Bài giảng phân tích chương trình vật lý phổ thông - Chương 5

Vật lý phân tử là một phần của vật lý nghiên cứu các tính chất vật lý của cácvật, các tính chất đặc thù của tập hợp các trạng thái của vật và nghiên cứu các quátrình chuyển pha phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của các vật, phụ thuộc vào lựctương tác của các phân tử và tính chất chuyển động nhiệt của các hạt.Nhiệt học (hoặc ở phạm vi sâu hơn là Nhiệt động lực học) nghiên cứu cáctính chất vật lý của hệ vĩ mô (vật thể và trường) trên cơ sở phân tích những biếnđổi...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng phân tích chương trình vật lý phổ thông - Chương 5 bµi gi¶ng ph©n tÝch ch−¬ng tr×nh vËt lÝ phæ th«ng - 2004 ch−¬ng 5 d¹y häc phÇn vËt lý ph©n tö vµ nhiÖt häcI. ®Æc ®iÓm cña phÇn vËt lý ph©n tö vµ nhiÖt häc VËt lý ph©n tö lµ mét phÇn cña vËt lý nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña c¸cvËt, c¸c tÝnh chÊt ®Æc thï cña tËp hîp c¸c tr¹ng th¸i cña vËt vµ nghiªn cøu c¸c qu¸tr×nh chuyÓn pha phô thuéc vµo cÊu tróc ph©n tö cña c¸c vËt, phô thuéc vµo lùct−¬ng t¸c cña c¸c ph©n tö vµ tÝnh chÊt chuyÓn ®éng nhiÖt cña c¸c h¹t. NhiÖt häc (hoÆc ë ph¹m vi s©u h¬n lµ NhiÖt ®éng lùc häc) nghiªn cøu c¸ctÝnh chÊt vËt lý cña hÖ vÜ m« (vËt thÓ vµ tr−êng) trªn c¬ së ph©n tÝch nh÷ng biÕn®æi n¨ng l−îng cã thÓ cã cña hÖ mµ kh«ng tÝnh ®Õn c¸c cÊu tróc vi m« cña chóng.C¬ së cña NhiÖt ®éng lùc häc lµ ba ®Þnh luËt thùc nghiÖm, hay cßn gäi lµ c¸cnguyªn lý nhiÖt ®éng. Nghiªn cøu vËt lý ph©n tö vµ nhiÖt häc t¹o mét b−íc chuyÓn míi trong ho¹t®éng nhËn thøc cña häc sinh. ChÊt l−îng míi cña c¸c hiÖn t−îng nhiÖt ®−îc gi¶ithÝch b»ng hai sù kiÖn: CÊu tróc gi¸n ®o¹n cña vËt chÊt vµ sè rÊt lín c¸c h¹t t−¬ngt¸c (ph©n tö, nguyªn tö...). Bëi vËy, viÖc gi¶i thÝch c¸c hiÖn t−îng ®ßi hái ph¶i®−a ra mét lo¹t kh¸i niÖm míi: C¸c ®¹i l−îng trung b×nh, sù c©n b»ng nhiÖt, nhiÖt®é, néi n¨ng, nhiÖt l−îng... Ngoµi c¸c quy luËt mang tÝnh ®éng häc, hÖ nhiÒu h¹tcßn bÞ c¸c quy luËt kh¸c chi phèi, ®ã lµ c¸c quy luËt mang tÝnh thèng kª. Ngoµiph−¬ng ph¸p thèng kª, mét ph−¬ng ph¸p kh¸c cña vËt lý häc - ph−¬ng ph¸p nhiÖt®éng lùc häc còng sÏ ®−îc ¸p dông ®Ó gi¶i thÝch c¸c hiÖn t−îng nhiÖt. Trªn c¬ sëcña ph−¬ng ph¸p thèng kª, xuÊt ph¸t tõ cÊu tróc gi¸n ®o¹n cña vËt chÊt, dùa vµothuyÕt ®éng häc ph©n tö ®Ó gi¶i thÝch hiÖn t−îng. C¸c hiÖn t−îng ®ã còng cã thÓ®−îc gi¶i thÝch dùa vµo c¸c nguyªn lý cña nhiÖt ®éng lùc häc. ViÖc ¸p dông tænghîp ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®éng lùc häc vµ ph−¬ng ph¸p thèng kª cã ý nghÜa s©u s¾ctrong d¹y häc vµ c¶ trong nghiªn cøu khoa häc. ViÖc s¾p xÕp tr×nh bµy néi dung cña phÇn vËt lý ph©n tö vµ nhiÖt häc lµ méttrong nh÷ng phÇn phøc t¹p nhÊt vÒ mÆt ph−¬ng ph¸p. Cho ®Õn nay vÉn ch−a cã ýkiÕn thèng nhÊt gi÷a c¸c nhµ ph−¬ng ph¸p vµ t¸c gi¶ s¸ch gi¸o khoa vÒ cÊu trócvµ vÒ trËt tù nghiªn cøu vÊn ®Ò nµy. Nªn b¾t ®Çu tõ ®©u? Tõ thuyÕt ®éng häc ph©ntö ®Ó gi¶i thÝch c¸c hiÖn t−îng nhiÖt trªn c¬ së hiÓu biÕt vÒ chuyÓn ®éng vµ t−¬ngt¸c cña c¸c h¹t hay lµ sö dông ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®éng lùc häc ®Ó gi¶i thÝch hiÖnt−îng ë møc ®é vÜ m«? 51 bµi gi¶ng ph©n tÝch ch−¬ng tr×nh vËt lÝ phæ th«ng - 2004 Cã nhiÒu ý kiÕn cho r»ng trong ch−¬ng tr×nh vËt lý phæ th«ng, vËt lý ph©n tövµ nhiÖt häc nªn ®−îc nghiªn cøu song song, ®iÒu ®ã cã c¬ së s− ph¹m. TÝnh chÊt®µn håi c¬ häc vµ tÝnh chÊt nhiÖt cña vËt thÓ, kÓ c¶ sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i (sùchuyªn pha) cña vËt chÊt phô thuéc vµo cÊu tróc vËt chÊt vµ sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸ch¹t. C¸c hiÖn t−îng vÜ m« cÇn ®−îc gi¶i thÝch ngay b»ng thuyÕt ®éng häc ph©n tö. Theo c¸ch tr×nh bµy truyÒn thèng ë nhiÒu n−íc, ch−¬ng tr×nh vËt lý ph©n tövµ nhiÖt häc ë tr−êng phæ th«ng th−êng bao gåm ba nhãm vÊn ®Ò: C¸c hiÖn t−îngnhiÖt, c¸c ®Þnh luËt thùc nghiÖm chÊt khÝ, thuyÕt ®éng häc ph©n tö; C¸c nguyªnlý cña nhiÖt ®éng lùc häc; TÝnh chÊt cña c¸c chÊt (khÝ, láng, r¾n).II. thuyÕt ®éng häc ph©n tö ThuyÕt ®éng häc ph©n tö lµ mét thuyÕt vËt lý ®iÓn h×nh. Qua viÖc ph©n tÝch®Çy ®ñ thuyÕt ®éng häc ph©n tö chóng ta sÏ hiÓu râ h¬n sù h×nh thµnh c¸c thuyÕtvËt lý kh¸c.2.1. C¬ së cña thuyÕt2.2.1. C¬ së kinh nghiÖm ThuyÕt ®éng häc ph©n tö (ban ®Çu lµ thuyÕt cÊu t¹o chÊt) lµ mét trong nh÷ngthuyÕt vËt lý ra ®êi sím nhÊt, ®−îc kÕ thõa nh÷ng quan ®iÓm cæ ®¹i nhÊt vÒ cÊut¹o chÊt vµ lµ kÕt qu¶ cña cuéc ®Êu tranh kÐo dµi nhiÒu thÕ kû gi÷a nh÷ng quanniÖm ®èi lËp nhau vÒ b¶n chÊt cña nhiÖt. Demokritos cho r»ng vËt chÊt ®−îc cÊut¹o mét c¸ch gi¸n ®o¹n tõ c¸c h¹t, ®èi lËp víi tr−êng ph¸i cho r»ng vËt chÊt ®−îccÊu t¹o mét c¸ch liªn tôc tõ mét sè chÊt c¬ b¶n. Gi¶ thuyÕt cho r»ng nhiÖt cã®−îc lµ do chuyÓn ®éng cña c¸c h¹t vËt chÊt ra ®êi tr−íc gi¶ thuyÕt vÒ chÊtnhiÖt vµ ®−îc c¸c nhµ b¸c häc Hooke, Boyle, Newton, Lomonosov ñng hé.Nh÷ng thµnh tùu nguyªn tö luËn trong hãa häc ®· gãp phÇn quan träng ®Õn sù ra®êi cña thuyÕt ®éng häc ph©n tö. Sù ra ®êi cña sè Avogadro cho phÐp x¸c ®Þnh®−îc khèi l−îng cña tõng nguyªn tö. Nguyªn tö tõ chç lµ s¶n phÈm ®¬n thuÇn cñatrÝ t−ëng t−îng cña con ng−êi ®· dÇn dÇn trë thµnh mét thùc thÓ vËt lý. §ã chÝnhlµ mét trong nh÷ng ®éng lùc quan träng quyÕt ®Þnh sù ra ®êi cña thuyÕt ®éng häcph©n tö.2.2.2. C¬ së thùc nghiÖm Nh÷ng sù kiÖn thùc nghiÖm vÒ chÊt khÝ cã quan hÖ trùc tiÕp ®Õn sù ra ®êi cñathuyÕt ®éng häc ph©n tö lµ c¸c c«ng tr×nh cña Boyle, Mariotte, Gay-Lussac vµCharles. N¨m 1834 Clapeyron th©u tãm thµnh mét c«ng thøc tæng qu¸ PV = RTbiÓu diÔn ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña ...