Trang chủ > Lớp 12 > Chân trời sáng tạo > Giải SGK Vật lí 12 - Chân trời sáng tạo

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

Bài trướcBài sau

Hoạt động mở đầu (trang 53) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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?

Trả lời:

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

1. Áp suất của chất khí

Câu hỏi 1 (trang 53) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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?

Trả lời:

- 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 2 (trang 54) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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=13μmv2p=\frac{1}{3}\mu mv^{2}

Trả lời:

- Tổng hợp lực do N6\frac{N}{6} phân tử khí tác dụng lên thành bình:

F=N6.f=μSvΔt6.2mvΔt=13μmv2SF=\frac{N}{6}.f=\frac{\mu Sv\Delta t}{6}.\frac{2mv}{\Delta t}=\frac{1}{3}\mu mv^{2}S

Áp suất tác dụng lên thành bình: p=FS=13μmv2SS=13μmv2p=\frac{F}{S}=\frac{\frac{1}{3}\mu mv^{2}S}{S}=\frac{1}{3}\mu mv^{2}

Câu hỏi 3 (trang 55) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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.

Trả lời:

- 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.

2. Động năng phân tử

Luyện tập (trang 55) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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:

v2=3RTM=3.8,31.3200,004=244120v^{2}=\frac{3RT}{M}=\frac{3.8,31.320}{0,004}=244120

Vận dụng (trang 56) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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.

Bài tập

Bài tập 1 (trang 56) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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

Đáp án đúng: A. bằng áp suất khí ở bình 2

Giải thích:

Ta có: p=13μmv2p=\frac{1}{3}\mu mv^{2}

Do đó, áp suất của khi không phụ thuộc vào khối lượng riêng rẽ của từng phân tử, mà phụ thuộc vào tổng khối lượng khí (m). 

→ Áp suất hai bình bằng nhau

Bài tập 2 (trang 56) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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.

Lời giải:

T=23Wdk=231,6.10−191,38.10−23=7407KT=\frac{2}{3}\frac{W_{d}}{k}=\frac{2}{3}\frac{1,6.10^{-19}}{1,38.10^{-23}}=7407K

Bài tập 3 (trang 56) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 8: 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: ε=μMd=10−4\varepsilon =\mu M_{d}=10^{-4}

- Áp suất khí: p=23μWd=23.10−4=6,67.10−5Pap=\frac{2}{3}\mu W_{d}=\frac{2}{3}.10^{-4}=6,67.10^{-5}Pa