Bài 8. Áp suất – Động năng của phân tử khí trang 53, 54, 55 Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi tr 53 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 53 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Ở các bài trước ta đã biết, nguyên nhân gây ra áp suất khí là sự va chạm của các phân tử khí với thành bình. Các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh thì sự va chạm càng mạnh và hệ quả là áp suất của khí lên thành bình càng lớn. Mặt khác, việc các phân tử chuyển động nhiệt càng nhanh cũng có nghĩa nhiệt độ khí càng lớn. Như vậy giữa nhiệt độ khí, áp suất khí và động năng các phân tử khí có mối liên hệ chặt chẽ. Làm thế nào để thiết lập được một cách định lượng mối liên hệ này?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Áp suất khí (p) tỉ lệ thuận với động năng trung bình của các phân tử khí.

Câu hỏi tr 53 CH

Trả lời câu hỏi trang 53 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Áp suất do các phần 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?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Khi tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí tăng thì áp suất tăng

Khi khối lượng của các phân tử khí tăng thì áp suất tăng

Khi mật độ của khí tăng thì áp suất tăng

Câu hỏi tr 54 CH

Trả lời câu hỏi trang 54 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

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 \(p = \frac{1}{3}\mu m{v^2}\)

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Áp suất tác dụng lên thành bình là: \(p = \frac{F}{S} = \frac{{\frac{N}{6}.f}}{S} = \frac{{\frac{{\mu Sv\Delta t}}{6}.\frac{{2mv}}{{\Delta t}}}}{S} = \frac{{\frac{1}{3}\mu m{v^2}S}}{S} = \frac{1}{3}\mu m{v^2}\)

Câu hỏi tr 55 CH

Trả lời câu hỏi trang 55 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Thực nghiệm đo được tốc độ trung bình của hầu hết các phần 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.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

- Mùi thơm của nước hoa cần thời gian để khuếch tán từ nơi có nồng độ cao (lọ nước hoa) đến nơi có nồng độ thấp (mũi người).

- Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ chênh lệch nồng độ, khối lượng mol, kích thước của phân tử, chuyển động hỗn độn, nhiệt độ và gió.

Câu hỏi tr 55 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 55 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

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

Phương pháp giải:

Vận dụng công thức tính trung bình của bình phương tốc độ

Lời giải chi tiết:

\({v^2} = \frac{{3RT}}{M} = \frac{{3.8,31.320}}{{0,004}} = 244120\)

Câu hỏi tr 56 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 56 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Không khí nóng sẽ bốc lên cao, tuy nhiên khi đứng trên đỉnh núi cao ta lại thấy lạnh hơn so với khi ở chân núi. Hãy giải thích điều này.

Phương pháp giải:

Yếu tố chính là do nhiệt độ không khí giảm dần theo độ cao.

Lời giải chi tiết:

Lý do:

- Nhiệt độ không khí giảm dần theo độ cao:

+ Khi độ cao tăng, mật độ không khí giảm.

+ Càng lên cao, mật độ không khí càng loãng, dẫn đến khả năng giữ nhiệt kém hơn.

+ Trung bình, cứ lên cao 100m, nhiệt độ giảm 0,6°C.

- Núi cao cản trở sự di chuyển của hơi nước:

+ Hơi nước trong không khí đóng vai trò như một tấm chăn giữ nhiệt.

+ Núi cao cản trở sự di chuyển của hơi nước, khiến cho nhiệt độ ở đỉnh núi thấp hơn.

- Gió:

+ Gió thường mạnh hơn ở độ cao lớn hơn.

+ Gió làm tăng tốc độ truyền nhiệt từ cơ thể, khiến ta cảm thấy lạnh hơn.

Bài tập Bài 1

Trả lời câu hỏi bài 1 trang 57 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Hai bình kín có thể tích bằng nhau đều chứa khí lí tưởng ở cùng một nhiệt độ. Khối lượng khí trong hai bình bằng nhau nhưng khối lượng một phân tử khí của bình 1 lớn gấp hai lần khối lượng một phân tử khi ở bình 2. Áp suất khí ở bình 1

A. bằng áp suất khí ở bình 2.

B. gấp bốn lần áp suất khí ở bình 2.

C. gấp hai lần áp suất khí ở bình 2.

D. bằng một nửa áp suất khí ở bình 2.

Phương pháp giải:

Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng

Lời giải chi tiết:

B, C, D: Sai vì áp suất khí không phụ thuộc vào khối lượng riêng lẻ của các phân tử khí.

Đáp án A

Bài tập Bài 2

Trả lời câu hỏi bài 2 trang 57 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Tính nhiệt độ của một khối khí để động năng tịnh tiến trung bình của các phần tử khi đó bằng 1,0 eV. Lấy 1 eV = 1,6.10^-19 J.

Phương pháp giải:

Vận dụng công thức tính động năng

Lời giải chi tiết:

\(T = \frac{2}{3}\frac{{{W_d}}}{k} = \frac{2}{3}\frac{{1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{1,{{38.10}^{ - 23}}}} = 7407K\)

Bài tập Bài 3

Trả lời câu hỏi bài 3 trang 57 SGK Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Xét khối khí chứa trong một bình kín, biết mật độ động năng phân tử (tổng động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí trong 1 m³ thể tích khí) có giá trị 10^-4 J/m³. Tính áp suất của khí trong bình.

Phương pháp giải:

Vận dụng công thức tính mật độ động năng

Lời giải chi tiết:

\(p = \frac{2}{3}\varepsilon  = \frac{2}{3}{.10^{ - 4}} = 6,{67.10^{ - 5}}Pa\)