Với giải bài tập Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí sách Chân trời sáng tạo hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8.

Giải Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí

Giải Vật Lí 12 trang 53

Ở các bài trước ta đã biết, nguyên nhân gây ra áp suất khí là sự va chạm

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Mở đầu trang 53 Vật Lí 12: 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?

Lời giải:

Sử dụng các kiến thức về động lượng, định luật III Newton, bài toán va chạm để thiết lập mối liên hệ giữa nhiệt độ khí, áp suất khí và động năng các phân tử khí.

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc như thế nào

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Thảo luận 1 trang 53 Vật Lí 12: Áp suất do các phân 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?

Lời giải:

Áp suất do các phân tử khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc vào các đại lượng:

- Khi tốc độ chuyển động nhiệt tăng thì áp suất tăng.

- Khi khối lượng phân tử khí tăng thì áp suất tăng.

- Khi mật độ của các phân tử khí tăng thì áp suất tăng.

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Áp dụng các kiến thức về động lực học (định luật III Newton, xung lượng của lực) cho bài toán

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Thảo luận 2 trang 54 Vật Lí 12: 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 $p=\frac{1}{3}\mu m{v}^2$

Lời giải:

Tổng hợp lực do $\frac{N}{6}$ phân tử khí tác dụng lên thành bình:

$F=\frac{N}{6}.f=\frac{\mu Sv\Delta t}{6}.\frac{2mv}{\Delta t}=\frac{1}{3}\mu m{v}^{2}S$

Áp suất tác dụng lên thành bình: $p=\frac{F}{S}=\frac{\frac{1}{3}\mu m{v}^{2}S}{S}=\frac{1}{3}\mu m{v}^2$

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Thực nghiệm đo được tốc độ trung bình của hầu hết các phân tử khí

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Thảo luận 3 trang 55 Vật Lí 12: Thực nghiệm đo được tốc độ trung bình của hầu hết các phân 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.

Lời giải:

Do trong quá trình khuếch tán vào không khí, các phân tử khí chuyển động hỗn loạn va chạm với các phân tử không khí, nên cần một khoảng thời gian người ta mới cảm nhận được mùi thơm của lọ nước hoa.

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Tính trung bình của bình phương tốc độ trong chuyển động nhiệt của phân tử

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 55 Vật Lí 12: 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.

Lời giải:

Trung bình của bình phương tốc độ trong chuyển động nhiệt của phân tử khí:

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Không khí nóng sẽ bốc lên cao, tuy nhiên khi đứng trên đỉnh núi cao

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 56 Vật Lí 12: 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.

Lời giải:

Khi đứng trên đỉnh núi cao ta lại thấy lạnh hơn so với khi ở chân núi. Vì:

- 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.

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Hai bình kín có thể tích bằng nhau đều chứa khí lí tưởng ở cùng một nhiệt độ

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Bài tập 1 trang 56 Vật Lí 12: 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 khí 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Gọi m₁, V₁ lần lượt là khối lượng và thể tích của khí ở bình 1

m₂, V₂ lần lượt là khối lượng và thể tích của khí ở bình 2

m₀₁, m₀₂ lần lượt là khối lượng một phân tử khí ở bình 1 và bình 2

Theo đề bài ta có: m₁ = m₂ = m; V₁ = V₂ = V; m₀₁ = 2m₀₂

Số phân tử khí chứa trong bình 1 là

$N_1=\frac{m{}_1}{m_{01}}=\frac{m}{2m_{02}}$(1)

Số phân tử khí chứa trong bình 2 là

$N_2=\frac{m{}_2}{m_{02}}=\frac{m}{m_{02}}$(2)

Từ (1) và (2) $\Rightarrow N_2=2N_1$

Mật độ phân tử khí ở bình 1 là: ${\mu }_1=\frac{N_1}{V}$(3)

Mật độ phân tử khí ở bình 2 là: ${\mu }_2=\frac{N_2}{V}=\frac{2N{}_1}{V}$(4)

Từ (3) và (4) $\Rightarrow {\mu }_2=2{\mu }_1$

Áp suất khí ở bình 1 là $p_1=\frac{1}{3}\mu {}_1.m.\overline{v^2}$

Áp suất khí ở bình 2 là $p_2=\frac{1}{3}\mu {}_2.m.\overline{v^2}=\frac{1}{3}.2\mu {}_1.m.\overline{v^2}=2p_1$

Vậy áp suất khí ở bình 1 bằng một nửa áp suất khí ở bình 2.

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Tính nhiệt độ của một khối khí để động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí đó bằng 1,0 eV

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Bài tập 2 trang 56 Vật Lí 12: Tính nhiệt độ của một khối khí để động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí đó bằng 1,0 eV. Lấy 1 eV = 1,6.10^-19 J.

Lời giải:

$W_d=\frac{3}{2}\frac{R}{N_A}T\Rightarrow 1.1,{6.10}^{-19}=\frac{3}{2}.\frac{8,31}{6,{02.10}^{23}}.T\Rightarrow T=7727,2K$

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác:

Xét khối khí chứa trong một bình kín, biết mật độ động năng phân tử

Giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí - Chân trời sáng tạo

Bài tập 3 trang 56 Vật Lí 12: 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.

Lời giải:

Mật độ động năng phân tử: $\epsilon =\mu W_d={10}^{-4}$

Áp suất khí: $p=\frac{2}{3}\mu W_d=\frac{2}{3}{.10}^{-4}=6,{67.10}^{-5}Pa$

Lời giải Vật Lí 12 Bài 8: Áp suất - động năng của phân tử khí hay khác: