Giải Vật Lí 12 (Chân trời sáng tạo) Bài 7: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Giải bài tập Vật Lí 12 Bài 7: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Mở đầu trang 48 Vật Lí 12: Hình 7.1 cho thấy một người đang bơm xe đạp, mỗi động tác đẩy pit-tông xuống ứng với một lượng không khí đang được đưa vào trong săm xe. Trong quá trình bơm, tất cả các thông số trạng thái: thể tích, áp suất, nhiệt độ và cả lượng không khí trong săm xe thay đổi. Sự thay đổi của các thông số này tuân theo quy luật nào?

Lời giải:

Tuân theo phương trình trạng thái khí lí tưởng​

Câu hỏi 1 trang 49 Vật Lí 12: Quan sát Hình 7.2, thảo luận và thực hiện các nhiệm vụ sau:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1') theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa p1, V1 và p2 ,V2

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1’) → (2) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa V’, T1 và V2, T2

c) Từ hai biểu thức ở câu a và b, thiết lập mối liên hệ giữa p1, V1, T1, và p2, V2, T2

Lời giải:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1'): quá trình đẳng nhiệt. p1V1 = p2V2

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1’) → (2): quá trình đẳng áp. $\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}$

Câu hỏi 2 trang 49 Vật Lí 12: Kết quả câu thảo luận 1 có thay đổi không nếu cho khối khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thông qua trạng thái trung gian 1' theo trình tự: biến đổi đẳng áp sau đó biến đổi đẳng nhiệt

Lời giải:

Kết quả câu thảo luận 1 có thay đổi nếu cho khối khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thông qua trạng thái trung gian 1' theo trình tự: biến đổi đẳng áp sau đó biến đổi đẳng nhiệt​

Câu hỏi 3 trang 50 Vật Lí 12: Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng, thiết lập mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khí trong quá trình đẳng tích. Vẽ phác đồ thị đường đẳng tích trong hệ toạ độ V- T.

Lời giải:

​

Luyện tập trang 50 Vật Lí 12: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất tiêu chuẩn do nhà sản xuất công bố là 2,3 bar ứng với nhiệt độ 25 °C (1 bar = 105 Pa). Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên tới 50 °C. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

(Coi gần đúng thể tích của lốp xe không đổi trong suốt quá trình nóng lên)

Lời giải:

$\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">\Rightarrow </span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">\Rightarrow </span></span>{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">5</span></span>}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">,</span></span>\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">43</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">b</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">a</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">r</span></span>}$​

Luyện tập trang 50 Vật Lí 12: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất tiêu chuẩn do nhà sản xuất công bố là 2,3 bar ứng với nhiệt độ 25 °C (1 bar = 105 Pa). Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên tới 50 °C. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

(Coi gần đúng thể tích của lốp xe không đổi trong suốt quá trình nóng lên)

Lời giải:

$\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">V</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">\Rightarrow </span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">1</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">\Rightarrow </span></span>{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">p</span></span>}}_{\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">2</span></span>}}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">=</span></span>\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">5</span></span>}<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">,</span></span>\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">43</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">b</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">a</span></span>}\mathrm{<span\; style="line-height:1.8;"><span\; style="font-size:18px;">r</span></span>}$​

Vận dụng trang 51 Vật Lí 12: Hình 7.4 là hình ảnh một bình xịt côn trùng. Vì sao người ta đưa ra khuyến cáo 'Không được ném bình vào lửa ngay cả khi đã dùng hết'?

Lời giải:

- Khuyến cáo 'Không được ném bình vào lửa ngay cả khi đã dùng hết' nhằm nâng cao ý thức của người dân về nguy cơ tiềm ẩn của việc ném bình xịt vào lửa.

- Giúp bảo vệ an toàn cho bản thân, gia đình và cộng đồng.

- Bảo vệ môi trường khỏi ô nhiễm.

Bài tập

Bài 1 trang 52 Vật Lí 12: Người ta nén 10 lít khí ở nhiệt độ 27 °C, áp suất 1 atm để thể tích của khí chỉ còn 4 lít. Vì nén nhanh nên khí bị nóng lên đến 60 °C. Áp suất khối khí sau khi nén là

A. 2,78 atm.

B. 2,25 atm.

C. 5,56 atm.

D. 1,13 atm.

Lời giải:

Đáp án A​

Bài 2 trang 52 Vật Lí 12: Sử dụng một cái bơm đế bơm không khí vào quả bóng đá có bán kính khi bơm căng là 11 cm.

Mỗi lần bơm đưa được 0,32 lít khí ở điều kiện 1 atm vào bóng. Giả thiết rằng quả bóng trước khi bơm không có không khí và nhiệt độ không đổi trong quá trình bơm. Hỏi sau 35 lần bơm thì áp suất khí trong bóng là bao nhiêu?

Lời giải:

$V=35.V=35.3,{2.10}^{-4}=1,{12.10}^{-2}{m}^3$​

$p_1{V}_1=p_2{V}_2\Rightarrow p_2=\frac{p_1{V}_1}{V_2}=\frac{1.3,{2.10}^{-4}}{1,{12.10}^{-2}}=0,286atm$

​

Bài 3 trang 52 Vật Lí 12: Giác hơi là một kĩ thuật chữa bệnh trong đông y để điều trị các bệnh do nguyên nhân hàn (lạnh) gây ra như: đau bụng, lưng, vai, gáy, cổ,... Trong giác hơi khô (Hình 7P.1), không khí bên trong những chiếc cốc thủy tinh được đốt nóng bằng que lửa, sau đó úp nhanh cốc lên vùng đau của người bệnh. Theo quan điểm của đông y, giác hơi giúp thải các độc tố tích tụ dưới lỗ chân lông ra khỏi cơ thể. Giải thích tại sao vùng da bên trong các cốc lại bị lỗi lên, từ đó có thể giải phóng các độc tố khỏi cơ thể, làm người bệnh giảm đau và đỡ mỏi hơn.

Lời giải:

- Khi úp cốc thủy tinh nóng lên da, không khí bên trong cốc bị nung nóng và nở ra tạo ra áp suất thấp trong cốc.

- Áp suất thấp này làm cho da bị kéo căng và lỗ chân lông mở rộng.

- Đồng thời, mao mạch máu dưới da bị vỡ do áp suất thấp, dẫn đến hiện tượng da bị lỗi lên.