Bài 6. Định luật Boyle. Định luật Charles trang 42, 43, 44 Vật lý 12 Chân trời sáng tạo: Để đưa thuốc từ lọ vào trong xilanh của ống tiêm...

Câu hỏi:

Để đưa thuốc từ lọ vào trong xilanh của ống tiêm, ban đầu nhân viên y tế đẩy pit- tông sát đầu trên của xilanh, sau đó đưa đầu kim tiêm (được gắn với ống tiêm) vào trong lọ thuốc. Khi kéo pit-tông, thuốc sẽ chảy vào trong xilanh (Hình 6.1). Quá trình lấy máu dùng trong xét nghiệm tại các cơ sở y tế cũng hoàn toàn tương tự. Ứng dụng trên dựa vào các định luật của chất khí. Vậy, đó là những định luật nào?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào các định luật của chất khí

Lời giải chi tiết :

Ứng dụng trên dựa vào các định luật Boyle và Charles

Câu hỏi:

1. Dự đoán mỗi liên hệ giữa áp suất và thể tích khi nén pit-tông xuông hoặc kéo pit-tông lên.

2. Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, từ đó tính toán và kiểm tra biểu thức dự đoán, rút ra kết luận về mối liên hệ giữa p và V

Hướng dẫn giải :

Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn

Lời giải chi tiết :

1.

Nén pit-tông xuống: V giảm, p tăng.

Kéo pit-tông lên: V tăng, p giảm.

Mối liên hệ giữa p và V: tỉ lệ nghịch

2.Tích pV của khí luôn là một hằng số.

Mối liên hệ giữa p và V là tỉ lệ nghịch

Câu hỏi:

1. Từ số liệu Bảng 6.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V trong hệ toa độ p - V và p - \(\frac{1}{V}\). Nhận xét về dạng đồ thị.

2. Từ Hình 6.4, chứng minh rằng: T₂ > T₁

Lời giải chi tiết :

1.

- Đồ thị là một đường cong hypebol.

- Khi V tăng, p giảm và ngược lại.

- Tích số pV của các điểm trên đường cong xấp xỉ bằng hằng số.

2.

Hình trên cho thấy p₁ < p₂ vì quá trình chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 là đẳng tích nên T₁ < T₂

Câu hỏi:

Nén đẳng nhiệt một khối khí từ thể tích ban đầu 9 lít xuống còn 4 lít. Áp suất của khối khí sau khi nén tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng định luật Boyle

Lời giải chi tiết :

\({p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow \frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} = \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \frac{9}{4} = 2,25\)

Áp suất của khối khí sau khi nén tăng 2,25 lần

Câu hỏi:

Dựa vào định luật Boyle, giải thích tại sao có thể rút thuốc (thể lỏng) từ trong lọ thuốc vào xilanh của ống tiêm khi nhân viên y tế kéo pit-tông như Hình 6.1.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng định luật Boyle

Lời giải chi tiết :

- Ban đầu:

+ Thể tích khí trong xilanh (V₁) lớn.

+ Áp suất khí trong xilanh (p₁) bằng áp suất khí quyển (p₀).

- Khi kéo pit-tông:

+ Thể tích khí trong xilanh (V₂) giảm.

+ Theo định luật Boyle, áp suất khí trong xilanh (p₂) tăng.

+ Vì p₂ > p₀, áp suất khí trong xilanh lớn hơn áp suất khí quyển.

- Kết quả:

+ Thuốc (thể lỏng) bị đẩy từ lọ thuốc vào xilanh do chênh lệch áp suất.

+ Chênh lệch áp suất = p₂ - p₀

Câu hỏi:

Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn, thu thập số liệu T, V trong các lần đo. Từ đó:

- Vẽ đồ thị V theo T trong hệ trục toạ độ V - T, nhận xét dạng đồ thị.

- Rút ra mối liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Hướng dẫn giải :

Tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn

Lời giải chi tiết :

-

+ Đồ thị là một đường thẳng tỉ lệ thuận.

+ Khi T tăng, V tăng và ngược lại.

- Mối liên hệ giữa V và T:

+ V và T tỉ lệ thuận với nhau.

+ Tăng T, V tăng.

+ Giảm T, V giảm.

+ Tỉ số V/T luôn không đổi.

Câu hỏi:

Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy giải thích vì sao đường đẳng áp p₂ lại ở trên đường đẳng áp p₁ trong hình 6.7

Hướng dẫn giải :

Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí

Lời giải chi tiết :

- Nhiệt độ của hai đường đẳng áp là như nhau.

- Theo định luật Charles, V₂ > V₁ (V₂ và V₁ là thể tích tương ứng với p₂ và p₁).

- Do V₂ > V₁, mật độ phân tử trong trường hợp p₂ cao hơn.

- Với cùng nhiệt độ, mật độ phân tử cao hơn dẫn đến số lần va chạm và lực tổng hợp do va chạm lớn hơn.

Câu hỏi:

Cho một khối khí dẫn nở đẳng áp từ nhiệt độ t₁ = 32 °C đến nhiệt độ t₂ = 117 °C, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít. Xác định thể tích khối khí trước và sau khi dãn nở.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng định luật Charles

Lời giải chi tiết :

\[\frac{{{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow {V_1} = {T_1}\frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} = (32 + 273).\frac{{1,7}}{{117 + 273}} = 1,33l\]

Câu hỏi:

Hình nào dưới đây mô tả quá trình đẳng áp của một khối lượng khí xác định?

Hướng dẫn giải :

Đẳng áp thì p không đổi

Lời giải chi tiết :

Đáp án D

Câu hỏi:

Một khối khí xác định dãn nở đẳng nhiệt từ thể tích ban đầu 5 lít đến 12 lít thì áp suất khối khí đã giảm một lượng 80 kPa. Áp suất ban đầu của khối khí bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải :

Áp dụng định luật Boyle

Lời giải chi tiết :

\[{p_1}{V_1} = {p_2}{V_2} \Rightarrow {p_1} = \frac{{{p_2}{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{\left( {{p_1} - 80000} \right)12}}{5} \Rightarrow {p_1}\]

Câu hỏi:

Một mô hình áp kế khí (Hình 6P.1) gồm một bình cầu thủy tinh có thể tích 270 cm³ gắn với một ống nhỏ AB nằm ngang có tiết diện 0,1 cm². Trong ống có một giọt thủy ngân. Ở 0 °C giọt thủy ngân cách A 30 cm. Tính khoảng di chuyển của giọt thủy ngân khi hơ nóng bình cầu đến 10 °C. Coi thể tích bình là không đổi.

Hướng dẫn giải :

Áp dụng định luật Boyle và Charles

Lời giải chi tiết :

Ta có:

Trạng thái 1: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{T_1} = 273K}\\{{V_1} = 270 + 0,1.30 = 273c{m^3}}\end{array}} \right.\]

Trạng thái 2: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{T_2} = 10 + 273 = 283K}\\{{V_2} = ?}\end{array}} \right.\]

=> \(\begin{array}{l}\frac{{{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} \leftrightarrow \frac{{273}}{{273}} = \frac{{{V_2}}}{{283}}\\ \to {V_2} = 283c{m^3} = 273 + l{\rm{s}}\\ \to l = \frac{{283 - 273}}{{0,1}} = 100cm\end{array}\)

Câu hỏi:

Vào những ngày trời nắng nóng, nhiệt độ không khí ngoài sân là 42 °C, trong khi nhiệt độ không khí trong nhà là 27 °C. Xem áp suất không khí trong nhà và ngoài sân là như nhau. Khối lượng riêng của không khí trong nhà lớn hơn khối lượng riêng của không khí ngoài sân bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng phương trình khí lí tưởng

Lời giải chi tiết :

\[\begin{array}{l}\frac{{{P_1}.{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{P_2}.{V_2}}}{{{T_2}}}\\ \Rightarrow \frac{{{V_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{V_2}}}{{{T_2}}} \Rightarrow \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2}}} \Rightarrow \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \frac{{300}}{{315}}\end{array}\]

Mà D = m/V

\( \Rightarrow \frac{{{D_1}}}{{{D_2}}} = \frac{{{V_2}}}{{{V_1}}} = \frac{{315}}{{300}} = 1,05\)lần