Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí - Bài 3: Định luật Sác-lơ (Quá trình đẳng tích)

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí - Bài 3: Định luật Sác-lơ (Quá trình đẳng tích)

1. BÀI 3: ĐỊNH LUẬT SÁC – LƠ (Quá trình đẳng tích) I. TRỌNG TÂM KIẾN THỨC Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi. Nội dung định luật Sac – lơ: với thể tích không đổi, áp suất của một lượng khí nhất định biến thiên tuyến tính theo nhiệt độ của khí p p p Công thức: 1 2 hay const T1 T2 T Đường đẳng tích II. VÍ DỤ MINH HOẠ Ví dụ 1: Đun nóng một khối khí được đựng trong một bình kín làm cho nhiệt độ của nó tăng thêm 10C thì người ta thấy rằng áp suất của khối khí trong bình tăng thêm 1/360 lần áp suất ban đầu. Nhiệt độ ban đầu của khối khí bằng A. 1870C B. 3600C C. 2730C D. 870C Lời giải Gọi T0 là nhiệt độ ban đầu của khối khí T1 là nhiệt độ của khối khí sau khi tăng T1 T0 1 P0 là áp suất ban đầu của khối khí 1 p là áp suất của khối khí khi tăng nhiệt độ P P P 1 1 0 360 0 Vì bình kín nên quá trình xảy ra đối với khối khí đặt trong bình là quá trình đẳng tích. Vì vậy theo định luật Sác-lơ, ta có: 1 P0 P0 P1 360 P0  suy ra T0 360K hay t0 360 273 87 C T1 T0 1 T0 P P Chú ý: Khi áp dụng công thức 1 2 chú ý đổi nhiệt độ giữa độ K và độ 0C T t 273 T1 T2 Đáp án D Ví dụ 2: Một bình thép chứa khí ở 27 0C dưới áp suất 6,3.10 -5Pa, làm lạnh bình tới nhiệt độ -73 0C thì áp suất của khí trong bình là bao nhiêu? A. 6,3.10-5PaB.17,03.10 -5Pa C. 4,2.10-5PaD.9,45.10 -5Pa Lời giải p1 p2 T2.p1 5 p2 4,2.10 Pa T1 T2 T1 Đáp án C
2. Ví dụ 3 : Một bình được nạp khí ở 33 0C dưới áp suất 300 Pa. Sau đó bình được chuyển đến một nơi có nhiệt độ 370C. Tính độ tăng áp suất của khí trong bình. A. 303,9Pa B. 3,9 Pa C. 336,4Pa D. 36,4.10-5Pa Lời giải p1 p2 T2.p1 p2 303,9Pa p p2 p1 3,9Pa T1 T2 T1 Đáp án B Ví dụ 4 : Một bình thép chứa khí ở 7 0C dưới áp suất 4atm. Nhiệt độ của khí trong bình là bao nhiêu khi áp suất khí tăng thêm 0,5atm A. 280 K B. 70C C. 315 K D. 54K Lời giải p1 p2 T1.p2 280.4,5 T2 315K T1 T2 p1 4 Chú ý: Chú ý đổi nhiệt độ giữa độ K và độ 0C T t 273 Đáp án C Ví dụ 5 : Van an toàn của một nồi áp suất sẽ mở khi áp suất nồi bằng 9 atm. Ở 20 0C, hơi trong nồi có áp suất 1,5atm. Hỏi ở nhiệt độ nào thì van an toàn sẽ mở A. 1958 K B. 120 K C. 1200C D. 1800C Lời giải p1 p2 T1.p2 T2 1758K T1 T2 p1 Chú ý: Chú ý đổi nhiệt độ giữa độ K và độ 0C T t 273 Đáp án A Ví dụ 6: khí trong bình kín có nhiệt độ là bao nhiêu biết khi áp suất tăng 2 lần thì nhiệt độ trong bình tăng thêm 313 K, thể tích không đổi. A. 3130C B. 400C C. 156,5 K D. 40 K Lời giải p1 p2 T2  p1 T1 313 , p1  T1 313K t 40 C T1 T2 p2 2 p1 Đáp án B III. BÀI TẬP RÈN LUYỆN KỸ NĂNG Câu 1: Trong hệ toạ độ (P, T) đường biểu diễn nào sau đây là đường đẳng tích? A. đường hypebol B. Đường thẳng nếu kéo dài thì đi qua gốc toạ độ C. Đường thẳng nếu kéo dài thì không đi qua gốc toạ độ D. Đường thẳng cắt trục áp suất tại điểm p p0 Câu 2: Quá trình nào sau đây có thể xem là quá trình đẳng tích? A. Đun nóng khí trong 1 bình hở B. không khí trong quả bóng bị phơi nắng, nóng lên làm bong bóng căng ra (to hơn). C. Đun nóng khí trong 1 xilanh, khí nở đẩy pit tông di chuyển lên trên. D. Đun nóng khí trong 1 bình đậy kín.
3. Câu 3: Biểu thức nào sau đây không phù hợp với định luật Sác – lơ p p 1 2 A. p ~ T B. T1 T2 C. p ~ t D. p1T2 p2T1 Câu 4: Công thức nào sau đây liên quan đến quá trình đẳng tích? P A. hằng sốB. PT PT T 1 1 2 2 P V C. hằng số D. hằng số V T Câu 5: Định luật Sác – lơ được áp dụng gần đúng A. với khí lí tưởng B. với khí thực C. ở nhiệt độ, áp suất khí thông thường D. với mọi trường hợp Câu 6: Biết áp suất của khí trơ trong bóng đèn tăng 1,5 lần khi đèn cháy sáng so với tắt. Biết nhiệt độ đèn khí tắt là 270C. Hỏi nhiệt độ đèn khi cháy sáng bình thường là bao nhiêu A. 1770C B. 420 K C. 300 K D. 140,50C Câu 7: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 15 lít đến 11,5 lít thì áp suất tăng thêm 1 lượng 3,5kPa. Hỏi áp suất ban đầu của khí là bao nhiêu? A. 2683Pa B. 11500Pa C. 3500Pa D. 4565Pa Câu 8 : Khi đun nóng khí trong bình kín thêm 20 0C thì áp suất khí tăng thêm 1/20 áp suất ban đầu. Tìm nhiệt độ ban đầu của khí A. 4000C B. 293K C. 400K D. 2930C Câu 9 : Đun nóng đẳng tích một lượng khí lên 25 0C thì áp suất tăng thêm 12,5% so với áp suất ban đầu. Tìm nhiệt độ ban đầu của khối khí A. 2000C B. 312,5K C. 312,50C D. 200K Câu 10 : Áp suất của một khối khí trong một chiếc săm xe đạp khi ở 20 0C là 105Pa. Nếu để xe đạp ở ngoài trời nắng có nhiệt độ 400C thì áp suất của khối khí trong chiếc săm đó sẽ bằng bao nhiêu, nếu giả sử rằng thể tích của chiếc săm đó thay đổi không đáng kể A. 0,5.105Pa B. 1,068.105Pa C. 2.105Pa D. 1,68.105Pa Câu 11: Một bình thuỷ tinh chứa không khí được nút bằng một chai có trọng lượng không đáng kể, nút có tiết diện s 1,5cm2 . Ban đầu chai được đặt ở nhiệt độ 27 0C và áp suất của khối khí trong chai bằng 5 0 với áp suất khí quyển ( P0 1,013.10 Pa ). Khi đặt bình thuỷ tinhh đó ở nhiệt độ 47 C thì áp suất của khối khí trong bình là A. 1,76.105Pa B. 0,582.105Pa C. 1,08.105Pa D. 1,18.105Pa Câu 12: Một bình thuỷ tinh chứa không khí được nút bằng một chai có trọng lượng không đáng kể, nút có tiết diện s 1,5cm2 . Ban đầu chai được đặt ở nhiệt độ 27 0C và áp suất của khối khí trong chai bằng 5 với áp suất khí quyển ( P0 1,013.10 Pa ). Hãy tìm nhiệt độ lớn nhấ mà khi đặt bình thuỷ tinh ở đó nút vẫn không bị đẩy lên. Cho gia tốc trọng trường g 10m / s2
4. A. 596,150C B. 296,15K C. 323,150C D. 569,15K Câu 13: Một bình thuỷ tinh chứa không khí được đậy kín bằng một nút có khối lượng m. Tiết diện của miệng bình là s 1,5cm2 . Khi ở nhiệt độ phòng (270C) người ta xác định được áp suất của khối khi trong bình bằng với áp suất khí quyển và bằng 1atm. Đun nóng bình tới nhiệt độ 87 0C thì người ta thấy nút bị đẩy lên. Tính khối lượng m của nút, cho gia tốc trọng trường g 10m / s2 A. 1,82kg B. 1,26kg C. 0,304kg D. 0,54kg Câu 14: Một bóng đèn dây tóc có thể tích 0,2dm3 chứa đầy khí trơ. Khi ở nhiệt độ 27 0C áp suất của khí trong đèn là 1,5atm. Khi đèn hoạt động nhiệt độ của bóng đèn đạt tới 327 0C . Hãy tính áp suất của khối khí trong bóng đè khi đèn hoạt động. A. 3atm B. 0,75atm C. 8,07atm D. 4,75atm Câu 15: Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ, khi đèn sáng nhiệt độ của bóng đèn là 400 0C, áp suất trong bóng đèn bằng áp suất khí quyển 1atm. Tính áp suất khí trong bóng đèn khi đèn chưa sáng ở 220C A. 4,4atm B. 0,055atm C. 2,28atm D. 0,44atm Câu 16: Đun nóng đẳng tích một khối khí lên 20 0C thì áp suất khí tăng thêm 1/40 áp suất khí ban đầu. tìm nhiệt độ ban đầu của khí A. 5270C B. 8000C C. 293K D. 800k 0 0 Câu 17: Nếu nhiệt độ khí trơ trong bóng đèn tăng từ nhiệt độ t1 15 C đến nhiệt độ t2 300 C thì áp suất khí trơ tăng lên bao nhiêu lần? A. 20 B. 0,50 C. 1,99 D. 0,05 Câu 18: Ở nhiệt độ 2730C thể tích của một lượng khí là 12 lít. Tính thể tích lượng khí đó ở 546 0C khi áp suất đó không đổi A. 12 lít B. 24 lít C. 18 lít D. 6 lít Câu 19: Chọn biểu thức của định luật Saclo A. p p0 (1  t) B. p p0 (1  t) C. p0 p(1  t) D. p0 p(1  t) Câu 20: Hãy chọn câu đúng. Khi làm nóng một lượng khí có thể tích không đổi thì: A. Áp suất khí không đổi B. số phân tử khí trong một đơn vị thể tích không đổi C. Số phân tử trong đơn vị thể tích tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ D. Số phân tử trong đơn vị thể tích giảm tỉ lệ nghịch với nhiệt độ ĐÁP ÁN 1.B 2.D 3.C 4.A 5.B 6.A 7.B 8.C 9.D 10.B 11.C 12.C 13.C 14.A 15.D 16.A 17.C 18.C 19.A 20.B HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án B Trong hệ toạ độ (P,T) đường thẳng nếu kéo dài thì đi qua gốc toạ độ là đường đẳng tích Câu 2: Đáp án D Đun nóng khí trong 1 bình đậy kín có thể xem là quá trình đẳng tích Câu 3: Đáp án C
5. Biểu thức không phù hợp với định luật Sác – lơ p ~ t Câu 4: Đáp án A Công thức liên quan đến quá trình đẳng tích P hằng số T Câu 5: Đáp án B Định luật Sác lơ chỉ được áp dụng gần đúng với khí thực Câu 6: Đáp án A Đèn kín quá trình đẳng tích Ts  pt  Tt 1,5Ts 450K tt 177 C ps Câu 7: Đáp án B p1 p V2 p1V1 p2V2 p1 11500Pa V1 Câu 8: Đáp án C p p T  p T 20  p T 20 1 2 T 2 1 1 1 1 400K T T 1 p 1 1 1 2 2 p p 1 1 20 1 20 Câu 9: Đáp án D p1 p2 T2 , p1 T1 25  p1 T1 25 T1 200K T1 T2 p2 p1 0,125, p1 1,125 Câu 10: Đáp án B Xét khối khí bên trong chiếc săm Gọi p0 là áp suất của khối khí khi ở nhiệt độ  5 T0 20 P0 10 Pa Gọi P là áp suất của khối khí khi nó được đặt ở nhiệt độ 400C Vì thể tích của khối khí không đổi, nên theo định luật Saclo, ta co P0 P T 273 40 5 s P P0 10 P 1,068.10 Pa T0 T T0 273 20 Câu 11: Đáp án C Gọi P là áp suất của khối khí ở nhiệt độ T 470 C Vì bình thuỷ tinh được nút kín, nên thể tích của khối lượng trong bình là không thay đổi. Do đó áp dụng định luật Saclo, ta có P0 P T 273 47 5 5 P P0 .1,013.10 P 1,08.10 Pa T0 T T0 273 27 Câu 12: Đáp án C Gọi Tmax là nhiệt độ lớn nhất mà khi đặt bình thuỷ tinh trong đó mà nút vẫn chưa bị đẩy lene Pmax là áp suất của khối khí trong bình tương ứng khi ở nhiệt độ Tmax P P Cũng theo định luật Sác – lơ, ta có: 0 max (1) T0 Tmax
6. Khi nút bắt đầu bị đẩy lên, ta có: Pmax S FmS P0S F 15 P P ma 1,013.105 max 0 S 1,5.10 4 5 Pmax 2,013.10 Pa Thay Pmax vào phương trình (1), ta thu được 5 Pmax 2,01310 Tmax T0 5 (273 27) P0 1,013.10  Tmax 596,15K 323,15 C Câu 13: Đáp án C Gọi P0 và T0 lần lượt là áp suất và nhiệt độ ban đầu của khối khí trong bình 5 P0 1atm 1,013.10 Pa  T0 27 C 300K Gọi P và T lần lượt là áp suất và nhiệt độ của khối khí trong bình khi nút bắt đầu bị đẩy lên T 87 C 360K Vì thể tích của khối khí là không thay đổi ngay trước khi nút bị đẩy lên, do đó theo định luật Sác – lơ, ta có: P P P 1,013105 0 P 0 T 360 P 1,2156.105 Pa T T0 T0 300 khi nút bắt đầu bị đẩy lên, ta có: PS mg P0S P P S (1,2156 1,013)105 m 0 1,510 4 g 10 m 0,304kg Câu 14: Đáp án A Do thể tích của khối khí bên trong đèn là không đổi, do đó theo định luật Sác – lơ, ta có: P P P 1,5 0 P 0 T (273 327) P 3atm T0 T T0 (273 27) Câu 15: Đáp án D Trạng thái 1 Trạng thái 2 T1 295K;T2 673K P1 ? P2 1atm p1 p2 Theo định luật Sac lơ: p1 0,44atm T1 T2 Câu 16: Đáp án A - Gọi p 1,T1 là áp suất và nhiệt độ của khí lúc đầu - Gọi p 2 ,T2 là áp suất và nhiệt độ khí lúc sau p1 p2 p1 T2 Theo định luật Sác – lơ: T1 T1 T2 p2 1 Với p p p ;T T 20 2 1 40 1 2 1
7. p1  T1 20  T1 800K t1 527 C 41p1 40 Câu 17: Đáp án C Trạng thái 1: T1 288K; p1 Trạng thái 2: T2 573; p2 kp1 Vì quá trình là đẳng tích, nên ta áp dụng định luật Sác – lơ cho hai trạng thái khí (1) và (2) p1T2 p2T1 573p1 288.kp1 k 1,99 Vậy áp suất sau khi biến đổi gấp 1,99 lần áp suất ban đầu Câu 18: Đáp án C V V Ta có 1 2 T1 T2 T2 V2 V1 18lit T1 Câu 19 : Đáp án A Biểu thức của định luật Sác –lơ p p0 (1  t) Câu 20 : Đáp án B Khi làm nóng một lượng khí có thể tích không đổi thì : số phân tử khí trong một đơn vị thể tích không đổi.