Sách bài tập Vật lí 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Mô hình động học phân tử chất khí

Giải SBT Vật lí 12 Bài 8: Mô hình động học phân tử chất khí

Câu 8.1 trang 24 SBT Vật Lí 12: Tính chất nào sau đây không phải của chất ở thể khí?

A. Khối lượng riêng rất nhỏ so với khi ở thể lỏng và rắn.

B. Hình dạng thay đổi theo bình chứa.

C. Gây áp suất lên thành bình chứa theo mọi hướng.

D. Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng và luôn tương tác với nhau.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Chất ở thế khí thì các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng, các phân tử khí va chạm với nhau và va chạm với thành bình nhưng xác suất không phải là 100% các phân tử khí đều va chạm với nhau.

Câu 8.2 trang 24 SBT Vật Lí 12: Tính chất nào sau đây không phải của phân tử khí lí tưởng?

A. Chuyển động hỗn loạn không ngừng.

B. Quỹ đạo chuyển động gồm những đoạn thẳng.

C. Khi va chạm với nhau thì động năng không được bảo toàn.

D. Được coi là các chất điểm.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Phân tử khí lí tưởng va chạm với nhau thì động năng được bảo toàn, vì va chạm của phân tử khí lí tưởng được coi và va chạm hoàn toàn đàn hồi.

Câu 8.3 trang 24 SBT Vật Lí 12: Đối với khí lí tưởng, có thể bỏ qua đại lượng nào sau đây?

A. Khối lượng của phân tử.

B. Tốc độ chuyển động của phân tử.

C. Kích thước của phân tử.

D. Cả ba đại lượng trên.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Đối với khí lí tưởng, có thể bỏ qua đại lượng đó là kích thước của phân tử.

Câu 8.4 trang 24 SBT Vật Lí 12: Phân tử khí lí tưởng có

A. động năng bằng 0.

B. thế năng bằng 0.

C. động lượng bằng 0.

D. khối lượng bằng 0.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Phân tử khí lí tưởng có thế năng bằng 0.

Câu 8.5 trang 25 SBT Vật Lí 12: Tại sao có thể dùng các định luật cơ học Newton đã học ở lớp 10 vào việc mô tả và xác định các định luật của chất khí lí tưởng?

Lời giải:

Cơ học Newton ở lớp 10 là cơ học chất điểm. Có thể coi các phân tử khí lí tưởng là chất điểm vì kích thước của phân tử khí lí tưởng rất nhỏ không đáng kể so với khoảng cách giữa các phân tử.

Câu 8.6 trang 25 SBT Vật Lí 12: Ở cùng một nhiệt độ, các loại phân tử khí khác nhau trong không khí có chuyển động với cùng một tốc độ không? Tại sao?

Lời giải:

Không. Vì nhiệt độ của chất khí phụ thuộc vào động năng phân tử khí nghĩa là phụ thuộc vào cả tốc độ lẫn khối lượng của phân tử khí.

Câu 8.7 trang 25 SBT Vật Lí 12: Một phân tử oxygen chuyển động trong một bình chứa hình cầu đường kính 0,10 m với tốc độ 400 m/s. Hãy ước tính số va chạm của phân tử này với thành bình trong mỗi giây. Coi tốc độ của phân tử là không đổi và phân tử không va chạm với các phân tử khác.

Lời giải:

Giữa hai va chạm liên tiếp, phân tử đi quãng đường là 2d = 0,2 m. Quãng đường đi được trong 1 giây chính là tốc độ trung bình của phân tử.

Gọi số lần va chạm trong mỗi giây là k.

Vậy tốc độ trung bình là $\overline{v}\text{= 400\hspace{0.17em}}=\frac{\text{0,2.k}}{2}\Rightarrow k=4000.$

Đáp án: 4 000 lần.

Câu 8.8 trang 25 SBT Vật Lí 12: Phương pháp mô hình và mô hình động học phân tử chất khí.

Đoạn văn sau đây tóm tắt phần trình bày về phương pháp mô hình trong SGK Vật lí 10 và giới thiệu tác dụng của phương pháp này:

Đây là phương pháp dùng mô hình để tìm hiểu các tính chất của vật thật. Các mô hình thường dùng là:

– Mô hình vật chất. Ví dụ, quả địa cầu là mô hình vật chất thu nhỏ của Trái Đất; hệ Mặt Trời là mô hình vật chất phóng to của mẫu nguyên tử Rutherford,...

– Mô hình lí thuyết. Ví dụ, chất điểm là mô hình lí thuyết của các vật có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng, tia sáng là mô hình lí thuyết dùng để mô tả đường truyền của ánh sáng.

- Mô hình toán học. Ví dụ phương trình toán học s = vt là mô hình toán học của chuyển động thẳng đều.

Phương pháp mô hình không những có thể dùng để mô tả, giải thích các tính chất đã biết của vật thật mà còn có thể dùng để tiên đoán các tính chất chưa biết của vật thật.

Hãy dựa vào đoạn văn trên và các kiến thức đã học về chất khí để trả lời các câu hỏi sau:

1. Mô hình động học phân tử chất khí

A. là mô hình vật chất.

B. là mô hình lí thuyết.

C. là mô hình toán học.

D. có tính chất của tất cả các mô hình trên.

2. Nội dung câu nào dưới đây là đúng, sai?

3. Hãy dựa vào mô hình động học phân tử chất khí để giải thích tại sao chất khí có thể gây áp suất lên thành bình chứa theo mọi hướng.

4. Hãy dựa vào mô hình động học phân tử chất khí để tiên đoán xem nếu giảm thể tích của bình chứa khí đi 2 lần thì áp suất chất khí tác dụng lên thành bình chứa sẽ tăng lên hoặc giảm đi bao nhiêu lần.

Lời giải:

1. Đáp án đúng là B.

2. a) Đúng;

b) Sai;

c) Đúng.

3. Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn va chạm vào thành bình theo mọi hướng nên gây áp suất lên thành bình theo mọi hướng.

4. Khi giảm thể tích bình chứa khí đi 2 lần thì mật độ phân tử khí tăng lên gấp 2 làm cho số va chạm của các phân tử khí lên thành bình tăng lên gấp 2, do đó áp suất chất khí tác dụng lên thành bình cũng tăng lên 2 lần.

Lý thuyết Mô hình động học phân tử chất khí

I. Chuyển động và tương tác của các phân tử chất khí

1. Chuyển động Brown trong chất khí

- Chuyển động Brown là chuyển động ngẫu nhiên của các hạt rất nhẹ trong chất lỏng hoặc chất khí do sự va chạm với các phân tử khác và với thành bình chứa.

- Quỹ đạo của chuyển động Brown là những đường gấp khúc bất kì.

- Chuyển động Brown chứng tỏ các phân tử chất khí chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm thành bình nên gây ra áp suất lên thành bình chứa. Khi nhiệt độ tăng, áp suất khí tác dụng lên thành bình tăng. Khi đó tốc độ trung bình của các phân tử được xác định: $\overline{v}=\frac{v_1+v_2+\dots +v_n}{n}$

2. Tương tác giữa các phân tử khí

Giữa các phân tử khí cũng có lực đẩy và lực hút, gọi chung là lực liên kết. Khoảng cách giữa các phân tử ở thể khí rất lớn so với ở thể lỏng và thể rắn nên lực liên kết giữa các phân tử ở thể khí rất yếu so với ở thể lỏng và thể rắn.

II. Mô hình động học phân tử chất khí

Thuyết động học phân tử chất khí hay còn gọi là mô hình động học phân tử chất khí gồm những nội dung chính sau:

• Chất khí gồm tập hợp rất nhiều các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

• Các phân tử khí luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

• Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm thành bình nên gây ra áp suất lên thành bình chứa.

Từ thuyết động học phân tử chất khí ta thấy các phân tử di chuyển theo đường thẳng và chỉ thay đổi hướng khi chúng va chạm với các phân tử khác hoặc với thành bình chứa. Va chạm giữa các phân tử có tính đàn hồi.

III. Khí lí tưởng

1. Các phân tử khí được coi là các chất điểm, không tương tác với nhau khi chưa va chạm.

2. Các phân tử khí tương tác khi va chạm với nhau và va chạm với thành bình. Các va chạm này là va chạm hoàn toàn đàn hồi.

Mô hình trên bỏ qua thể tích của phân tử khí, bỏ qua tương tác của các phân tử khi chưa va chạm và coi va chạm là hoàn toàn đàn hồi làm cho việc mô tả các hiện tượng về chất khí trở nên đơn giản, dễ dàng. Chất khí trong mô hình trên được gọi là khí lí tưởng.