Với giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí sách Cánh diều hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3.

Giải Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí

Ngày 01/7/2021, trên mặt biển phía tây bán đảo Yucatan (lu-ca-tan, vịnh Mexico)

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Mở đầu trang 44 Vật Lí 12: Ngày 01/7/2021, trên mặt biển phía tây bán đảo Yucatan (lu-ca-tan, vịnh Mexico) xuất hiện một đám lửa lớn do cháy khí hoá lỏng rò rỉ từ một đường ống dẫn dưới đáy biển. Một lượng lớn người và phương tiện đã phải huy động để khắc phục sự cố này (Hình 3.1). Áp suất khí trong bình chứa quá cao có thể gây ra rò rỉ khí. Chính chuyển động của các phân tử khí trong bình chứa đã gây ra áp suất lên thành bình. Vậy mối liên hệ giữa chuyển động của các phân tử khí với áp suất khí tác động lên bình chứa như thế nào?

Lời giải:

Chuyển động của các phân tử khí càng nhiều, càng mạnh, va chạm với thành bình càng nhiều thì áp suất càng tăng.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

So sánh vận tốc của phân tử trước và sau va chạm đàn hồi với thành bình

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 1 trang 45 Vật Lí 12: So sánh vận tốc của phân tử trước và sau va chạm đàn hồi với thành bình.

Lời giải:

Vận tốc của phân tử trước và sau va chạm đàn hồi với thành bình có cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Lập luận để chứng tỏ rằng số phân tử đến va chạm với một đơn vị diện tích

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 2 trang 45 Vật Lí 12: Lập luận để chứng tỏ rằng số phân tử đến va chạm với một đơn vị diện tích thành bình trong 1s là μv với v là tốc độ trung bình của các phân tử khí, μ là số phân tử trong một đơn vị thể tích.

Lời giải:

Giả sử có một lượng phân tử khí di chuyển trong không gian bình chứa với tốc độ trung bình là v khi đó trong thời gian Δt ngắn, lượng phân tử này sẽ di chuyển một quãng đường là vΔt.

 Ta giả định rằng mật độ phân tử khí trong không gian bình chứa là đều, tức là mỗi đơn vị thể tích chứa μ phân tử.

Vậy, số lượng phân tử khí trong một đơn vị diện tích của thành bình là μvΔt khi đó số phân tử đến va chạm với một đơn vị diện tích của thành bình trong 1 giây là μv.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Vì sao độ lớn lực F được xác định bằng công thức F = 2mv/2L/v = mv^2/L

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 3 trang 45 Vật Lí 12: Vì sao độ lớn lực F được xác định bằng công thức $F = \frac{2mv}{{\displaystyle \frac{2L}{v}}}= \frac{m{v}^2}{L}$  (3.2) có độ lớn bằng lực do phân tử khí tác dụng lên thành bình?

Lời giải:

Vì các phân tử khí tác dụng va chạm với thành bình gây ra sự thay đổi động lượng của chúng. Lực F do thành bình tác dụng lên phân tử khí có cùng độ lớn với lực do phân tử khí tác dụng lên thành bình. Do đó, lực F trong công thức 3.2 có độ lớn bằng lực do phân tử khí tác dụng lên thành bình.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Nhận xét về số phân tử chuyển động trên một trục xác định so với tất cả các phân tử

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 4 trang 46 Vật Lí 12: Nhận xét về số phân tử chuyển động trên một trục xác định so với tất cả các phân tử khí trong bình.

Lời giải:

Số phân tử chuyển động trên một trục xác định từ mặt ABCD sang mặt đối diện nó chỉ bằng $\frac{1}{3}$ số phân tử khí có trong bình.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Gọi μ là số phân tử khí trong một đơn vị thể tích. Chứng tỏ rằng

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 5 trang 46 Vật Lí 12: Gọi μ là số phân tử khí trong một đơn vị thể tích. Chứng tỏ rằng áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình được tính bằng công thức: $p=\frac{1}{3}\mu m\overline{v^2}$ (3.4)

Lời giải:

Số phân tử khí trong một đơn vị thể tích là $\mu =\frac{N}{V}$

Áp suất do N phân tử khí gây ra là $p=\frac{Nm\overline{v^2}}{L^3}=\frac{Nm\overline{v^2}}{V}$

Các phân tử đang chuyển động theo cùng một phương và va chạm với cùng một cặp mặt đối diện của hình lập phương. Thực tế, các phân tử trong bình chuyển động hỗn loạn không có phương nào ưu tiên, tức là chúng chuyên động và va chạm với ba cặp mặt đối diện của hình lập phương như nhau. Do đó, ta phải chia kết quả đã tính cho 3 để được áp suất do tất cả các phân tử gây ra lên mỗi mặt của bình lập phương. Ta thu được $p=\frac{1}{3}\frac{Nm\overline{v^2}}{V}=\frac{1}{3}\mu m\overline{v^2}$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Ở nhiệt độ phòng và áp suất 10^5 Pa, không khí có khối lượng riêng khoảng 1,29 kg/m^3

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Luyện tập 1 trang 46 Vật Lí 12: Ở nhiệt độ phòng và áp suất 10⁵ Pa, không khí có khối lượng riêng khoảng 1,29 kg/m³. Xác định giá trị trung bình của bình phương tốc độ các phân tử không khí.

Lời giải:

$p=\frac{1}{3}\rho \overline{v^2}\Rightarrow \overline{v^2}=\frac{3p}{\rho }=\frac{{3.10}^5}{1,29}=2,{33.10}^{5}m/s$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Thực hiện biến đổi từ công thức (3.3) và phương trình trạng thái khí lí tưởng

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Câu hỏi 6 trang 47 Vật Lí 12: Thực hiện biến đổi từ công thức (3.3) và phương trình trạng thái khí lí tưởng để rút ra công thức (3.6).

Lời giải:

Ta có: $\left\{\begin{array}{l}pV=nRT\\ p=\frac{1}{3}\frac{Nm\overline{v^2}}{V}\end{array}\right.\Rightarrow \frac{nRT}{V}=\frac{1}{3}\frac{Nm\overline{v^2}}{V}\Rightarrow m\overline{v^2}=\frac{3nRT}{N}=\frac{3RT}{N_A}$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Vì sao khi tăng nhiệt độ của một lượng khí lí tưởng từ 300 K đến 600 K

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Luyện tập 2 trang 47 Vật Lí 12: Vì sao khi tăng nhiệt độ của một lượng khí lí tưởng từ 300 K đến 600 K, ta không làm tăng gấp đôi tốc độ của các phân tử khí?

Lời giải:

Vì tốc độ của phân tử khí không tỉ lệ thuận với nhiệt độ.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác:

Không khí là hỗn hợp của một vài loại khí chính như nitrogen, oxygen, carbon dioxide

Giải Vật Lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí - Cánh diều

Vận dụng trang 48 Vật Lí 12: Không khí là hỗn hợp của một vài loại khí chính như nitrogen, oxygen, carbon dioxide. So sánh giá trị $\overline{v^2}$ của phân tử các chất khí này trong không khí.

Lời giải:

Phân tử khí nitrogen có kí hiệu N₂, khối lượng phân tử là 28.

Phân tử khí oxygen có kí hiệu O₂, khối lượng phân tử 32.

Phân tử khí carbon dioxide có kí hiệu CO₂, khối lượng phân tử 44.

Do đó khối lượng phân tử khí $m_{C{O}_2}>m_{O_2}>m_{N_2}$ (1).

Biểu thức động năng trung bình: $W_d=\frac{3}{2}.\frac{R}{N_A}T$ , do cả 3 phân tử khí đều ở trong cùng một hỗn hợp nên nhiệt độ như nhau do đó động năng trung bình của cả 3 phân tử khí là như nhau, do đó $W_{d_{C{O}_2}}=W_{d_{O_2}}=W_{d_{N_2}}$  (2)

Mặt khác $W_d=\frac{m\overline{v^2}}{2}$ , từ (1) và (2) nên $\overline{v_{C{O}_2}^2}<\overline{v_{O_2}^2}<\overline{v_{N_2}^2}$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 3: Áp suất và động năng phân tử chất khí hay khác: