Giải SGK Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Định luật Boyle

Khởi động (trang 37) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Khi thay đổi thể tích của một khối lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi thì áp suất khí thay đổi như thế nào?

Trả lời:

- Với một lượng khí nhất định, ở nhiệt độ không đổi, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. Tích số của áp suất và thể tích luôn không đổi.

I. Các thông số trạng thái của một lượng khí

Câu hỏi 1 (trang 37) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Các thông số trạng thái của một lượng khí đều là đại lượng có thể đo hoặc xác định được bằng các dụng cụ đo lường. Người ta dùng các dụng cụ nào để đo, xác định các thông số trạng thái của lượng khí trong hộp kín ở Hình 9.1?

Trả lời:

- Dùng nhiệt kế để đo nhiệt độ.

- Thước để đo kích thước dụng cụ chứa khí để gián tiếp tính thể tích khối khí.

- Áp kế để đo áp suất.

Câu hỏi 2 (trang 37) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Nêu tên đơn vị của các đại lượng này trong hệ SI.

Trả lời:

Đại lượng :

- Áp suất (P), đơn vị pascal (Pa)

- Nhiệt độ (T), đơn vị Kelvin (K)

- Thể tích (V), đơn vị mét khối (m³)

Câu hỏi 3 (trang 37) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Hãy so sánh các thông số trạng thái của không khí trong một quả bóng bay đã được bơm khi để trong bóng mát và khi để ngoài nắng (Hình 9.3).

Trả lời:

- Do quả bóng để ngoài nắng nhiệt độ ngoài trời cao nên nhiệt độ khối khí trong quả bóng tăng lên, quả bóng giãn nở làm tăng thể tích, các phân tử khí chuyển động càng nhanh, va chạm vào thành bên trong quả bóng càng nhiều nên áp suất tăng.

II. Định luật Boyle

Hoạt động (trang 38) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Chuẩn bị: Bộ thí nghiệm về chất khí

- Xi lanh trong suốt có độ chia nhỏ nhất 0,5 cm³ (1).

- Pit-tông có ống nối khí trong xi lanh với áp kế (2).

- Áp kế có độ chia nhỏ nhất 0,05.10⁵ Pa (3).

- Giá đỡ thí nghiệm (4).

- Thước đo (5)

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 9.4.

- Dịch chuyển từ từ pit-tông để làm thay đổi thể tích khí.

- Đọc và ghi kết quả thí nghiệm vào vở tương tự mẫu ở Bảng 9.1

Từ kết quả thí nghiệm ở Bảng 9.1, thực hiện các yêu cầu sau:

1. Xác định giá trị của tích pV tron mỗi lần thí nghiệm.

2. Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất p vào thể tích V trong hệ toạ độ (p,V).

3. Phát biểu mỗi quan hệ giữa p và V trong quá trình đẳng nhiệt. 

Trả lời:

1. Lần thí nghiệm 1: p₁V₁ = 3,0.1,0 = 3,0

Lần thí nghiệm 2: p₂V₂ = 2,5.1,2 = 3,0

Lần thí nghiệm 3: p₃V₃ = 2,0.1,5 = 3,0

Lần thí nghiệm 4: p₄V₄ = 1,5.1,9=2,85

2. Đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất p vào thể tích V trong hệ toạ độ (p, V)

3. Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, tích của áp suất và thể tích luôn không đổi.

Câu hỏi 1 (trang 39) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Nếu vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của p vào 1/V thì đường biểu diễn sẽ có dạng như thế nào? Tại sao?

Trả lời:

* Biểu diễn p và 1/V:

- Dạng đường biểu diễn: Đường thẳng.

- Lý do:

+ Theo định luật Boyle (Mariotte): pV = const

+ Biến đổi công thức: p = k/V => 1/p = V/k

+ Vẽ đồ thị:

Trục hoành: 1/V

Trục tung: p

Các điểm (1/V₁, p₁) và (1/V₂, p₂) nằm trên đường thẳng.

Câu hỏi 2 (trang 39) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Tìm ví dụ về quá trình đẳng nhiệt trong đời sống.

* Ví dụ về quá trình đẳng nhiệt:

- Bình xịt khử trùng: Khí bên trong bình được nén dưới áp suất cao. Khi ta ấn nút, van mở, khí thoát ra ngoài, thể tích khí tăng. Do có van điều tiết, áp suất khí giảm dần, nhưng nhiệt độ khí gần như không đổi (gần như đẳng nhiệt).

- Nén khí trong bình: Khi nén khí, thể tích khí giảm, áp suất khí tăng. Quá trình này có thể được thực hiện gần như đẳng nhiệt bằng cách sử dụng nước để làm mát bình khí.

Bài tập vận dụng

Bài tập 1 (trang 40) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Một quả bóng chứa 0,04 m³ không khí ở áp suất 120 kPa. Tính áp suất của không khí trong bóng khi làm giảm thể tích bóng còn 0,025 m³ ở nhiệt độ không đổi.

Lời giải:

- Ta có: p₁V₁ = p₂V₂ => p₂=$\frac{p_{1}V_{1}}{V_{2}}=\frac{120000.0,04}{0,025}=192000Pa$

Bài tập 2 (trang 40) Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 9: Một bọt khí nối từ đáy giếng sâu 6 m lên mặt nước. Khi lên tới mặt nước, thể tích của bọt khí tăng lên bao nhiêu lần? Coi áp suất khí quyển là 1,013.10⁵ Pa; khối lượng riêng của nước giếng là 1 003 kg/m³ và nhiệt độ của nước giếng không thay đổi theo độ sâu.

Lời giải:

- Áp suất của bọt khí khi ở độ sâu 6 m là: p₁=ρgh+p₀=1000.9,8.6+1,013.10⁵=1,6.10⁵Pa

- Áp dụng quá trình đẳng nhiệt: p₁V₁= p₂V₂⇔ $\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{p_{1}}{p_{2}}=\frac{1,6.10^{5}}{1,013.10^{5}}=1,58$