sống cũng như trong công việc.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Đặng Khánh Linh


DANH MỤC HÌNH ẢNH
TÊN HÌNH

TRANG


Hình 1.1. Sơ đồ phân loại mơ hình

5

Hình 1.2. Cấu trúc q trình mơ phỏng trong NCKH

8

Hình 2.3. Cấu trúc PPMP trong dạy học

8

Hình 3.1. Sơ đồ khối của chương trình

26

Hình 3.2. Giao diện chương trình mơ phỏng

27

Hình 3.3. Trạng thái ban đầu của q trình mơ phỏng

29

Hình 3.4. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 40,45oC

29

Hình 3.5. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 41,72oC


29

Hình 3.6. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 47,30oC

29

Hình 3.7. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 54,95oC

29

Hình 3.8. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 57,06oC

29

Hình 3.9. Trạng thái ban đầu của q trình mơ phỏng

30

Hình 3.10. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 29,92oC

30

Hình 3.11. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 38,80oC

30

Hình 3.12. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 45,75oC

30


Hình 3.13. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 52,82oC

30

Hình 3.14. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 57,52oC

30

Hình 3.15. Trạng thái ban đầu của quá trình mơ phỏng

31

Hình 3.16. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 43,19oC

31

Hình 3.17. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 50,00oC

31


Hình 3.18. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 55,92oC

31

Hình 3.19. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 40,45oC

31

Hình 3.20. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 57,67oC


31

Hình 3.21. Trạng thái ban đầu của q trình mơ phỏng

33

Hình 3.22. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 32,02oC

33

Hình 3.23. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 38,05oC

34

Hình 3.24. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 46,10oC

34

Hình 3.25. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 56,15oC

34

Hình 3.26. Trạng thái nhiệt độ bình (1) đạt 57,10oC

34


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ LÝ THUYẾT VẬT LÝ
NHIỆT THPT .................................................................................................... 3
1.1. Khái niệm cơ bản về mơ hình hóa và mơ phỏng .................................... 3
1.1.1. Mơ hình hóa ................................................................................... 3
1.1.1.1. Vai trị của phương pháp mơ hình hóa hệ thống ...................... 3
1.1.1.2. Phân loại mơ hình hóa .............................................................. 5
1.1.2. Mơ phỏng ....................................................................................... 6
1.1.3. Cấu trúc mơ phỏng trong dạy học theo mơ hình mô phỏng trong
NCKH ........................................................................................................ 7
1.1.3.1. Mô phỏng trong nghiên cứu khoa học .................................... 7
1.1.3.2. Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học ............................ 8
1.1.3.3. Mối quan hệ giữa PPMP trong dạy học với phương pháp khoa
học ......................................................................................................... 9
1.1.4. Tác động của PPMPDH đối với công nghệ dạy học...................... 9
1.2. Cơ sở lý thuyết và ví dụ về phần vật lý nhiệt THPT ............................ 11
1.2.1. Quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 có một thơng số
khơng đổi. ................................................................................................. 11
1.2.2. Q trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 cả ba thông số
đều biến đổi và không cần biết đến khối lượng của chất khí. .................. 11
1.2.3. Q trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái có liên quan đến
khối lượng của chất khí............................................................................. 12
1.2.4. Sự biến dạng của vật rắn .............................................................. 12


1.2.5. Sự nở dài và nở khối của vật rắn .................................................. 12
1.2.6. Sự dâng lên hay tụt xuống của mức chất lỏng trong ống mao dẫn13
1.2.7. Chất rắn - chất lỏng – sự chuyển thế. Nhiệt lượng ..................... 13
1.2.8. Tính tốn các đại lượng khi có sự truyền nhiệt giữa các vật ....... 13
1.2.9. Áp dụng các nguyên lý của nhiệt động lực học ........................... 14
Chương 2: MƠ HÌNH HĨA BÀI TỐN VẬT LÝ NHIỆT THPT ................ 16

2.1. Bài tốn 1 .............................................................................................. 16
2.1.1. Các yếu tố của mơ hình bài tốn 1 ............................................... 17
2.1.2. Lập mơ hình giải tích cho bài tốn 1 ............................................ 18
2.1.2.1. Thơng số ban đầu của mơ hình .............................................. 18
2.1.2.2. Hoạt động của mơ hình .......................................................... 18
2.2. Bài tốn 2 .............................................................................................. 23
Chương 3: MƠ PHỎNG BÀI TOÁN VẬT LÝ NHIỆT – THPT................... 25
3.1. Xây dựng chương trình mơ phỏng ........................................................ 25
3.1.3.1. Mơ phỏng với trường hợp thay đổi tiết diện ống nối............. 28
3.1.3.2. Mô phỏng với trường hợp thay đổi thể tích bình ban đầu ..... 32
3.1.3.3. Mô phỏng với trường hợp thay đổi nhiệt độ tăng thêm của
bình (1) ................................................................................................ 32
3.2. Mơ phỏng thử nghiệm với một bài toán cụ thể..................................... 33
3.3. Kết luận ................................................................................................. 35
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 37
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 38


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nhiệt học là một trong những phần quan trọng trong chương trình Vật lý
THPT. Trong một hệ có nhiều vật có nhiệt độ thay đổi thì xảy ra các hiện tượng
nhiệt. Những hiện tượng nhiệt này có thể giải thích dựa vào cấu trúc phần phân
tử của vật chất. Ngồi ra nhiệt học cịn dùng phương pháp vĩ mơ, tìm ra quy
luật các q trình biến đổi có trao đổi nhiệt và cơng. Việc nghiên cứu vật lý
phân tử và nhiệt động lực học giúp cho học sinh có thêm những kiến thức cơ
bản về một môn khoa học cơ bản cũng như ứng dụng vào giải các bài tập và
giải thích các hiện tượng trong cuộc sống.
Ngày nay việc ứng dụng công nghệ thơng tin cho dạy học nói chung và

giảng dạy Vật lý nói riêng đang trở nên ngày càng phổ biến. Cùng với sự phát
triển của thời đại công nghệ, các phần mềm mô phỏng hỗ trợ cho dạy học Vật
lý cũng được cập nhật nhiều hơn. Các phần mềm này giúp cho người học trực
quan, dễ dàng tiếp thu kiến thức mới đồng thời kích thích hứng thú học tập,
giúp giáo viên đạt hiệu quả cao trong quá trình giảng dạy. Thay cho việc phải
nghiên cứu đối tượng cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc rất tốn kém tiền
của, chúng ta xây dựng những mơ hình hố của đối tượng đó và tiến hành mơ
phỏng trên các thiết bị máy tính. Việc mơ phỏng này có thể giúp ích rất nhiều
cho việc giảng dạy phần bài tập Nhiệt lớp 10 nói riêng và Vật lý THPT nói
chung.
Với các yêu cầu như trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Mơ phỏng một số bài
tốn Vật lý Nhiệt trên máy tính phục vụ giảng dạy” vời mục tiêu bổ sung thêm
tư liệu giảng dạy tăng tính trực quan cho phần nội dung Vật lý Nhiệt THPT.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ
- Tiến hành mơ phỏng một bài tốn nhiệt trong chương trình THPT phục vụ
cho cơng tác giảng dạy.
1


- Các nhiệm vụ đặt ra:
+ Tìm hiểu về lý thuyết và bài tập phần nhiệt THPT.
+ Tìm hiểu về phương pháp mô phỏng và mô phỏng trong dạy học.
+ Lựa chọn một bài tốn để tiến hành mơ phỏng.
+ Thành lập chương trình mơ phỏng bài tốn và chạy thử.
3. Cấu trúc khóa luận
Khóa luận gồm có 3 chương, các phần Mở đầu, Kết luận và khuyến nghị,
Tài liệu tham khảo, Phụ lục về chương trình mơ phỏng.

2



Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ LÝ THUYẾT VẬT LÝ
NHIỆT THPT
1.1. Khái niệm cơ bản về mơ hình hóa và mơ phỏng
1.1.1. Mơ hình hóa
- Mơ hình ( Model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng, con người dùng sơ đồ
đó để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra quy luật hoạt động của đối tượng
hay nói cách khác mơ hình là đối tượng thay thế của đối tượng gốc để nghiên
cứu về đối tượng gốc. [4]
- Mơ hình hóa (Modeling) là thay thế đối tượng gốc bằng một mơ hình nhằm
các thu nhận thơng tin quan trọng về đối tượng bằng cách tiến hành các thực
nghiệm trên mơ hình. Lý thuyết xây dựng mơ hình và nghiên cứu mơ hình để
hiểu biết về đối tượng gốc gọi lý thuyết mơ hình hóa. [4]
Nếu các q trình xảy ra trong mơ hình đồng nhất (theo các chỉ tiêu định
trước) với các quá trình xảy ra trong đối tượng gốc thì người ta nói rằng mơ
hình đồng nhất với đối tượng. Lúc này người ta có thể tiến hành các thực
nghiệm trên mơ hình để thu nhận thơng tin về đối tượng. [4]
1.1.1.1. Vai trò của phương pháp mơ hình hóa hệ thống
a) Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên
nhân gây ra như sau:
- Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt. Ví dụ: Nghiên cứu kết cấu
tối ưu, độ bền, khả năng chống dao động của ô tô, tàu thủy, máy bay,… người
ta phải tác động vào đối tượng nghiên cứu các lực đủ lớn đến mức có thể phá
hủy đối tượng để từ đó đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra. Như vậy, giá
thành nghiên cứu sẽ rất đắt. Bằng cách mơ hình hóa trên máy tính ta dễ dàng
xác định được kết cấu tối ưu của các thiết bị nói trên. [5]
- Nghiên cứu trên hệ thống thực đòi hỏi thời gian quá dài. Ví dụ: Nghiên cứu
đánh giá độ tin cậy, đánh giá tuổi thọ trung bình của hệ thống kỹ thuật (thông
3



thường tuổi thọ trung bình của hệ thống kỹ thuật khoảng 30 ÷ 40 năm), hoặc
nghiên cứu q trình phát triển dân số trong khoảng thời gian 20 ÷ 50 năm,…
Nếu chờ đợi quãng thời gian dài như vậy mới có kết quả nghiên cứu thì khơng
cịn tính thời sự nữa. Bằng cách mô phỏng hệ thống và cho “hệ thống” vận hành
tương đương với khoảng thời gian nghiên cứu người ta có thể đánh giá được
các chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết của hệ thống. [5]
- Nghiên cứu trên hệ thực ảnh hưởng đến sản xuất hoặc gây nguy hiểm cho
người và thiết bị. Ví dụ: Nghiên cứu quá trình cháy trong lị hơi của nhà máy
nhiệt điện, trong lò luyện clanhke của nhà máy xi măng… người ta phải thay
đổi chế độ cấp nhiên liệu (than, dầu), tăng giảm sản lượng gió cấp, thay đổi áp
suất trong lị,… Việc làm các thí nghiệm như vậy sẽ cản trở việc sản xuất bình
thường, trong nhiều trường hợp có thể xảy ra cháy, nổ gây nguy hiểm cho người
và thiết bị. Bằng cách mơ phỏng hệ thống, người ta có thể cho hệ thống “vận
hành” với các bộ thông số, các chế độ vận hành khác nhau để tìm ra lời giải tối
ưu. [5]
- Trong một số trường hợp không cho phép làm thực nghiệm trên hệ thống
thực. Ví dụ: Nghiên cứu các hệ thống làm việc ở môi trường độc hại, nguy
hiểm, dưới hầm sâu, dưới đáy biển, hoặc nghiên cứu trên cơ thể người,… Trong
những trường hợp này dùng phương pháp mô phỏng là giải pháp duy nhất để
nghiên cứu hệ thống. [5]
b) Phương pháp mơ hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống khi thay
đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng như đánh giá phản ứng của hệ
thống khi thay đổi tín hiệu điều khiển. Những số liệu này dùng để thiết kế hệ
thống hoặc lựa chọn thông số tối ưu để vận hành hệ thống. [5]
c) Phương pháp mơ hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi chưa
có hệ thống thực
Trong trường hợp này, khi chưa có hệ thống thực thì việc nghiên cứu
trên mơ hình là giải pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ
4



thống, lựa chọn cấu trúc và thông số tối ưu của hệ thống… đồng thời mơ hình
cũng được dùng để đào tạo và huấn luyện. [5]
Trong những trường hợp này dùng phương pháp mơ phỏng mơ hình hóa
là giải pháp duy nhất để nghiên cứu hệ thống.[5]
1.1.1.2. Phân loại mô hình hóa

Hình 1.1. Sơ đồ phân loại mơ hình [4]
- Mơ hình vật lý là mơ hình được cấu tạo bởi các phần tử vật lý. Các thuộc
tính của đối tượng phản ánh các định luật vật lý xảy ra trong mơ hình. Nhóm
mơ hình vật lý được chia thành mơ hình thu nhỏ và mơ hình tương tự. Mơ hình
vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống đối tượng thực nhưng có kích thước nhỏ hơn
cho phù hợp với điều kiện của phịng thí nghiệm. Ví dụ, người ta chế tạo lị hơi
của nhà máy nhiệt điện có kích thước nhỏ đặt trong phịng thí nghiệm để nghiên
cứu các chế độ thủy văn của đập thủy điện. Ưu điểm của loại mơ hình này là
các q trình vật lý xảy ra trong mơ hình giống như trong đối tượng thực, có
thể đo lường quan sát các đại lượng vật lý một cách trực quan với độ chính xác
cao. Nhược điểm của mơ hình vật lý thu nhỏ là giá thành đắt, vì vậy chỉ sử dụng
khi thực sự cần thiết. [4]
- Mơ hình vật lý tương tự được cấu tạo bằng các phần tử vật lý không giống
với đối tượng thực nhưng các q trình xảy ra trong mơ hình tương đương với

5


q trình xảy ra trong đối tượng thực. Ví dụ, có thể nghiên cứu q trình dao
động của con lắc đơn bằng mơ hình tương tự là mạch dao động R-L-C vì q
trình dao động điều hịa trong mạch R-L-C hồn tồn tương tự q trình dao
động điều hịa của con lắc đơn, hoặc người ta có thể nghiên cứu đường dây tải

điện bằng mơ hình tương tự là mạng bốn cực R-L-C. Ưu điểm của loại mơ hình
này là giá thành rẻ, cho phép chúng ta nghiên cứu một số đặc tính chủ yếu của
đối tượng thực.[4]
- Mơ hình tốn học thuộc loại mơ hình trừu tượng. Các thuộc tính được phản
ánh bằng các biểu thức, phương trình tốn học. Mơ hình tốn học được chia
thành mơ hình giải tích và mơ hình số. Mơ hình giải tích được xây dựng bởi
các biểu thức giải tích. Ưu điểm của loại mơ hình là cho ta kết quả rõ ràng, tổng
qt. Nhược điểm của mơ hình giải tích là thường phải chấp nhận một số giả
thiết đơn giản hóa để có thể biểu diễn đối tượng thực bằng các biểu thức giải
tích, vì vậy loại mơ hình này chủ yếu được dùng cho các hệ tiền định và tuyến
tính. [4]
- Mơ hình số được xây dựng theo phương pháp số tức là bằng các chương trình
chạy trên máy tính số. Ngày nay, nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và
cơng nghệ thơng tin, người ta đã xây dựng được các mơ hình số có thể mơ
phỏng được q trình hoạt động của đối tượng thực. Những mơ hình loại này
được gọi là mơ hình mơ phỏng. Ưu điểm của mơ hình mơ phỏng là có thể mơ
tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối tượng thực, do đó mơ hình
càng gần với đối tượng thực. Ngày này, mơ hình mơ phỏng được ứng dụng rất
rộng rãi.[4]
1.1.2. Mô phỏng
- Mô phỏng thường được dùng trong nghiên cứu khoa học (NCKH), là q
trình phát triển mơ hình hố rồi mơ phỏng một đối tượng cần nghiên cứu. Thay
cho việc phải nghiên cứu đối tượng cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc rất
tốn kém tiền của, chúng ta xây dựng những mơ hình hố của đối tượng đó trong
6


phịng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mơ hình hố
này. Kết quả rút ra được phải có kiểm chứng với kết quả đo đạc thực tế. Dựa
trên những kết quả thu được sau quá trình mơ phỏng, ta có thể rút ra hướng đi

tiếp cho nghiên cứu và sản xuất về sau. [5]
- Mô phỏng (Simulation, Imitation) là phương pháp mơ hình hóa dựa trên việc
xây dựng mơ hình số (Numerical model) và dùng phương pháp số (Numerical
method) để tìm các lời giải. Chính vì vậy máy tính số là cơng cụ hữu hiệu và
duy nhất để thực hiện việc mô phỏng hệ thống. Lý thuyết cũng như thực nghiệm
đã chứng minh rằng, chỉ có thể xây dựng được mơ hình gần đúng với đối tượng
mà thơi, vì trong q trình mơ hình hóa bao giờ cũng phải chấp nhận một số
giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp của mơ hình, để mơ hình có thể ứng dụng
thuận tiện trong thực tế. Mặc dù vậy, mơ hình hóa ln ln là một phương
pháp hữu hiệu để con người nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các
quy luật tự nhiên. Đặc biệt, ngày nay với sự trợ giúp đắc lực của khoa học kỹ
thuật, nhất là khoa học máy tính và cơng nghệ thông tin, người ta đã phát triển
các phương pháp mơ hình hóa cho phép xây dựng các mơ hình ngày càng gần
với đối tượng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận, lựa chọn, xử lý các thông
tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác. Chính vì vậy, mơ hình
hóa là một phương pháp nghiên cứu khoa học mà tất cả những người làm khoa
học, đặc biệt là các kỹ sư đều phải nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn hoạt
động của mình.[4]
1.1.3. Cấu trúc mơ phỏng trong dạy học theo mơ hình mơ phỏng trong
NCKH
1.1.3.1. Mô phỏng trong nghiên cứu khoa học
Ngày nay, nhờ các máy tính có tốc độ nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn,
cộng với kỹ thuật lập trình hiện đại nên có thể xây dựng được các mơ hình với
đối tượng có cấu trúc phức tạp. Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây

7


dựng một mơ hình thể hiện bằng chương trình máy tính cho đối tượng cần
nghiên cứu, sau đó tiến hành các thực nghiệm trên mơ hình (hình 1.2). Như

vậy, mơ phỏng là thực nghiệm quan sát và điều khiển trên mơ hình của đối
tượng quan sát. Cấu trúc của phương pháp mô phỏng (PPMP) gồm : đối tượng
cần nghiên cứu, mơ hình, kết quả nghiên cứu mơ hình (hình 1.2).
Đối tượng

(1)

nghiên

Mơ hình

(2)

Kết quả

Hình 1.2. Cấu trúc q trình mơ phỏng trong nghiên cứu khoa học
1.1.3.2. Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học
Thực chất mô phỏng trong dạy học là trường hợp riêng của mô phỏng
trong nghiên cứu khoa học. Do đó ta có thể định nghĩa mơ phỏng trong dạy học
cũng là một dạng mô phỏng nghiên cứu khoa học (như hình 1.2), là mơ phỏng
thế giới nhận thức, nó cho phép tiến hành giảng dạy theo chế độ tương tác, phát
triển khả năng học trên các tri thức đã lĩnh hội được. Như vậy cấu trúc PPMP
trong dạy học sẽ bao gồm cả “xử lý sư phạm và “tổ chức hoạt động dạy học”
nằm xen kẽ nhau như hình 1.3.
Xử lý sư
phạm

Đối tượng
nghiên cứu


1

Tổ chức
hoạt động
dạy học

Mơ hình
3

2

Kết quả
4

Hình 1.3. Cấu trúc PPMP trong dạy học

8


1.1.3.3. Mối quan hệ giữa PPMP trong dạy học với phương pháp khoa học
- Như trên đã phân tích, khoa học phát triển sẽ hình thành nên nhiều ngành
học, mơn học mới. Các môn học chuyên ngành kỹ thuật phản ánh có chọn lọc
những thành tựu của kỹ thuật cơng nghệ theo quan điểm sư phạm. Nghĩa là kỹ
thuật-công nghệ có trước và là cơ sở của mơn chun ngành kỹ thuật. Đối tượng
nghiên cứu và nội dung phản ánh của hoạt động nghiên cứu khoa học và hoạt
động học tập về cơ bản giống nhau, nên một số thao tác thủ thuật, con đường
nhận thức của các nhà khoa học được giáo viên sử dụng trong dạy học. Nghĩa
là qua dạy học giáo viên còn phải dạy sinh viên những cách tư duy của người
làm khoa học. Do vậy phương pháp dạy học (PPDH) là tổng hợp của phương
pháp khoa học (PPKH) và phương pháp sư phạm (PPSP). Sự khác biệt giữa hai

PPDH và PPKH là ở chỗ, PPKH của nhà khoa học :chủ động, tự lực, sáng tạo
ra chân lý mới, còn PPDH làm cho sinh viên chủ động, sáng tạo trong khuôn
khổ của giáo viên. PPKH là q trình khám phá, cịn PPDH là q trình học
sinh nhận thức những gì PPKH đã khám phá.
- PPMP có chức năng nhận thức khoa học, học tập của học sinh cũng là quá
trình hoạt động nhận thức khoa học, do vậy có thể coi PPMP trong dạy học (gọi
tắt là PPMPDH) tiếp cận với PPKH.
- PPMPDH bao gồm các yếu tố : mục đích dạy học, nội dung dạy học, các giai
đoạn của sự học tập, đặc điểm học sinh, sinh viên. Khi trình độ của học sinh
tăng lên thì PPMPDH càng gần với PPKH.
1.1.4. Tác động của PPMPDH đối với công nghệ dạy học
- Bản chất của công nghệ dạy học là sự áp dụng những thành tựu của khoa học
cơng nghệ vào q trình dạy học nhằm đạt mục đích đề ra.
- Trong mỗi thời kỳ lịch sử, mục đích và nội dung dạy học ln được đổi mới,
kéo theo sự đổi mới về PPDH. Ngày nay, trong thời đại khoa học công nghệ
phát triển như vũ bão ( đặc biệt là công nghệ thông tin), cùng với sự đổi mới về

9


mục đích dạy học và nội dung dạy học (hiện đại về tri thức và kỹ năng), PPDH
cũng phải thay đổi để tiếp cận và làm quen với công nghệ mới. PPMPDH là
quá trình thay đổi phương pháp dạy học theo hướng tiếp cận với công nghệ
hiện đại trên cơ sở kế thừa và phối hợp nhuần nhuyễn với phương pháp truyền
thống. [5]

10


1.2. Cơ sở lý thuyết và ví dụ về phần vật lý nhiệt THPT

1.2.1. Quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 có một thơng số
khơng đổi.
a) Nhiệt độ T không đổi (đẳng nhiệt).
- Sử dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. [1]
𝑝1 𝑉1 = 𝑝2 𝑉2

(1.1)

VD: Xi lanh của một ống bơm hình trụ có diện tích 10cm2, chiều cao 30 cm,
dùng để nén khơng khí vào quả bóng có thể tích 2,5 lít . Hỏi phải bơm bao
nhiêu lần để áp suất của quả bóng gấp 3 lần áp suất khí quyển, coi rằng quả
bóng trước khi bơm khơng có khơng khí và nhiệt độ khơng khí khơng đổi khi
bơm. [3]
b) Thể tích V khơng đổi (đẳng tích).
- Sử dụng định luật Sác-lơ. [1]
𝑝1 𝑝2
=
𝑇1 𝑇2

(1.2)

VD: Nếu nhiệt độ khí trơ trong bóng đèn tăng từ nhiệt độ t1 = 15oC đến nhiệt
độ t2 = 300oC thì áp suất khi trơ tăng lên bao nhiêu lần? [3]
c) Áp suất p không đổi (đẳng áp).
- Sử dụng định luật Gay Luy-xác. [1]
𝑉1 𝑉2
=
𝑇1 𝑇2

(1.3)


VD: Một khối khí đem giãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t1 = 32oC đến nhiệt độ t2 =
117oC, thể tích khối khí tăng thêm 1,7lít. Tìm thế tích khối khí trước và sau khi
giãn nở. [3]
1.2.2. Quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 cả ba thông số đều
biến đổi và không cần biết đến khối lượng của chất khí.
- Sử dụng phương trình trạng thái: [1]
11


𝑝1 𝑉1 𝑝2 𝑉2
=
𝑇1
𝑇2

(1.4)

VD: Một khối khí đem giãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t1 = 32oC đến nhiệt độ t2 =
117oC, thể tích khối khí tăng thêm 1,7lít. Tìm thế tích khối khí trước và sau khi
giãn nở. [3]
1.2.3. Quá trình biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái có liên quan đến
khối lượng của chất khí
- Sử dụng phương trình Cla-pê-rơn – Men-đê-lê-ép [1]
𝑚
𝑝𝑉 = 𝑅𝑇
𝜇

(1.5)

VD: Một lượng 0,25mol khí Hêli trong xi lanh có nhiệt độ T1 và thể tích V1

được biến đổi theo một chu trình khép kín: dãn đẳng áp tới thể tích V2 = 1,5
V1; rồi nén đẳng nhiệt; sau đó làm lạnh đẳng tích về trạng thái 1 ban đầu. Áp
suất lớn nhất trong chu trình biến đổi có giá trị là bao nhiêu? [3]
1.2.4. Sự biến dạng của vật rắn
- Sử dụng định luật Húc: [1]
𝐹
𝑆
|∆𝑙|
𝜀=
𝑙𝑜

𝜎 = 𝐸𝜀 =

(1.6)
(1.7)

VD: Một sợi dây kim loại dài 1m, có tiết diện ngang là 1mm2 và được treo
thẳng đứng. Người ta móc vào đầu dưới của dây một vật trọng lượng 200N thì
thấy dây dài thêm 1mm. Nếu bây giờ người ta dùng một sợi dây khác cùng vật
liệu nhưng dài 3m, có tiết diện là 0,5mm2 và móc vào nó một vật trọng lượng
300N thì dây sẽ dài thêm bao nhiêu? [3]
1.2.5. Sự nở dài và nở khối của vật rắn
- Áp dụng công thức sự nở dài: [1]

12


∆𝑙 =∝ 𝑙0 ∆𝑡 ℎ𝑎𝑦 𝑙 = 𝑙0 (1+∝ ∆𝑡)

(1.8)


- Áp dụng công thức sự nở khối: [1]
∆𝑉 = 𝛽𝑉0 ∆𝑡 ℎ𝑎𝑦 𝑉 = 𝑉0 (1 + 𝛽∆𝑡)

(1.9)

VD: Cho một thước mét bằng thép lấy chuẩn ở 0oC. Dùng thước này đo một
thanh nhơm ở 0oC thì chiều dài của thanh nhơm là 2,5m. Hỏi ở 30oC thì chiều
dài của thanh nhôm là bao nhiêu nếu dùng thước bằng thép nói trên? [2]
1.2.6. Sự dâng lên hay tụt xuống của mức chất lỏng ở trong ống mao dẫn
- Áp dụng cơng thức tính độ chênh lệch mực chất lỏng đo mao dẫn
ℎ=

4𝜎
𝜌𝑔𝑑

(1.10)

1.2.7. Chất rắn - chất lỏng – sự chuyển thế. Nhiệt lượng
- Chất rắn kết tinh khi nóng chảy sẽ thu được một nhiệt lượng: [1]
𝑄 = 𝑚𝜆

(1.11)

- Chất lỏng khi hóa hơi sẽ thu một nhiệt lượng: [1]
𝑄 = 𝑚𝐿

(1.12)

VD: Đổ 1,5 lít nước ở 20oC vào một ấm nhơm có khối lượng 600g và sau đó

đun bằng bếp điện. Sau 35 phút thì đã có 20% khối lượng nước đã hóa hơi ở
nhiệt độ sơi 100oC. Tính công suất cung nhiệt của bếp điện, biết rằng 75%
nhiệt lượng mà bếp cung cấp được dùng vào việc đun nước. [2]
1.2.8. Tính tốn các đại lượng khi có sự truyền nhiệt giữa các vật
- Xác định nhiệt lượng toả ra và thu vào của các vật trong quá trình truyền
nhiệt thông qua biểu thức: [1]
𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑡

(1.13)

- Viết phương trình cân bằng nhiệt: [1]
Qtoả = Qthu

13

(1.14)


VD: Một bình nhơm có khối lượng 0,5kg chứa 0,118kg nước ở nhiệt độ 20oC.
Người ta thả vào bình một miếng sắt có khối lượng 0,2kg đã được đun nóng
tới nhiệt độ 75oC. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng
nhiệt.Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là 920J/kgK; nhiệt dung riêng của
nước là 4180J/kgK; và nhiệt dung riêng của sắt là 460J/kgK. Bỏ qua sự truyền
nhiệt ra môi trường xung quanh. [2]
1.2.9. Áp dụng các ngun lý của nhiệt động lực học
a) Tính tốn các đại lượng liên quan đến công, nhiệt và độ biến thiên nội năng
Áp dụng nguyên lý I: [1]
∆U = A + Q

(1.15)


VD: Một bình kín chứa 2g khí lý tưởng ở 20oC được đun nóng đẳng tích để
áp suất khí tăng lên 2 lần.
a. Tính nhiệt độ của khí sau khi đun.
b. Tính độ biến thiên nội năng của khối khí, cho biết nhiệt dung riêng đẳng
tích khí là 12,3.103 J/kg.K. [2]
b) Hiệu suất động cơ nhiệt
- Hiệu suất thực tế: [1]
𝐻=

𝑄1 − |𝑄2 | |𝐴|
=
%
𝑄1
𝑄1

(1.16)

- Hiệu suất lý tưởng: [1]
𝐻𝑚𝑎𝑥 =

𝑇1 − 𝑇2
𝑇2
=1−
𝑇1
𝑇1

(1.17)

VD: Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động giữa hai nguồn nhiệt 100oC và

25,4oC, thực hiện công 2kJ.

14


a. Tính hiệu suất của động cơ, nhiệt lượng mà động cơ nhận từ nguồn nóng và
nhiệt lượng mà nó truyền cho nguồn lạnh.
b. Phải tăng nhiệt độ của nguồn nóng lên bao nhiêu để hiệu suất động cơ đạt
25%? [2]

15


Chương 2: MƠ HÌNH HĨA BÀI TỐN VẬT LÝ NHIỆT THPT
2.1. Bài tốn 1

2

1

Đề bài :
Nối bình (1) và bình (2) chứa khí lí tưởng có dung tích V =10l như
nhau với áp suất, nhiệt độ ban đầu lần lượt là p1 = p2 =1atm, T1 = T2 = 300oK
bằng một ống trụ với chiều dài L = 10dm, tiết diện S = 1dm2 bên trong có 1
pit-tơng có thể dịch chuyển được không ma sát trong ống.
Ban đầu, pit-tông ở vị trí cách 1 đoạn x0= 2dm so với bình (1), thay đổi nhiệt
độ trong bình (1) một lượng nhiệt là T=30oK , tính độ dịch chuyển của pittơng x?
Cách giải:
p1 = p2 = 1atm
V1 = V + x0S = 10 + 1.2 = 12 lít

V2 = V + (10 - x0 )S = 10 + 8.1 = 18 lít
T1 = T2 = 300oK

16


Sau khi đốt nóng bình (1) và giữ ngun bình (2), nhiệt độ trong bình (1) tăng
lên (T1’ = T1 + 30o) mà dung tích bình (1) khơng đổi, dẫn đến áp suất trong
bình (1) tăng lên (p1’ = p1 + p) đẩy pit-tơng dịch chuyển một đoạn x về
phía bình (2).
p1’ = p2 ’
T1’ = T1 + 30o
T2 = T2’ = 300oK
V1’ = V1 + x.S = 12 + x.1 = 12 + x
V2’ = V2 - x.S = 18 - x.1 = 18 - x
Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng cho bình (1):
𝑝1 𝑉1 𝑝1 ′𝑉1 ′
1.12 𝑝1 ′(12 + x)
12 (12 + x)
=
→
=
→ 𝑝1′ =
:
𝑇1
𝑇1 ′
300
330
300
330

Do nhiệt độ bình (2) khơng thay đổi, áp dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt:
𝑝2 𝑉2 = 𝑝2 ′𝑉2′ → 1.18 = 𝑝2 ′(18 − x)
Mà p1’ = p2 ’
→ 18 = [

12 (12 + ∆𝑥)
:
] . (18 − ∆𝑥)
300
330

→ x =

9
(𝑑𝑚) ≈ 0.69 (𝑑𝑚)
13

2.1.1. Các yếu tố của mơ hình bài tốn 1
a. Các phần tử vật lý
- Khí lí tưởng:
+ Phân tử của chất khí là những chất điểm, chuyển động hỗn loạn không
ngừng, chỉ tương tác với nhau khi va chạm (theo quan điểm cấu trúc vi mơ).
+Khí có Nhiệt độ T (oK); Áp suất p (atm).
17


- 2 bình chứa khí lí tưởng : Dung tích V (l).
- Ống trụ : Nối giữa hai bình làm cho hai bình thơng nhau với chiều dài ống là
l (m), tiết diện ống là S (dm2).
- Pit-tơng: Có thể dịch chuyển được khơng ma sát đặt trong bình trụ nối giữa

hai bình với vị trí ban đầu x0 (dm) so với bình 1.
b. Định luật xảy ra trong mơ hình
- Sử dụng phương trình trạng thái.
𝑝1 𝑉1 𝑝2 𝑉2
=
𝑇1
𝑇2
- Sử dụng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt.
𝑝1 𝑉1 = 𝑝2 𝑉2
2.1.2. Lập mơ hình giải tích cho bài tốn 1
2.1.2.1. Thơng số ban đầu của mơ hình
- Nối bình (1) và bình (2) chứa khí lí tưởng có dung tích V (l) như nhau
với áp suất, nhiệt độ ban đầu lần lượt là p1 = p2 (atm), T1 = T2 (oK) bằng một
ống trụ với chiều dài L (dm), tiết diện S (dm2) bên trong có 1 pit-tơng có thể
dịch chuyển được không ma sát trong ống.
Ban đầu, pit-tông ở vị trí cách 1 đoạn x0 (dm) so với bình (1)
p1 = p2 (atm)
V1 = V + x0S (l)
V2 = V + (L- x0 )S (l)
T1 = T2 (oK)
2.1.2.2. Hoạt động của mơ hình
- Giữ ngun nhiệt độ của bình (2), thay đổi nhiệt độ cung cấp vào bình (1)
khiến cho nhiệt độ trong bình (1) tăng lên hoặc giảm đi (T1’ = T1 ± T) mà

18