Giải SGK Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Định luật Boyle. Định luật Charles

Hoạt động mở đầu (trang 42) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Để đưa thuốc từ lọ vào trong xilanh của ống tiêm, ban đầu nhân viên y tế đẩy pit- tông sát đầu trên của xilanh, sau đó đưa đầu kim tiêm (được gắn với ống tiêm) vào trong lọ thuốc. Khi kéo pit-tông, thuốc sẽ chảy vào trong xilanh (Hình 6.1). Quá trình lấy máu dùng trong xét nghiệm tại các cơ sở y tế cũng hoàn toàn tương tự. Ứng dụng trên dựa vào các định luật của chất khí. Vậy, đó là những định luật nào?

Trả lời:

- Ứng dụng trên dựa vào các định luật Boyle và Charles

2. Định luật Boyle

a. Thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt

Câu hỏi 1 (trang 43) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Dự đoán mối liên hệ giữa áp suất và thể tích khi nén pit-tông xuống hoặc kéo pit-tông lên.

Dự đoán:

- Khi nén pit-tông: thể tích khối khí giảm, số va chạm giữa các phân tử khí với thành bên trong xilanh tăng lên, do đó áp suất tăng.

- Khi kéo pit-tông lên: thể tích khối khí tăng, khoảng cách giữa các phân tử khí tăng lên, số va chạm giữa các phân tử khí với thành bên trong xilanh giảm đi, áp suất giảm.

Câu hỏi 2 (trang 43) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, từ đó tính toán và kiểm tra biểu thức dự đoán, rút ra kết luận về mối liên hệ giữa p và V

Trả lời:

- Tích pV của khí luôn là một hằng số.

- Mối liên hệ giữa p và V là tỉ lệ nghịch

b. Nội dung định luật Boyle

Câu hỏi 3 (trang 44) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Từ số liệu Bảng 6.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V trong hệ tọa độ p - V và p - $\frac{1}{V}$. Nhận xét về dạng đồ thị.

Trả lời:

- Nhận xét: Đồ thị có hình dạng hypebol.

Câu hỏi 4 (trang 44) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Từ Hình 6.4, chứng minh rằng: T₂ > T₁

Trả lời:

- Chọn một giá trị V bất kì trên trục OV, kẻ một đường thẳng song song với Op, cắt hai đồ thị tại hai điểm, từ hai điểm đó kẻ đường thẳng song song với trục OV, cắt Op tại hai điểm p₁ và p₂.

- Từ đồ thị ta thấy, với cùng một thể tích V, ở hai nhiệt độ T₁ và T₂ thì có hai áp suất tương ứng là p₁ và p₂. Với p₂ > p₁ do đó các phân tử khí ở nhiệt độ T₂ chuyển động nhiệt nhanh hơn, tạo ra áp suất lớn hơn, do đó nhiệt độ T₂ > T₁.

Luyện tập (trang 45) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Nén đẳng nhiệt một khối khí từ thể tích ban đầu 9 lít xuống còn 4 lít. Áp suất của khối khí sau khi nén tăng hay giảm bao nhiêu lần.

Lời giải:

- Đồ thị có dạng đường thẳng, đường kéo dài đi qua gốc toạ độ. Mối liên hệ giữa V và T là mối quan hệ tỉ lệ thuận.

Luyện tập (trang 47) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Cho một khối khí dãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t₁ = 32^oC đến nhiệt độ t₂ = 117^oC, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít. Xác định thể tích khối khí trước và sau khi dãn nở.

Lời giải:

Ta có: V₂ = V₁ + 1,7

Theo định luật Charles: $\frac{V}{T}$ = hằng số

→ $\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\to \frac{V_{1}}{32+273}=\frac{V_{1+1,7}}{117+273}\to V_{1}=6,1$ (lít)

V₂ = 6,1 + 1,7 = 7,8 (lít)

Bài tập

Bài tập 1 (trang 47) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Hình nào dưới đây mô tả quá trình đẳng áp của một khối lượng khí xác định?

Lời giải:

Đáp án đúng là D

A, B – quá trình đẳng tích

C – quá trình đẳng nhiệt

Bài tập 2 (trang 47) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Một khối khí xác định dãn nở đẳng nhiệt từ thể tích ban đầu 5 lít đến 12 lít thì áp suất khối khí đã giảm một lượng 80 kPa. Áp suất ban đầu của khối khí bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Ban đầu: V₁ = 5 lít, p₁;

Lúc sau: V₂ = 12 lít, p₂ = p₁ - 80

Theo định luật Boyle, ta có: pV = hằng số

→ p₁V₁ = p₂V₂

→ p₁.5 = (p₁ - 80).12

→ p₁ = 137, 14 kPa

Bài tập 3 (trang 47) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Một mô hình áp kế khí (Hình 6P.1) gồm một bình cầu thủy tinh có thể tích 270 cm³ gắn với một ống nhỏ AB nằm ngang có tiết diện 0,1 cm². Trong ống có một giọt thủy ngân. Ở 0 °C giọt thủy ngân cách A 30 cm. Tính khoảng di chuyển của giọt thủy ngân khi hơ nóng bình cầu đến 10 °C. Coi thể tích bình là không đổi.

Lời giải:

Bài tập 4 (trang 47) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 6: Vào những ngày trời nắng nóng, nhiệt độ không khí ngoài sân là 42 ^oC, trong khi nhiệt độ không khí trong nhà là 27 ^oC. Xem áp suất không khí trong nhà và ngoài sân là như nhau. Khối lượng riêng của không khí trong nhà lớn hơn khối lượng riêng của không khí ngoài sân bao nhiêu lần?

Lời giải:

Áp dụng quá trình đẳng áp: $\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\Rightarrow \frac{\frac{m}{D_{1}}}{42+273}=\frac{\frac{m}{D_{2}}}{27+273}\Rightarrow \frac{D_{2}}{D_{1}}=1,05$

Khối lượng riêng của không khí trong nhà lớn hơn khối lượng riêng của không khí ngoài sân 1,05 lần.