Khởi động (trang 34) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Khi học môn Khoa học tự nhiên ở lớp 6, các em đã biết một số tính chất đặc biệt của chất ở thể khí so với chất ở thể lỏng và thể rắn. Tại sao chất ở thể khí lại có một số tính chất vật lí khác chính chất đó ở các thể khác?
Trả lời:
- Khi các chất ở các thể khác nhau thì lực liên kết giữa các phân tử sẽ khác nhau, khoảng cách giữa các phân tử, tốc độ chuyển động của chúng sẽ khác nhau nên chúng sẽ có hình dạng, thể tích khác nhau. Điều đó chỉ ra rằng chất ở thể khí có một số tính chất vật lí khác chính chất đó ở các thể khác.
I. Chuyển động và tương tác của các phân tử khí
1. Chuyển động Brown trong chất khí
Hoạt động 1 (trang 34) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Dựa vào Hình 8.1, hãy mô tả thí nghiệm dùng để quan sát chuyển động Brown trong không khí.
Trả lời:
- Kính hiển vi: Dùng để quan sát chuyển động của hạt phấn hoa mà mắt thường rất khó quan sát được.
- Nắp đậy thuỷ tinh: để ngăn tiếp xúc với ống kính và tránh làm bẩn môi trường bên trong.
- Khói: tạo khói bằng cách đốt cháy một ít chất hữu cơ
- Hạt khói: quan sát chuyển động Brown trong không khí.
- Ánh sáng: chiếu vào ống đựng khói để khi quan sát thấy rõ hơn sự chuyển động của hạt khói.
- Cách tiến hành:
+ Chuẩn bị dụng cụ như Hình 8.1
+ Đốt cháy chất hữu cơ để tạo khói
+ Soi kính hiển vi để quan sát sự chuyển động của hạt khói.
Hoạt động 2 (trang 34) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Hãy dựa vào quỹ đạo chuyển động của hạt khói trong không khí (Hình 8.2) để chứng tỏ rằng các phân tử không khí chuyển động hỗn loạn, không ngừng.
Trả lời:
- Quỹ đạo ziczac: Hạt khói liên tục va chạm với các phân tử không khí, làm thay đổi hướng chuyển động. Chuyển động không ngừng: Hạt khói không bao giờ di chuyển theo đường thẳng. Chứng tỏ: Chuyển động ziczac của hạt khói là do va chạm với các phân tử không khí chuyển động hỗn loạn. Nếu các phân tử không khí đứng yên, hạt khói sẽ di chuyển theo đường thẳng.
Hoạt động 3 (trang 34) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Khi quan sát tia nắng mặt trời chiếu qua cửa sổ vào trong phòng, ta có thể thấy các hạt bụi trong ánh nắng chuyển động không ngừng. Chuyển động này có phải là chuyển động Brown không? Tại sao?
- Chuyển động này là chuyển động Brown. Vì các hạt bụi chuyển động hỗn loạn không ngừng, không có quy luật do va chạm với các phân tử không khí.
2. Tương tác giữa các phân tử khí
Hoạt động 1 (trang 35) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Hãy nêu các hiện tượng thực tế chứng tỏ lực liên kết giữa các phân tử ở thể khí rất yếu so với thể lỏng và thể rắn.
Trả lời:
- Khí có thể khuyếch tán: mở lọ nước hoa trong phòng kín, sau một lúc cả phòng sẽ có mùi thơm.
- Khí dễ nén: ta có thể nén khí vào bình chứa, ví dụ lốp xe được bơm căng do nén khí bên trong
Do lực liên kết giữa các phân tử ở thể khí rất yếu, nên nó không có hình dạng và thể tích xác định. Còn lực liên kết giữa các phân tử ở thể rắn mạnh nhất, do đó thể rắn có hình dạng và thể tích xác định. Lực liên kết giữa các phân tử ở thể lỏng yếu hơn thể rắn nhưng mạnh hơn thể khí, do đó thể lỏng có thể tích xác định nhưng không có hình dạng xác định.
Những hiện tượng trên có thể chứng tỏ được lực liên kết các phân tử ở thể khí là rất yếu, yếu hơn thể lỏng và thể rắn.
Hoạt động 2 (trang 35) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Hãy dựa vào khối lượng riêng ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất của cùng một chất ở các thể khác nhau để chứng tỏ khoảng cách giữa các phân tử ở thể khí rất lớn so với ở thể lỏng và thể rắn.
Trả lời:
* Khối lượng riêng của cùng một chất ở thể khí nhỏ hơn nhiều so với ở thể lỏng và thể rắn vì:
- Khối lượng riêng nhỏ chứng tỏ khoảng cách giữa các phân tử ở thể khí lớn hơn nhiều so với ở thể lỏng và thể rắn.
+ Ở thể khí, các phân tử có nhiều khoảng trống giữa chúng.
+ Ở thể lỏng, các phân tử xếp sát nhau hơn.
+ Ở thể rắn, các phân tử liên kết chặt chẽ với nhau.
II. Mô hình động học phân tử chất khí
Hoạt động (trang 35) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Hãy điền vào các ô còn trống trong Bảng 8.1.
Trả lời:
III. Khí lí tưởng
Hoạt động (trang 36) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 8: Hãy dùng mô hình động học phân tử chất khí để chứng tỏ với một khối lượng khí xác định thì nếu giảm thể tích của bình chứa và giữ nguyên nhiệt độ khí thì áp suất của khí tác dụng lên thành bình tăng. Hãy tìm ví dụ trong thực tế để minh hoạ cho tính chất trên của chất khí.
Trả lời:
- Áp suất khí là do lực do các phân tử khí va chạm với thành bình gây ra. Khi giảm thể tích bình chứa thì khoảng cách giữa các phân tử khí sẽ giảm đi, số lần va chạm giữa các phân tử khí và với thành bình trong một đơn vị thời gian sẽ tăng lên. Lực do các phân tử khí va chạm với thành bình sẽ tăng lên mà diện tích bình thì không thay đổi nên áp suất khí sẽ tăng lên.
- Ví dụ: Bơm xe đạp: khi ta bơm xe đạp, ta nén khí vào trong lốp xe( cụ thể là phần xăm), thì thể tích chứa giảm nên áp suất khí tăng ( ban đầu đang ở ngoài môi trường giờ nén vào trong xăm nên thể tích chứa giảm).