Giải Vật lí 12 Bài 5 (Chân trời sáng tạo): Thuyết động học phân tử chất khí

Mở đầu trang 37 Vật Lí 12: Đệm hơi cứu nạn (Hình 5.1) là một thiết bị không thể thiếu trong lĩnh vực phòng cháy chữa cháy dùng để giải cứu nhanh chóng các nạn nhân trong trường hợp họ phải nhảy từ trên tầng cao xuống đất trong các vụ chấy nhà cao tầng hoặc động đất xảy ra. Đệm hơi là một tấm đệm được bơm đầy khí bên trong. Nhờ tính chất nào mà đệm hơi có thể giúp giảm chấn thương cho các nạn nhân trong tình huống này?

Lời giải:

Đệm hơi cứu nạn có thể giúp giảm chấn thương cho các nạn nhân trong tình huống nhảy từ trên cao xuống nhờ vào các tính chất sau:

- Khả năng hấp thụ năng lượng:

Khi nạn nhân tiếp xúc với đệm hơi, đệm sẽ nén lại và hấp thụ một phần năng lượng từ cú va chạm.

Nhờ vậy, lực tác động lên cơ thể nạn nhân sẽ được giảm bớt, giúp giảm nguy cơ chấn thương.

- Tính đàn hồi:

Sau khi nén lại, đệm hơi sẽ bật trở lại, giúp giảm tốc độ của nạn nhân một cách từ từ.

Điều này giúp giảm nguy cơ chấn thương do va đập mạnh với mặt đất.

- Diện tích tiếp xúc lớn:

Đệm hơi có diện tích tiếp xúc lớn giúp phân tán lực tác động lên một vùng rộng hơn trên cơ thể nạn nhân.

Nhờ vậy, áp lực lên từng điểm trên cơ thể sẽ giảm xuống, giúp giảm nguy cơ chấn thương.

- Chất liệu:

Đệm hơi thường được làm từ vật liệu tổng hợp có độ bền cao, chịu được va đập mạnh và có khả năng chống cháy.

Nhờ vậy, đệm có thể bảo vệ nạn nhân khỏi các mảnh vụn và nhiệt độ cao trong trường hợp hỏa hoạn.

- Dễ sử dụng:

Đệm hơi cứu nạn có thể được sử dụng nhanh chóng và dễ dàng bởi bất kỳ ai.

Điều này rất quan trọng trong các tình huống khẩn cấp, khi cần phải giải cứu nạn nhân một cách nhanh chóng.

Ngoài ra, đệm hơi cứu nạn còn có một số ưu điểm khác như:

- Có thể di chuyển dễ dàng: Đệm hơi có thể được gấp gọn và di chuyển đến bất kỳ nơi nào cần thiết.

- Có thể sử dụng nhiều lần: Đệm hơi có thể được sử dụng nhiều lần sau khi được bảo quản đúng cách.

Câu hỏi 1 trang 38 Vật Lí 12: Nguyên nhân nào gây ra chuyển động Brown?

Lời giải:

Chuyển động Brown là chuyển động hỗn loạn, không ngừng của các hạt lơ lửng trong chất lỏng hoặc chất khí. Nguyên nhân chính gây ra chuyển động Brown là do va đập của các phân tử chất lỏng hoặc chất khí với các hạt lơ lửng.

Luyện tập trang 38 Vật Lí 12: Ta có thể quan sát được chuyển động Brown đối với các hạt có kích thước và khối lượng lớn hơn nhiều so với hạt phấn hoa không? Tại sao?

Lời giải:

Có thể quan sát chuyển động Brown đối với các hạt có kích thước và khối lượng lớn hơn nhiều so với hạt phấn hoa, nhưng khó khăn hơn và cần điều kiện cụ thể.

Vì:

- Chuyển động Brown phụ thuộc vào kích thước hạt: Hạt càng nhỏ, chuyển động Brown càng mạnh.

- Hạt lớn và nặng chịu ảnh hưởng của trọng lực nhiều hơn, che lấp chuyển động Brown do va chạm với phân tử.

Câu hỏi 2 trang 39 Vật Lí 12: Căn cứ nội dung bài 1 và quan sát trong thực tế, hãy nêu các tính chất của chất khí.

Lời giải:

Chất khí có những tính chất đặc trưng như: khối lượng riêng nhỏ, dễ nén, dễ dãn nở, có áp suất, có khả năng khuếch tán, truyền nhiệt kém, có thể tan trong nước. Các tính chất này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống.

Luyện tập trang 39 Vật Lí 12: Đệm hơi cứu nạn trong Hình 5.1 là ứng dụng các tính chất nào của chất khí? Giải thích tác dụng cứu nạn của đệm hơi đối với người bị nạn rơi từ trên cao xuống.

Lời giải:

Nhờ ứng dụng các tính chất của chất khí, đệm hơi cứu nạn có tác dụng:

- Giảm lực tác động lên người bị nạn: Khi người bị nạn tiếp đất, đệm hơi sẽ nén lại và hấp thụ một phần năng lượng từ cú va chạm, giúp giảm bớt lực tác động lên cơ thể người bị nạn.

- Giảm tốc độ của người bị nạn: Sau khi nén lại, đệm hơi sẽ bật trở lại, giúp giảm tốc độ của người bị nạn một cách từ từ.

- Phân tán lực tác động: Diện tích tiếp xúc lớn của đệm hơi giúp phân tán lực tác động lên một vùng rộng hơn trên cơ thể người bị nạn, giúp giảm nguy cơ chấn thương.

Nhờ những tác dụng này, đệm hơi cứu nạn giúp giảm nguy cơ chấn thương cho người bị nạn rơi từ trên cao xuống, góp phần bảo vệ tính mạng của họ.

Câu hỏi 3 trang 40 Vật Lí 12: Từ mô hình động học phân tử (ở bài 1) và tính chất của chất khí, thảo luận để đưa ra các đặc điểm của các phân tử chất khí về:

a) Khoảng cách giữa các phân tử chất khí (so với chất rắn và chất lỏng).

b) Nguyên nhân gây ra áp suất chất khí

Lời giải:

a) Khoảng cách giữa các phân tử khí lớn hơn nhiều so với chất lỏng và chất rắn.

b) Nguyên nhân gây ra áp suất chất khí: Do các phân tử khí chuyển động hỗn loạn và va chạm với thành bình chứa.

Luyện tập trang 40 Vật Lí 12: • Trong quá trình bơm xe đạp, khi lốp xe đã gần căng, càng về cuối của mỗi lần bơm ta càng thấy khó nén pit-tông xuống. Hãy giải thích.

• Khi sản xuất vỏ bình chứa khí gas, khí oxygen, các nhà sản xuất thường sử dụng vật liệu là thép không gỉ hoặc nhôm có bề dày đủ lớn để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng. Hãy giải thích điều này.

Lời giải:

- Khi ta bơm xe, pit-tông di chuyển xuống, giảm thể tích của khí trong lốp. Theo định luật Boyle, khi thể tích khí giảm, áp suất khí sẽ tăng. Khi áp suất khí trong lốp đạt đến mức đủ cao, nó sẽ chống lại lực tác động của pit-tông. Do đó, ta càng về cuối của mỗi lần bơm, ta càng khó nén pit-tông xuống hơn.

- Theo định luật Boyle, khi áp suất khí tăng, lực tác động lên thành bình cũng tăng. Lực này có thể làm biến dạng hoặc nứt vỡ bình nếu bình không đủ dày. Do đó, các nhà sản xuất thường sử dụng vật liệu thép không gỉ hoặc nhôm có bề dày đủ lớn để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

Vận dụng trang 40 Vật Lí 12: Chuyển động nhiệt của các phân tử khí trong bầu khí quyển là một trong những nguyên nhân gây nên áp suất khí quyển. Khi áp suất khí quyển thay đổi sẽ ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏẻ của con người và điển hình là những người mắc bệnh viêm xoang. Từ các nguồn sách, báo, internet,... em hãy trình bày ngắn gọn ảnh hưởng bất lợi của sự thay đổi áp suất khí quyển đối với người mắc bệnh viêm xoang và biện pháp hạn chế.

Lời giải:

- Ảnh hưởng bất lợi của sự thay đổi áp suất khí quyển đối với người mắc bệnh viêm xoang:

+ Tăng áp suất:

Khi áp suất khí quyển tăng (ví dụ: khi đi máy bay lên cao), các xoang bị chèn ép, dẫn đến:

Đau nhức xoang: Do niêm mạc xoang bị sưng tấy và căng tức.

Nghẹt mũi: Do niêm mạc xoang bị kích thích và tiết nhiều dịch nhầy.

Khó thở: Do tắc nghẽn đường thở bởi dịch nhầy.

+ Giảm áp suất:

Khi áp suất khí quyển giảm (ví dụ: khi đi lặn biển), các xoang bị giãn nở, dẫn đến:

Đau nhức xoang: Do niêm mạc xoang bị căng ra.

Chảy máu cam: Do các mao mạch trong niêm mạc xoang bị vỡ.

Chóng mặt: Do thay đổi áp suất đột ngột ảnh hưởng đến hệ thống cân bằng.

+ Ngoài ra, sự thay đổi áp suất khí quyển còn có thể làm:

Tăng nguy cơ nhiễm trùng xoang: Do sự thay đổi áp suất ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch.

Làm trầm trọng thêm các triệu chứng của bệnh viêm xoang mãn tính: Do sự thay đổi áp suất làm tăng kích ứng niêm mạc xoang.

- Biện pháp hạn chế ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất khí quyển đối với người mắc bệnh viêm xoang:

+ Sử dụng thuốc:

Dùng thuốc xịt mũi giảm sung huyết trước khi thay đổi áp suất để giúp thông mũi và giảm đau nhức.

Dùng thuốc giảm đau không kê đơn để giảm đau nhức.

Dùng thuốc kháng histamine để giảm nghẹt mũi và chảy nước mũi.

+ Thay đổi tư thế:

Khi đi máy bay, nên nhai kẹo cao su hoặc nuốt nước thường xuyên để giúp cân bằng áp suất giữa tai giữa và môi trường xung quanh.

Khi lặn biển, nên thực hiện các kỹ thuật cân bằng áp suất để tránh ảnh hưởng đến tai và xoang.

+ Phòng ngừa:

Tránh thay đổi áp suất đột ngột, ví dụ: không nên đi máy bay hoặc lặn biển khi đang bị viêm xoang cấp tính.

Giữ ấm cơ thể và tránh tiếp xúc với các tác nhân kích thích như khói bụi, hóa chất,... để giảm nguy cơ viêm xoang.

Sử dụng máy phun sương hoặc nước muối sinh lý để giữ ẩm cho mũi, giúp giảm kích ứng niêm mạc xoang.

Bài tập

Bài 1 trang 41 Vật Lí 12: Nội dung nào dưới đây không phải là tính chất của các phân tử khí?

A. Chuyển động hỗn loạn, không ngừng.

B. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

C. Các phân tử khí va chạm vào thành bình gây ra áp suất.

D. Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định.

Lời giải:

Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn, không ngừng và va chạm vào thành bình gây ra áp suất.

=> Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định là sai

Đáp án D

Bài 2 trang 41 Vật Lí 12: Mùi hôi từ các bãi rác thải là một vấn nạn đối với cư dân sống xung quanh. Khi thời tiết càng nắng nóng thì mùi hôi bốc ra càng nồng nặc và càng bay xa (ngay cả trong điều kiện không có gió). Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy giải thích điều này và để xuất biện pháp hạn chế tình trạng trên.

Lời giải:

Giải thích hiện tượng mùi hôi từ bãi rác thải:

Thời tiết càng nắng nóng, các phân tử khí từ các chất hữu cơ phân hủy bay ra nhiều hơn, chuyển động nhanh hơn và va chạm mạnh hơn, khiến mùi hôi nồng nặc hơn và bay xa hơn.

Biện pháp:

Để hạn chế tình trạng mùi hôi từ bãi rác thải, cần thực hiện đồng bộ các biện pháp thu gom, xử lý rác thải, hạn chế phát tán mùi hôi và nâng cao ý thức cộng đồng.

Bài 3 trang 41 Vật Lí 12: Đun một nồi nước trên bếp, khi nước sôi nắp nồi thường bị đẩy lên. Hãy giải thích điều này.

Lời giải:

Nắp nồi bị đẩy lên khi nước sôi do sự kết hợp của áp suất hơi nước, lực đẩy Archimedes và nắp nồi kín.

Bài 4 trang 41 Vật Lí 12: Coi Trái Đất là một khối cầu bán kính 6 400 km, nếu lấy toàn bộ số phân tử nước trong 1,0 g hơi nước trải đều trên bề mặt Trái Đất thì mỗi mét vuông trên bề mặt Trái Đất có bao nhiêu phân tử nước? Biết khối lượng mol của phân tử nước khoảng 18 g/mol.

Lời giải:

$N=n.N_A=\frac{m}{M}.N_A=\frac{1}{18}.6,{022.10}^{23}=3,{336.10}^{22}$phân tử trong 1 g hơi nước

Số phân tử nước trên mỗi mét vuông là:

$N_m=\frac{N}{S}=\frac{N}{4\pi R^2}=\frac{3,{336.10}^{22}}{4\pi {.6400000}^2}=6,{52.10}^7$

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Bài 4: Thực hành đo nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hoá hơi riêng

Bài 6: Định luật Boyle. Định luật Charles

Bài 7: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Bài 8: Áp suất – động năng của phân tử khí