Với giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ sách Kết nối tri thức hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 12.

Giải Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ

Giải Vật Lí 12 trang 48

Áp suất khí phụ thuộc như thế nào vào những đại lượng đặc trưng sau đây

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Khởi động trang 48 Vật Lí 12: Áp suất khí phụ thuộc như thế nào vào những đại lượng đặc trưng sau đây của phân tử: khối lượng phân tử, tốc độ chuyển động của phân tử, mật độ phân tử, lực liên kết phân tử?

Lời giải:

- Khối lượng phân tử: Áp suất khí tỉ lệ thuận với khối lượng phân tử. Khi khối lượng phân tử tăng, các phân tử khí sẽ có động năng lớn hơn khi va chạm với thành bình, dẫn đến áp suất lên thành bình tăng.

- Tốc độ chuyển động của phân tử: Áp suất khí tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ chuyển động của phân tử. Khi tốc độ chuyển động của phân tử tăng, số lần va chạm và lực va chạm của phân tử với thành bình tăng, dẫn đến áp suất tăng.

- Mật độ phân tử: Áp suất khí tỉ lệ thuận với mật độ phân tử. Khi mật độ phân tử tăng, số lượng phân tử trong một đơn vị thể tích tăng, dẫn đến số lần va chạm với thành bình tăng và áp suất tăng.

- Lực liên kết phân tử: Áp suất khí tỉ lệ nghịch với lực liên kết phân tử. Khi lực liên kết phân tử yếu, các phân tử dễ dàng di chuyển và va chạm với thành bình hơn, dẫn đến áp suất tăng.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Tại sao có thể coi chuyển động của phân tử khí trước và sau khi va chạm

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Hoạt động 1 trang 48 Vật Lí 12: Tại sao có thể coi chuyển động của phân tử khí trước và sau khi va chạm với thành bình là chuyển động thẳng đều?

Lời giải:

Coi chuyển động của phân tử khí trước và sau khi va chạm với thành bình là chuyển động thẳng đều vì khoảng thời gian va chạm rất ngắn nên có thể coi là tốc độ của các phân tử không đổi và chuyển động được quãng đường rất ngắn nên coi là thẳng.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Hãy dựa vào tính chất trên của chuyển động phân tử để tính thời gian Δt giữa hai

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Hoạt động 2 trang 48 Vật Lí 12: Hãy dựa vào tính chất trên của chuyển động phân tử để tính thời gian Δt giữa hai va chạm liên tiếp của một phân tử lên thành bình ABCD theo $l$ và v.

Từ đó dùng công thức tính xung lượng của lực trong thời gian Δt (đã học ở lớp 10) để chứng minh:

a) Lực do thành bình ABCD tác dụng lên một phân tử khí có giá trị là $-\frac{m{v}^2}{l}$ ; lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD có giá trị là $+\frac{m{v}^2}{l}$ .

b) Áp suất do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD có giá trị là: $p_m=\frac{m}{V}{v}^2$ với thể tích lượng khí $V=l^3.$

Lời giải:

Xét 1 phân tử chất khí va chạm liên tiếp 2 lần trên mặt ABCD thì khoảng thời gian được tính là $\Delta t=\frac{2l}{v}$

a) Ta có: $F=ma=m\frac{v}{t}=m\frac{v}{\frac{l}{v}}=m\frac{v^2}{l}$ với $l$ là độ dài quãng đường phân tử khí đi từ thành bình EFOH tới thành bình ABCD.

Xét chiều dương như hình vẽ 12.1 thì lực do thành bình ABCD tác dụng lên một phân tử khí có giá trị là $-\frac{m{v}^2}{l}$ ; lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD có giá trị là $+\frac{m{v}^2}{l}$ .

b) Áp suất $p=\frac{F}{S}=\frac{\frac{m{v}^2}{l}}{l^2}=\frac{m{v}^2}{l^3}=\frac{m{v}^2}{V}$ với $V=l^3$ .

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Hãy chứng tỏ hệ thức 12.1 phù hợp với định luật Boyle trang 49 Vật lí 12

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 49 Vật Lí 12: Hãy chứng tỏ hệ thức (12.1) phù hợp với định luật Boyle.

Lời giải:

Từ hệ thức 12.1 có: $p=\frac{1}{3}\frac{Nm}{V}\overline{v^2}\Rightarrow pV=\frac{1}{3}Nm\overline{v^2}=$ hằng số.

Vậy hệ thức này phù hợp với định luật Boyle.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Hệ thức 12.2 cho thấy áp suất chất khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Câu hỏi 2 trang 49 Vật Lí 12: Hệ thức (12.2) cho thấy áp suất chất khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc vào mật độ phân tử và động năng trung bình của phân tử. Hãy giải thích tại sao.

Lời giải:

Vì mật độ phân tử càng lớn thì chúng gây ra áp suất lên thành bình càng lớn, động năng càng lớn thì tốc độ va chạm càng mạnh, áp suất càng cao.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Từ hai hệ thức pV = nRT và p = 2/3 uEd hãy rút ra hệ thức trang 49 Vật lí 12

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Hoạt động trang 49 Vật Lí 12: Từ hai hệ thức pV = nRT và $\mathrm{p}=\frac{2}{3}\mathrm{\mu }{\overline{\mathrm{E}}}_{\mathrm{d}}$, hãy rút ra hệ thức: ${\overline{\mathrm{E}}}_{\mathrm{d}}=\frac{3}{2}.\frac{\mathrm{R}}{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}\mathrm{T}.$ Trong đó N_A là số Avogadro (${\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}=\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{n}}$).

Lời giải:

Ta có: $\left\{\begin{array}{l}\mathrm{pV}=\mathrm{nRT}\\ \mathrm{p}=\frac{2}{3}\mathrm{\mu }\overline{{\mathrm{E}}_{\mathrm{d}}}\end{array}\right.\Rightarrow \frac{\mathrm{nRT}}{\mathrm{V}}=\frac{2}{3}\mathrm{\mu }\overline{{\mathrm{E}}_{\mathrm{d}}}\Rightarrow \overline{{\mathrm{E}}_{\mathrm{d}}}=\frac{3}{2}\frac{\mathrm{nRT}}{\mathrm{\mu V}}=\frac{3}{2}\frac{\mathrm{nRT}}{\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{V}}.\mathrm{V}}=\frac{3}{2}\frac{\mathrm{R}}{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}\mathrm{T}$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Hãy dùng các hệ thức 12.2 và 12.3 để giải thích tại sao áp suất trong quá trình

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 50 Vật Lí 12: Hãy dùng các hệ thức (12.2) và (12.3) để giải thích tại sao áp suất trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

Lời giải:

Từ các hệ thức 12.2 và 12.3 có:

$p=\frac{2}{3}\mu \overline{E_d}=\frac{2}{3}\mu .\frac{3}{2}kT=\mu kT\Rightarrow \frac{p}{T}=\mu k=$ hằng số.

Do đó, áp suất trong quá trình đẳng tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Không khí chứa chủ yếu các phân tử khí nitrogen oxygen và carbon dioxide Hãy so sánh

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Câu hỏi 2 trang 50 Vật Lí 12: Không khí chứa chủ yếu các phân tử khí nitrogen, oxygen và carbon dioxide. Hãy so sánh khối lượng, tốc độ trung bình, động năng trung bình của các phân tử khí trên trong một phòng có nhiệt độ không đổi.

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: ${\overline{E}}_d=\frac{3}{2}.\frac{R}{N_A}T$ , do cả 3 phân tử khí đều có cùng nhiệt độ phòng nên động năng trung bình của cả 3 phân tử khí là như nhau, do đó $\overline{E_{d_{C{O}_2}}}=\overline{E_{d_{N_2}}}=\overline{E_{d_{O_2}}}$ (2)

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

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác:

Giải thích được một số hiện tượng có liên quan đến áp suất theo mô hình phân tử

Giải Vật Lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ - Kết nối tri thức

Em có thể trang 51 Vật Lí 12: Giải thích được một số hiện tượng có liên quan đến áp suất theo mô hình phân tử. Ví dụ, tại sao trong quá trình đẳng tích áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ, trong quá trình đẳng nhiệt áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích, ...

Lời giải:

Trong quá trình đẳng tích, cùng một lượng khí không đổi, khi nhiệt độ tăng thì chuyển động nhiệt của các phân tử khí tăng lên, va chạm với thành bình nhiều hơn nên áp suất khí tạo ra tăng lên.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ hay khác: