Vật lí 12 Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ Giải Lý 12 Kết nối tri thức trang 48, 49, 50, 51

Giải bài tập SGK Vật lí 12 trang 48, 49, 50, 51 sách Kết nối tri thức với cuộc sống giúp các em học sinh lớp 12 xem gợi ý giải các câu hỏi Bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ thuộc Chương 2: Khí lí tưởng.

Soạn Lý 12 Kết nối tri thức Bài 12 các em sẽ biết cách trả lời toàn bộ các câu hỏi bài học này. Đồng thời, qua tài liệu này giúp quý thầy cô tham khảo để soạn giáo án cho học sinh của mình theo chương trình mới. Vậy mời thầy cô và các em cùng theo dõi bài viết dưới đây của Download.vn:

I. Áp suất khí theo mô hình động học phân tử

Hoạt động 1 trang 48

Tại sao có thể coi chuyển động của phân tử khí trước và sau khi va chạm với thành bình là chuyển động thẳng đều?

Lời giải:

Có thể coi chuyển động của phân tử khí trước và sau khi va chạm với thành bình là chuyển động thẳng đều vì:

- Khoảng thời gian va chạm rất ngắn: Khi va chạm với thành bình, phân tử khí chỉ tương tác với thành bình trong một khoảng thời gian rất ngắn, thường là nano giây hoặc pico giây. Trong khoảng thời gian này, lực tác dụng lên phân tử khí rất lớn, nhưng thời gian tác dụng quá ngắn nên không ảnh hưởng đáng kể đến vận tốc của phân tử.

- Chuyển động của phân tử khí giữa hai lần va chạm là chuyển động thẳng đều: Sau khi va chạm với thành bình, phân tử khí sẽ tiếp tục chuyển động theo đường thẳng với vận tốc không đổi cho đến khi va chạm với thành bình tiếp theo hoặc với một phân tử khí khác.

Hoạt động 2 trang 48

Hãy dựa vào tính chất trên của chuyển động phân tử để tính thời gian ∆t giữa hai va chạm liên tiếp của một phân tử lên thành bình ABCD theo l và v.

Từ đó dùng công thức tính xung lượng của lực trong thời gian At (đã học ở lớp 10) để chứng minh:

a) Lực do thành bình ABCD tác dụng lên một phân tử khí có giá trị là −mv^2/l, lực do một phần từ khí tác dụng lên thành bình ABCD có giá trị là +mv²/l

b) Áp suất do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD có giá trị là: \(P_m=\frac{m}{V}v^2\)với thể tích lượng khí V = P.

Lời giải:

Thời gian va chạm giữa hai lần va chạm liên tiếp của một phân tử:

\(Δt=\frac{s}{v}=\frac{2l}{v}\)

a) Lực do thành bình ABCD tác dụng lên một phân tử khí và lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD:

- Theo định luật III Newton, hai lực này có cùng độ lớn và ngược chiều nhau.

- Lực do thành bình ABCD tác dụng lên một phân tử khí được gọi là lực phản xạ.

- Lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD được gọi là áp suất.

b) Áp suất do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD:

Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích.

Lực do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD là

\(F=\frac{mv}{Δt}\)

Diện tích bị tác dụng là diện tích một cạnh của hình vuông ABCD, A = l2.

Do đó, áp suất do một phân tử khí tác dụng lên thành bình ABCD là:

Câu hỏi 1 trang 49

Hãy chứng tỏ hệ thức (12.1) phù hợp với định luật Boyle.

Lời giải:

Áp suất và thể tích của một lượng khí nhất định tỉ lệ nghịch với nhau khi nhiệt độ không đổi vì các mặt của hình lập phương là bình đẳng nên áp suất tác dụng lên các mặt như nhau

Câu hỏi 2 trang 49

Hệ thức (12.2) cho thấy áp suất chất khí tác dụng lên thành bình phụ thuộc vào mật độ phân tử và động năng trung bình của phân tử: Hãy giải thích tại sao.

Lời giải:

- Khi mật độ phân tử tăng, số lượng phân tử va chạm với thành bình trong một đơn vị thời gian tăng, dẫn đến áp suất tăng.

- Khi động năng trung bình tăng, lực va chạm của các phân tử khí với thành bình tăng, dẫn đến áp suất tăng.

II. Mối quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ

Hoạt động trang 49

Câu hỏi 1 trang 50

Hãy dùng các hệ thức (12.2) và (12.3) để giải thích tại sao áp suất trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

Lời giải:

Khi nhiệt độ tăng, động năng trung bình của các phân tử khí tăng theo. Do đó, lực va chạm của các phân tử khí với thành bình tăng, dẫn đến áp suất tăng.

Câu hỏi 2 trang 50

Không khí chứa chủ yếu các phân tử khí nitrogen, oxygen và carbon dioxide. Hãy so sánh khối lượng, tốc độ trung bình, động năng trung bình của các phân tử khí trên trong một phòng có nhiệt độ không đối.

Lời giải:

Khối lượng: N₂ > O₂ > CO₂

Tốc độ trung bình: CO₂> O₂ > N₂

Động năng trung bình: O₂ > N₂ > CO₂