Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí - Bài 4: Phương trình trạng thái lí tưởng

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí - Bài 4: Phương trình trạng thái lí tưởng

1. BÀI 4: PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI LÍ TƯỞNG I. TRỌNG TÂM KIẾN THỨC Phương trình trạng thái của khí lí tưởng (phương trình cla-pê-rôn) p1 p2 p1 T2 T1 T1 T2 p2 Quá trình đẳng áp: Quá trình biến đổi trạng thái của chất khí khi áp suất không đổi. Định luật Gay-luy-sắc: Dưới áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. V V V 1 2 const T1 T2 T Trong đó: P là áp suất khí, V là thể tích khí, T tC 273 (nhiệt độ khí (K) Đưởng đẳng áp: Phương trình Cla-pê-rôn –men-đê-lê-ép pV m nR hay pV nRT RT với R 8,31J / mol . K là hằng số khí lí tưởng T  II. VÍ DỤ MINH HOA Ví dụ 1: Một quả bóng có thể tích 2 lít, chứa khí ở 27 0C có áp suất 1 at. Người ta nung nóng quả bóng đến nhiệt độ 570C đồng thời giảm thể tích còn 1 lít. Áp suất lúc sau là bao nhiêu? A. 2,2atm B. 0,47atm C. 2,1atmD.0,94atm Lời giải: T2  p1 V1 p2 2,2at T1 V2 Chú ý: Đổi nhiệt độ về độ K Đáp án A 0 Ví dụ 2: Một lượng khí H2 đựng trong bình có V1 2lit ở áp suất 1,5att, t1 27 C . Đun nóng khí đến 0 t2 127 C do bình hở nên một nửa lượng khí thoát ra ngoài. Tính áp suất khí trong bình. A. 3 atm B. 7,05 atm C. 4 atm D. 2,25 atm Lời giải T2.p1.V1 p2 7,05at T1.V2 Đáp án B Ví dụ 3: Ở 27 0C thể tích của một lượng khí là 6 lít. Thể tích của lượng khí đó ở nhiệt độ 227 0C khí áp suất không đổi là bao nhiêu? A. 3,6 lít B. 20 lít C. 28,2 lít D. 10 lít Lời giải
2. V1 V2 T2.V1 V2 10lit T1 T2 T1 Đáp án D Ví dụ 4: Một lượng khí đựng trong xilanh có pittông chuyển động được. Các thông số của lượng khí: 1,5atm, 13,5 lít, 300 K. Khi pit tông bị nén, áp suất tăng lên 3,7 atm, thể tích giảm còn 10 lít. Xác định nhiệt độ khi nén A. 548,10C B. 275,10C C. 2730CD. 450 K Lời giải p2.V2.T1  T2 548,1K 275,1 C p1.V1 Đáp án B Ví dụ 5: Trong xilanh của một động cơ đốt trong có 2 dm 3 hỗn hợp khí dưới áp suất 1 atm và nhiệt độ 470C. Pit tông nén xuống làm cho thể tích của hỗn hợp khí chỉ còn 0,2dm 3 và áp suất tăng lên 15 atm. Tính nhiệt độ của hỗn hợp khí nén A. 4800C B. 4700C C. 480 K D. 470 K Lời giải p2 V2 T1 T2 480K p1 V1 Đáp án C Ví dụ 6: Người ta bơm khí ôxi ở điều kiện chuẩn và một bình có thể tích 500 lít. Sau nửa giờ bình chứa đầy khí ở nhiệt độ 24 0C và áp suất 765 mmHg. Xác định khối lượng khí bơm vào sau mỗi giây. Coi quá trình bơm diễn ra 1 cách đều đặn. A. 3,3 mg B. 1,29 kg C. 3,3 kg D. 1,29 mg Lời giải 3 Ở điều kiện chuẩn p1 760mmHg, 1 1,29kg / m m m V1 ;V2 1 2 T2.p1.V1 1.T1.p2 V2 2 T1.p2 T2 p1 1.T1.p2 m V2  là khối lượng khí bơm vào bình sau nửa giờ. T2.p1 m khối lượng bơm vào sau mỗi giây: m 3,3.10 3 kg / s 1800 Đáp án A III. BÀI TẬP RÈN LUYỆN KỸ NĂNG Câu 1: Phát biểu nào sau đây là phù hợp với định luật Gay Luy xắc? A. Trong mọi quá trình thể tích một lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối. B. Trong quá trình đẳng áp, thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. C. Trong quá trình đẳng tích, thể tích tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối. D. Trong quá trình đẳng áp, thể tích một lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối. Câu 2: Công thức nào sau đây không liên quan đến các đẳng quá trình đã h ọc
3. P A. hằng số B. PV PV T 1 1 2 2 VT V C. hằng số D. hằng số P T Câu 3: Phương trình nào sau đây là phương trình trạng thái của khí lí tưởng? PV PT A. hằng số B. hằng số T V VT PV PV C. hằng số D. 1 2 2 1 P T1 T2 Câu 4: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định thì A. thể tích tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối B. thể tích tỉ lệ nghịch với áp suất. C. thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. D. thể tích tỉ lệ thuận với áp suất. Câu 5: phương trình trạng thái khí lí tưởng cho biết mỗi liên hệ nào sau đây: A. nhiệt độ và áp suất B. nhiệt độ và thể tích C. thể tích và áp suất D. nhiệt độ, thể tích và áp suất. Câu 6: Biếu thức đúng của phương trình trạng thái khí lí tưởng là: p V p V p p A. 1 1 2 2 B. 1 2 T1 T2 V2 V1 p1 p2 C. D. p1V1 =p2V2 T1 T2 Câu 7: Đồ thị nào sau đây phù hợp với quá trình đẳng áp? A. B. C. D. Câu 8: Cho một lượng khí lí tưởng dãn nở đẳng áp thì A. nhiệt độ của khí giảm B. nhiệt độ của khí không đổi. C. thể tích của khí tăng, tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
4. D. thể tích của khí tăng, tỉ lệ thuận với nhiệt độ Celsius. V Câu 9: Công thức =const áp dụng cho quá trình biến đôi trạng thái nào của một khối khí xác định? T A. Quá trình bất kì B. Quá trình đẳng nhiệt C. Quá trình đẳng tích D. Quá trình đẳng áp Câu 10: Trong hệ toạ độ V ,T đường biểu diễn nào sau đây là đường đẳng áp? A. Đường thẳng song song với trục hoành B. Đường thẳng song song với trục tung. C. Đường hypebol D. Đường thẳng kéo dài đi qua góc toạ độ. Câu 11: Hằng số khí lí tưởng R có giá trị bằng A. 0,083 at.lit/mol.K B. 8,31 J/mol K C. 0,081 atm.lit/mol.K D. cả 3 đều đúng Câu 12: trong quá trình đẳng áp, khối lượng riêng của khí và nhiệt độ tuyệt đối có công thức liên hệ: D T D T A. 1 2 B. 1 1 D2 T1 D2 T2 D D C. 1 2 D. Cả A, B, C đều đúng T1 T1 Câu 13: Hệ thức nào sau đây không phù hợp với phương trình trạng thái của khí lí tưởng? PV PV PV A. hằng số B. 1 1 2 2 T T1 T2 PT C. PV ~ T D. hằng số V Câu 14: Trong quá trình nào sau đây, cả ba thông số trạng thái của một lượng khí xác định đều thay đổi? A. Không khí bị nung nóng trong một bình đậy kín. B. Không khí trong một xilanh được nung nóng, dãn nở và đẩy pit tông dịch chuyển. C. Không khi trong một quả bóng bàn bị học sinh dùng tay bóp bẹp. D. Trong cả ba hiện tượng trên. Câu 15: Hệ thức nào sau đây không phù hợp với quá trình đẳng áp? V 1 A. hằng số B. V ~ T T V V C.V ~ T D. 1 2 T1 T2 Câu 16: Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế được 0,4 lít khí H2 ở điều kiện tiêu chuẩn  0 P0 1atm,T0 27 C . Hỏi thể tích của lượng khí trên ở áp suất 0,5 atm và nhiệt độ 17 C bằng bao nhiêu? A. 0,77 lít B. 0,83 lít C. 0,5 lít D. 1,27 lít Câu 17: Một xilanh của một động cơ có thể tích 1 dm3 chứa hỗn hợp khí ở nhiệt độ 470C và áp suất 1atm. Khi động cơ hoạt động, pittong nén xuống làm cho thể tích của hỗn hợp khí trong xilanh chỉ còn 0,2dm 3 và áp suất tron xilanh tăng lên tới 15 atm. Hãy tính nhiệt độ của hỗn hợp khí trong xilanh khi động cơ hoạt động. A. 9600C B. 1410C C. 6870C C. 4140C
5. Câu 18: Trong xilanh của một động cơ có chứa một lượng khí ở nhiệt độ 47 0C và áp suất 0,7 atm.Sau khi bị nén thể tích của khí giảm đi 5 lần và áp suất tăng lên tới 8 atm. Tính nhiệt độ của khí ở cuối quá trình nén? A. 7310C B. 320 K C. 3200C D. 731K Câu 19: Tính khối lượng riêng của không khí ở 100 0C, áp suất 2.105Pa. Biết khối lượng riêng của không khí ở 00C, áp suất 1.105Pa là 1,29kg/m3? A. 1,85kg/m3 B.1,29 kg/m3 C. 0,129 kg/m3 D. 0,185 kg/m3 Câu 20: Nếu thể tích của một lượng khí giảm đi 1/10, áp suất tăng 1/5 và nhiệt độ tăng thêm 16 0C so với ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu của khí. A. 300 K B. 216 K C. 200 K D. 289 K Câu 21: Pit tông của một máy nén, sau mỗi lần nén đưa được 4 lít khí ở nhiệt độ 27 0C và áp suất 1 atm vào bình chứa khi ở thể tích 2 m3. Tính áp suất của khí trong bình khi pit tông đã thực hiện 1000 lần nén. Biết nhiệt độ trung bình là 420C A. 1 atm B. 2,1 atm C. 4 atm D. 2 atm Câu 22: Trong xilanh của một động cơ đốt trong có 2 dm 3 hỗn hợp khí dưới áp suất 1 atm và nhiệt độ 470C. Pit tông nén xuống làm cho thể tích của hỗn hợp khí chỉ còn 0,2dm 3 và áp suất tăng lên tới 15atm. Tính nhiệt độ hỗn hợp khí nén. A. 4800C B. 320 K C. 2070C D. 4700C Câu 23: Nén 10 lít khí ở nhiệt độ 27 0C để cho thể tích của nó chỉ là 4 lít, vì nén nhanh khí bị nóng lên đến 600C. Hỏi áp suất của khí tăng lên bao nhiêu lần? A. 2,7 B. 3,5 B. 2,22 D. 2,78 Câu 24: Một quả bóng có thể tích 200 lít ở nhiệt độ 280C trên mặt đất. Bóng được thả bay lên đến độ cao mà ở đó áp suất khí quyển chỉ còn 0,55 lần áp suất khí quyển ở mặt đất và có nhiệt độ 5 0C. Tính thể tích của quả bóng ở độ cao đó (bỏ qua áp suất phụ gây ra bởi vỏ bóng). A. 340,7 lít B. 35,71 lít C. 1120 lít D. 184,7 lít Câu 25: Tính khối lượng của không khí ở 800C và áp suất 2,5.105Pa. Biết khối lượng riêng của không khí ở 00C và áp suất 1,01.105Pa là 1,29kg/m3 A. 2 kg/m3 B. 2,5 kg/m3 C. 1,29 kg/m3 D.0,998 kg/m3 ĐÁP ÁN 1.B 2.C 3.A 4.C 5.D 6.A 7.D 8.C 9.D 10.D 11.B 12.A 13.D 14.B 15.B 16.A 17.C 18.D 19.A 20.C 21.B 22.C 23.D 24.A 25.B HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 12: Đáp án A V V m m 1 2 ; D V T T V D 1 2 m m D T 1 2 D1T1 D2T2 D2 T1 Câu 13: Đáp án D Câu 14: Đáp án B
6. Câu 15: Đáp án B Câu 16: Đáp án A Gọi P0, ,V0 ,T0 lần lượt là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí ở trạng thái ban đầu  P0 1atm;V0 0,4lit;T0 27 C 300K Gọi P1,V1,T1 lần lượt là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí ở trạng thái sau:  P1 0,75 atm; T1 17 C 290K Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng ta có: P0V0 P1V1 T1 P0 290 1 V1 V0  0,4 0,77 lit T0 T1 T0 P1 300 0,5 Câu 17: Đáp án C Gọi P0, ,V0 ,T0 lần lượt là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí trong xilanh ở trạng thái ban đầu 3  P0 1atm;V0 1dm ;T0 47 C 320K Gọi P1,V1,T1 lần lượt là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí trong xilanh khi động cơ hoạt động. 3 P1 15atm;V1 0,2dm Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng, ta có: PV PV 0 0 1 1 T0 T1 P1 V1 15 0,2 T1 Te  .320 P0 V0 1 1  T1 960K 687 C Câu 18: Đáp án D TT1 P1 0,7atm V1 T1 320K TT2 P2 8atm V2 V1 / 5 T2 ? áp dụng PTTT khí lí tưởng p1V1 p2V2 8V1 320 ta có: T2 731K T1 T2 5.0,7V1 Câu 19: Đáp án A 5 ở điều kiện chuẩn, nhiệt độ T0 273K áp suấ p0 1,01.10 Pa m 1 3 1kg không khí có thể tích là : V0 0,78m 0 1,29 5 ở điều kiên T2 373K , áp suất p2 2.10 Pa , 1kg không khí có thể tích V2 p .V p .V áp dụng phương trình trạng thái : 0 0 2 2 T0 T2
7. p0.V0.T2 3 V2 0,54m T0.p2 Vậy khối lượng riêng không khí ở điều kiện này là 1 p 1,85kg / m3 2 0,54 Câu 20 : Đáp án C TT1 : p1,V1,T1 TT2 : p2 1,2 p1,V2 0,9V1,T2 T1 16 Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng p1V1 p2 V2 T1 200K T1 T2 Câu 21 : Đáp án B TT1 TT2 P1 10 atm P2 ? 3 V1 nV 1000.4 4000l V2 2m 2000l T1 300K T2 315K Ap dụng phương trình trạng thái : p1V1 p2 V2 p2 2,1atm T1 T2 Câu 22 : Đáp án C TT1 TT2 P1 1atm P2 15atm 3 3 V1 2dm V2 0,2dm T1 320K T2 ? Ap dụng phương trình trạng thái : p1V1 p2.V2  T2 480K t2 207 C T1 T2 Câu 23 : Đáp án D p V p V p T V 1 1 2 2 2 2 1 2,78lần T1 T2 p1 V2 T1 Câu 24 : Đáp àn A T2 p1V1 V2 340,7 T1 p2 Cầu 25 : Đáp án B T2 p1V1 m T2 , p1m 3 V2 2 2,5kg / m T1 p2 2 1.T1.p2 IV. MỘT SÓ BÀI TẬP NÂNG CAO Bài 1 : Một pit tông có trọng lượng đáng kể ở vị trí cân bằng trong một bình hình trụ kín. Phía trên và phía dưới pit tông có khí, khối lượng và nhiệt độ của khí ở trên và dưới pit tông là như nhau. Ở nhiệt độ
8. T thể tích khí ở phần trên gấp 3 lần thể tích khí ở phần dưới. Nếu tăng nhiệt độ lên 2T thì tỉ số hai thể tích ấy là bao nhiêu A. 1,87 B. 1,78 C. 3 D. 2 Lời giải : Gọi p0 là áp suất của khí ở phía trên pit tông, áp suất của khí ở phía dưới pit tông sẽ là p0 K , trong đó K là phần áp suất tạo nên do trọng lực của pit tông. Vì khối lượng khí ở trên và ở dưới pit tông bằng nhau nên ta có: p 3V p K V 0 0 0 0 T T Từ đây rút ra K 2 p0 Gọi V1,Vd lần lượt là thể tích khí ở trên và ở dưới pit tông, p là áp suất của khí ở trên pit tông khi nhiệt p K p 2 p độ bằng 2T , khi đó áp suất khí ở dưới pit tông sẽ là 0 Viết phương trình trạng thái cho lượng khí ở trên pit tông và cho lượng khí ở dưới pit tông ta có hai phương trình sau đây pV p 3V 6 p t 0 0 hay là V 0 V 2T T t p 0 p 2 p0 Vd 3p0V0 6 p0 hay là Vd V0 2T T P 2P0 6 p0 6 p0 Chú ý rằng Vt Vd 3V0 V0 4V0 , ta sẽ có: 4 p p 2 p0 2 2 Từ đây suy ra p p0 p 3p0 0 1 Giải phương trình bậc hai đối với P , ta có hai nghiệm: p p 13p 2 0 0 1 Ta loại bỏ nghiệm âm và chọn nghiệm dương p p 13 p 2,30 p 2 0 0 0 Bây giờ có thể tính được tỉ số thể tích khí trên và dưới pit tông: V p 2 p 4,30 t 0 1,87 Vd p 2,30 Bài 2: Khinh khí cầu gồm một quả bóng hở ở phía dưới qua ống B. Dưới quả bóng treo một cái lẵng L để chở người và những vật dụng cần thiết. Người ta đốt nóng không khí ở miệng ống B , không khí nóng đi vào quả bóng làm cho nhiệt độ T của không khí trong quả bóng lớn hơn nhiệt độ T, của khí quyển bên
9. ngoài. Nhờ đó mà khinh khí cầu bay lên và đứng cân bằng ở độ cao h. Nếu tăng cường sự đốt nóng làm cho nhiệt độ của không khí trong quả bóng tăng lên và bằng T t thì khinh khí cầu lên cao thêm h . Tính h . Biết rằng nhiệt độ không khí coi như đồng đều và bằng 15 0C, nhiệt độ ban đầu của không khí trong quả bóng là 550C và độ tăng nhiệt độ T 0,1K 0,1 C A. 1,87km B. 18,5m C. 273m D. 100m Lời giải: Quả bóng của khinh khí cầu hở, như vậy áp suất không khí trong bóng bằng áp suất khí quyển bên ngoài. Kí hiệu p và p0 lần lượt là khối lượng riêng của không khí trong và ngoài quả bóng. Ở độ cao h: p0 p0 p p0 ,T0 (1) RT0 p  p p p ,T 0 (2) 0 RT  là khối lượng mol của không khí, V là dung tích quả bóng. Phương trình cho sự cân bằng của khinh khí cầu ở độ cao h là: v p0 p g Mg (3) M là khối lượng của khinh khí cầu và các vật mang theo (không kể khí trong quả bóng). Bỏ qua thể tích của vỏ bóng và các vật mang theo so với V ở độ cao h h , áp suất khí quyển là: p0 p0 p0 p0 g t (4) khối lượng riêng của không khí ở ngoài quả bóng là: p p0  p p0 (5) RT0 p p  ở trong quả bóng là: p p 0 (6) 0 R(T T ) phương trình cân bằng là : V p0 p0 p p g Mg (7) đối chiếu (7) với (3) có thể rút ra : p0 p (8) đó là điều kiện cân bằng dưới dạng đơn giản nhất, ở độ ca h h
10.  đối chiếu (1) và (5), ta có : p0 p0 (9) RT0 đối chiếu (2) và (6) và chú ý rằng T = T , bỏ qua T so với T , ta có :  p p  p 0 0 T (10) RT RT 2 Thay các biểu thức trên của p0 và p vào (8) và chú ý rằng p0 p0 g h trong đó p0 cho bởi (1) RT 2 T 8,31(288)2 0,1 h 0 18,5m gT T T0 0,029.9,8.328.40 Ghi chú : dùng phép tính vi phân tử (1) có thể tìm ngay được (9) và từ (2) tìm ngay được (10). Đáp án B 0 Bài 3 : Một bình chứa ôxi O2 nén ở áp suất p1 15MPa và nhiệt độ t1 35 C có khối lượng (bình và 0 khí) M1 50kg . Dùng khí một thời gian, áp kế chỉ p2 5MPa và nhiệt độ t2 7 C , khối lượng của bình và khí M 2 49kg . Hỏi còn bao nhiêu kg khí trong bình ? Tính thể tích V của bình A. 0,58kg ; 8,4l B. 0,85kg ;4,8l C. 5kg ;7l D. 3,7kg; 15l Lời giải: Gọi m1 và m2 lần lượt là khối lượng ôxi trong bình nước và sau khi dùng: m p p p T 1 1 : 2 1  2 2,71 m2 T1 T2 P2 T1 Mặt khác m1 m2 1kg suy ra m2 0,58kg;V 8,41 Ghi chú: khi giải bài này ta đã coi khí ôxi ở áp suất 150 atm vẫn là lí tưởng, vì thế kết quả chỉ gần đúng (sai lệch có thể đến cỡ 5%) Đáp án A Bài 4: Một tàu ngầm lặn ở độ sâu 40m trong nước. Người ta mở một bình chứa không khí dung tích 500l, áp suất 10 Mpa, nhiệt độ 27 0C, để đẩy nước ra khỏi thùng chứa nước của tàu. Tính thể tích nước bị đẩy ra, biết rằng sau khi giãn, nhiệt độ của không khí là30C A. 27m3 B. 8,7m3 C. 2,7m3 D. 87m3 Lời giải: Ký hiệu 1 và 2 lần lượt là chỉ số trạng thái của khí trước và sau khi mở bình V2 p1 T2 10 276 Ta có:   18,4;V2 92001 V1 p2 T1 0,5 300 Thể tích nước: V2 V1 8700l Đáp ánB Bài 5: Để đo khối lượng nước trong các giọt sương mù trong không khí, người ta cho không khí chứa sương mù vào trong một cái bình kín có thành trong suốt dưới áp suất 100 kPa và nhiệt độ 00C. Làm nóng khí chậm đến 820C thì sương mù chứa trong 1m3 không khí A. 180g B. 350g C. 100g D. 305g Lời giải: Áp suất riêng phần p' cuả không khí ở 820C (355K) là (bỏ qua thể tích của sương mù): 355 p 100kPa 130kPa 273
11. Áp suất riêng phần của hơi nước ở 820C là: p" 180 130 50kPa Khối lượng của hơi nước (tức là của sương mù trong 1m3 không khí): pV 50.103 1000 m  18. 305g RT 8,31.355 Đáp án D Bài 6: Có hai túi hình trụ dài, bán kính r và chiều dài L r . Túi làm bằng vật liệu mềm, không giãn, chứa đầy khí ở áp suất r . Người ta đặt một vật nặng khối lượng m lên hai túi đó,làm cho mỗi túi bị dẹt đi và có chiều dài x1 bề dày là h r . Tính áp suất p của khí khi chưa đặt vật nặng lên túi. Biết rằng áp suất của khí quyển p0 và nhiệt độ của khí trong mỗi túi không đổi. h 1 mgh h mgh A. p p B. p p r 0 2 2 r 2 L r 0 2 r 2 L mgh h C. p D. p p 2 r 2 L r 0 Lời giải: Khi túi chưa bị đè, thể tích khí trong túi là pr 2 L , áp suất là p Khi túi bị đè lên, tiết diện túi có hình dạng gần chữ nhật với cạnh là h và x , thể tích của túi là xhL , áp r 2 suất khí là: p : ppr 2 L p xhL hay là p p (1) 1 1 1 xh 1 Mặt khác, mỗi túi chịu tác dụng của một nửa trọng lực của vật nặng mg , trên một diện tích tiếp xúc 2 1 mg xL : p p (2) 1 0 2 xL Đối chiếu (1) và (2), lưu ý rằng chu vi của tiết diện túi thì không đổi: h 1 mgh 2 x 2(h x) 2x, ta co : p p r 0 2 2 r 2 L Đáp án A Bài 7: Một nhiệt kế khí gồm có hai bình giống nhau, dung tích mỗi bình là V , nối với nhau bởi một ống nằm ngang có chiều dài l và tiết diện s . Trong ống có một giọt thuỷ ngân để ngăn cách không khí trong hai ống và để làm vật chuẩn chỉ nhiệt độ. Bình bên phải đặt trong máy điều nhiệt và được giữ ở nhiệt độ T0 . Tìm công thức cho sự phụ thuộc của nhiệt độ T của bình bên trái vào độ dời x của giọt thuỷ ngân. Cho V ,l,s các giá trị hợp lí và suy ra rằng nhiệt kế này khá nhạy. 2V (l 2x)s (l 2x)s A. T T B. T T 0 (l 2x)s 0 2V (l 2x)s 2V (l 2x)s 2V (l 2x)s C.T T D.T T 0 2V 0 2V (l 2x)s Lời giải:
12. Lấy gốc để tính độ dời x là vị trí ứng với nhiệt độ của bình bên trái cùng bằng T0 (như bình bên phải), giả thiết rằng vị trí ấy ở chính giữa ống nối hai bình. Gọi p0 và p lần lượt là áp suất của khí trong bình khi nhiệt độ của bình bên trái là T0 và T 1 1 1 p V sl xl p0 V sl p V sl xl 2 2 2 Ta có: T T0 T0 2V (l 2x)s Từ đó suy ra: T T 0 2V (l 2x)s Ví dụ: V 51 0,005m2 ;l 20cm;s 4mm2 4.10 6 m2 ] 4 Với T0 300K thì khi x 5cm nhiệt độ T là T T0 1 0,810 300,024K Với một độ chênh nhiệt độ T T0 0,024K giọt thuỷ ngân di chuyển 5cm, như vậy là nhiệt kế khá nhạy. Sự nở của bình đã được bỏ qua vì rất nhỏ so với sự nở của khí Đáp án D Bài 8: Một ống thuỷ tinh, tiết diện nhỏ và đều, chiều dai 2L (mm) đặt thẳng đứng, đáy ở phía dưới. Nửa dưới của ống chứa khí ở nhiệt độ T0 , còn nửa trên chứa đầy thuỷ ngân. Phải làm nóng khi trong ống đến nhiệt độ thấp nhất là bao nhiêu để tất cả thuỷ ngân bị đẩy ra khỏi ống? Biết áp suất khí quyển bằng L (mm) thuỷ ngân 9T A. 2T B. 8T C. 0 D. 9T 0 0 8 0 Lời giải:
13. Gọi S là tiết diện của ống ở nhiệt độ T0 khí trong nửa dưới của ống có áp suất p0 L L 2LmmHg và có thể tích V0 LS . ở nhiệt độ T mặt ngăn cách khí trong ống và thuỷ ngân nâng lên một đoạn x , ta giả thiết đây là trạng thái cân bằng: P L x L 2L x(mmHg);V (L x)S p V pV Áp dụng phương trình trạng thái cho lượng khí trong ống: 0 0 T0 T T pV (2L x)(L x)S x(L x) Suy ra: 1 2 T0 p0V0 2L.LS 2L Ta hãy xét mối liên hệ giữa T và x theo công thức trên về mặt toán học. Khi x biến thiên từ 0 đến 1 thì 9T L T biến đổi từ T qua giá trị cực đại 0 ứng với x và bằng T khi x L . Mỗi giá trị của 0 8 2 0 9T L L T :T T 0 ứng với hai giá trị của x đối xứng với nhau qua giá trị . Giá trị nhỏ hơn ứng với 0 8 2 2 L trạng thái cân bằng bền (khi T tăng thì x tăng) giá trị của x lớn hơn ứng với cân bằng không bền (khi T 2 tăng thì cột thuỷ ngân bị đẩy hẳn ra ngoài ống). Bây giờ, xét quá trình vật lí làm nóng ống dần dần từ nhiệt độ T0 và khí ở nửa dưới của ống. 9T L Khi nhiệt độ tăng từ T thì x tăng từ 0, nhiệt độ tăng đến 0 thì x 0 8 2 ở vị trí này, cân bằng đã trở thành không bền, khi cho T tăng thêm một lượng cực nhỏ nữa thì cột thuỷ ngân còn lại ở trên khi bị đẩy toàn bộ ra ngoài ống. Quá trình diễn biến không giống như mô tả bởi đoạn đường cong BC trên đồ thị T x vẽ ở hình Đáp án C Bài 9: Một cái bình có thể tích V nối với bơm hút có thể tích xilanh  . áp suất khí quyển là p0 . sau n lần bơm thì áp suất trong bình giảm từ p0 đến giá trị pn . Tính pn (bơm chậm để nhiệt độ không đổi). n V V A. pn p0 B. pn p0 V v V v n 1 n 1 V V C. pn p0 D. pn p0 V v V v Lời giải:
14. V Sau lần bơm thứ nhất, áp suất là p p 1 0 V v n V Sau n lần bơm thì áp suất là: pn p0 V v Đáp án A Bài 10: Một ống thuỷ tinh hình trụ (có tiết diện không đổi), một đầu kín được dùng làm ống Tô-ri-xen-li để đo áp suất khí quyển. Vì có một ít không khí ở trong ống trên mức thuỷ ngân, nên khi áp suất khí quyển là p0 (đo bằng ống Tô-ri-xen-li chuẩn) ở nhiệt độ To thì chiều cao cột thuỷ ngân H0 . Nếu ở nhiệt độ T1 chiều cao cột thuỷ ngân là H thì áp suất khí quyển pk là bao nhiêu? Biết chiều dài của ống từ mật thuỷ ngân trong chậu đến đầu trên được giữ không đổi và bằng L L H1 T T A. pk H H  B. pk H p0 H1 L H T0 T0 L H1 T L H1 T C. pk H p0 H1  D. pk H p0 H1  L H T0 L H T0 Lời giải: Gọi p1 và p lần lượt là áp suất của không khí trong ống ở nhiệt độ T0 và T : p0 p1 H1; pK p H Áp dụng phương trình trạng thái cho lượng khí trong ống p L H p(L H ) 1 1 T0 T L H1 T Từ đó rút ra: pk H p0 H1  L H T0 Đáp án C Bài 11: Hai bình có thể tích lần lượt là V1 40l,V2 10l thông nhau qua một cái van. Van chỉ mở khi áp suất trong bình 1 lớn hơn trong bình 2 từ 105Pa trở lên. Ban đầu bình 1 chứa khí ở áp suất 5 p0 0,9.10 Pa và nhiệt độ T0 300K , còn bình 2 là chân không. Người ta làm nóng đều cả hai bình từ nhiệt độ T0 lên nhiệt độ T 500K . Tính áp suất cuối cùng trong mỗi bình. 5 5 5 5 A. p2 4.10 Pa B. p2 0,9.10 Pa C. p2 0,54.10 Pa D. p2 0,4.10 Pa Lời giải: 5 pm 10 Tới nhiệt độ nào thì van mở: Tm T0 5 300 333K p0 0,910 Bắt đầu từ nhiệt độ Tm áp suất trong bình 1 tăng nhanh hơn trong bình 2, nhưng khi hiệu áp suất vượt quá 105Pa thì van lại mở. Van giữ cho hiệu áp suất là 105Pa trong quá trình tăng nhiệt độ cho đến khi T 500K . Khi đó:
15. p0V1 p2V2 p1V1 5 ; p1 p2 10 Pa;V1 4V2 T0 T T 5 5 Ta có p1 1,4.10 Pa , từ đó rút ra p2 ,4.10 Pa Đáp án D Bài 12 : Một bình có thể tích V=20l chứa một hỗn hợp hidro và heli ở nhiệt độ t 200 C và áp suất p 200kPa . Khối lượng của hỗn hợp là m 5,00g . Tìm khối lượng của mỗi chất khí trong hỗn hợp. A. 1,58g ;3,42g B. 1g ;4g C. 2 g ;3g D. 2,2g; 2,8g Lời giải: Kí hiệu m1,m2 lần lượt là khối lượng hidro và heli chứa trong hỗn hợp; 1 và 2 là khối lượng mot của m1 m2 chúng: p1 p2 V RT 1 2 Mà p1 p2 p 200000Pa;m1 m2 m 5g Từ đó rút ra: m1 1,58g;m2 3,42g Đáp án A Bài 13: Trong một bình hỗn hợp m1 gam nito và m2 gam hidro. Ở nhiệt độ T nito N2 phân li hoàn toàn thành khí đơn nguyên tử, còn độ phân li của hiđrô H2 không đáng kể; áp suất trong bình là p . Ở nhiệt độ m 2T thì cả hiđrô cũng phân li hoàn toàn, áp suất là 3p . Tính tỉ số 1 . Biết N 14,H 1 m2 1 A. 7 B. C. 1,4 D. 4 7 Lời giải m1 m2 Phương trình trạng thái ở nhiệt độ T: pV RT 14 2 m1 m2 ở nhiệt độ 2T: 3pV R.2T 14 2 m từ đó rút ra: 1 7 m2 Đáp án A Bài 14: Một bình kín được ngăn bởi một vách xốp làm hai phần có thể tích bằng nhau. Ban đầu ngăn bên phải chứa hỗn hợp của hai chất khí A và B, khối lượng mol của cúng lần lượt là A và B , áp suất toàn phần là p . Ngăn bên trái là chân không. Vách xốp chỉ cho khí A đi qua do khuếch tán. Sau khi khuếch tán dẫn đến trạng thái dừng, áp suất toàn phần ở ngăn bên phải là p kp(k 1) . Hai chất A, B không có phản ứng hoá học với nhau. Tính áp suất riêng phần ban đầu của từng chất khí và tỉ số khối lượng của hai chất trong bình (quá trình khuếch tan khí A qua vách xốp là đẳng nhiệt). 2 Áp dụng hằng số: A là hiđrô  2g / mol , B là argon  40g / mol,k A A 3 1 1 mA 2 1 mA A. p p; pB p; 0,2 B. pA p; pB p; 0,1 2 2 mB 3 3 mB 1 2 mA 2 1 mA C. pA p; pB p; 1 D. pA p; pB p; 0,2 3 3 mB 3 3 mB
16. Lời giải : Gọi pA , pB là áp suất riêng phần ban đầu của từng chất khí, ta có : 1 p p p; p p kp A B 2 A B a) từ đó rút ra : pA 2(1 k) p; pB (2k 1) p b) Tỉ số mol của hai chất bằng tỉ số áp suất riêng phần ban đầu : m m p 2(1 k) A : B A A B pB 2k 1 m 2(1 k)  Từ đó rút ra : A A mB 2k 1 B 2 1 mA Ap dụng hằng số : pA p; pB p; 0,1 3 3 mB Đáp án B Bài 15 : khí lí tưởng có khối lượng mol  trong trọng trường đều có gia tốc g . Tìm sự phụ thuộc của áp suất p và độ cao h , biết khi h 0 thì p p 0 . Xét các trường hợp nhiệt độ ở mọi điểm đều bằng T . g g g g h h h A. p p(0)e RT B. p p(0)e RT C, p p(0)e RT D. p p(0)e RT Lời giải : Gọi p là áp suất ở độ cao h , ở độ cao h dh thì áp suất giảm một lượng rgdh ( p là khối lượng riêng của khí() : dp rgdh (1) m p Gọi T là nhiệt độ ở độ cao h, ta có : V RT g dp g Nếu T không đổi, ta có : dp p dh hay dh RT p RT R g h h Lấy tích phân 2 vế : ln p h C hay p Ke RT RT Từ điều kiện p p(0) khi h 0 ta có thể tính được K p 0 Bài 16 : Khí lí tưởng có khối lượng mol là  , dưới áp suất p , giữa hai tấm ngang có khối lượng là bao nhiêu ? biết rằng thể tích giữa hai tấm là V, nhiệt độ khí tăng tuyến tính từ T1 ở tấm dưới đến T2 ở tấm trên.  pV T pV T A. m 2 B. m ln 2 R T2 T1 T1 R T2 T1 T1  pV T  pV T C. m 2 D. m ln 2 R T2 T1 T1 R T2 T1 T1 Lời giải :
17. Gọi S là diện tích mỗi tấm, l là khoảng cách giữa hai tấm, ta sẽ có Sl V . Xét một lớp khí nằm ngang, có bề dày dx , cách tấm dưới một đoạn x . Lớp khí đó có thể tích dV Sdx và nhiệt độ x T T T T (vì nhiệt độ của khí tăng tuyến tính từ dưới lên trên). Khối lượng dm của lớp khí có 1 l 2 1 thể tính được theo phương trình trạng thái: dm pdV RT   p  p dm dV Sdx RT RT x Khối lượng m của khí giữa hai tấm có thể tính được bằng cách lấy tích phân theo biến số từ 0 đến l :  pV 1 dx m dm R T T 0 lT 2 1 x 1 T2 T1 1 1 dx lT T Biết rằng ln x 1 ln 2 0 lT1 T T T x 2 1 0 1 T2 T1  pV T Ta có: m ln 2 R T2 T1 T1 Đáp án D ĐÊ KIỂM TRA CHỦ ĐỀ V Câu 1 : Tập hợp 3 thông số trạng thái nào sau đây xác định trạng thái của một lượng khí xác định. A. Áp suất, thể tích, khối lượng. B. Áp suất, nhiệt độ, thể tích. C. Thể tích, khối lượng, áp suất D. Áp suất, nhiệt độ, khối lượng. Câu 2 : Quá trình nào sau đây là một đẳng quá trình ? A. Đun nóngg khí trong 1 bình đậy kín. B. Không khí trong 1 quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở căng ra C. Đun nóng khí trong xi lanh, khí nở ra đẩy pit tông chuyển động. D. Cả 3 quá trình đều không phải là đẳng quá trình. Câu 3 : Hệ thức nào sau đây là của định luật Bôilo-Mariot ? P A. P.V P .V B. hằng số 1 2 2 1 V V C. P.V hằng sốD. hằng số P Câu 4 : Phương trình nào sau đây là phương trình trạng thái khí lí tưởng ? P PT A. hằng số B. hằng số V V TV p V p V C. hằng số D. 1 2 2 1 P T1 T2 Câu 5 : Trong hệ toạ độ p,T đường biểu diễn nào sau đây là đường đẳng tích?
18. 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 6 : Đại lượng nào sau đây không phải là thông số trạng thái của một lượng khí ? A. Thể tích B. Khối lượng C. Nhiệt độ D. Áp suất Câu 7 : Một xi lanh chứa 150cm3 khí ở áp suất 2.105Pa. Pit tông nén khí trong xi lanh xuống còn 100cm3. Nếu nhiệt độ khí trong xi lanh không đổi thì áp suất của nó lúc này là A. 3.10-5Pa B. 3,5.105Pa C. 3.105Pa D. 3,25.105Pa Câu 8 : tập hợp thông số nào sau đây xác định trạng thái của một lượng khí không đổi : A. p,m,V B. p,V ,T C. p,T,m D. V ,T,m Câu 9 : Công thức nào sau đây là công thức biểu diễn định luật Sáclơ ? P A. hằng sốB. pV hằng số T PV V C. hằng sốD. hằng số T T Câu 10 : Phương trình nào sau đây không phải là phương trình của trạng thái khí lí tưởng ? p V p V PV A. 1 1 2 2 B. hằng số T1 T2 T p V p V PT C. 1 1 3 3 D. hằng số T1 T3 V Câu 11 : Đồ thị nào sau đây phù hợp với quá trình đẳng áp ? A. B. C. D. Câu 12: Một lượng khí ở 18 0C có thể tích 1m3 và áp suất 1 atm. Người ta nén đẳng nhiệt khí tới áp suất 3,5atm. Thể tích khí nén là:
19. A. 0,214m3 B. 0,286m3 C.0,300m3 D. 0,312m3 Câu 13: Người ta điều chế khí hidro và chứa vào bình lớn dưới áp suất 1 atm, ở nhiệt độ 20 0C. Thể tích khí phải lấy từ bình lớn ra để nạp vào bình nhỏ thể tích 29 lít dưới áp suất 25 atm là bao nhiêu? Xem nhiệt độ không đổi. A. 400 lít B. 500 lít C. 600 lít D. 700 lít Câu 14: Pit tông của một máy nén sau mỗi lần nén đưa được 4 lít khí ở nhiệt độ 270C và áp suất 1atm vào bình chứa khí có thể tích 2m3. Tính áp suất của khí trong bình khi pit tông đã thực hiện 1000 lần nén. Biết nhiệt độ khí trong bình là 420C A. 3,5atB.2,1atC.21atD1,5at Câu 15: Hiện tượng nào sau đây có liên quan tới định luật Saclo? A. Quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ. B. Thổi không khí vào một quả bóng bay. C. Đun nóng khí trong một xilanh kín. D. Đun nóng khí trong một xilanh hở. Câu 16: Nhiệt độ của vật giảm là do các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật. A. ngừng chuyển động. B. nhận thêm động năng. C. chuyển động chậm đi. D. va chạm với nhau Câu 17: nhiệt độ của vật không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây? A. khối lượng của vật. B. vận tốc của các phân tử nên vật. C. khối lượng của từng phân tử cấu tạo nên vật. D. Cả ba yếu tố trên. Câu 18: Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế được 40cm 3 khí hidro ở áp suất 750mmHg và nhiệt độ 270C. Thể tích của lượng khí trên ở điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 760mmHg và nhiệt độ 00C) là: A. 63cm3 B. 36cm3 C. 43cm3 D. 45cm3 Câu 19: Câu nào sau đây nói về chuyển động của phân tử khí lí tưởng là không đúng? A. Các phân tử chuyển động hỗn loạn. B. Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. C. Các phân tử chuyển động không ngừng. D. Chuyển động của phân tử là do lực tương tác phân tử gây ra. Câu 20: Câu nào sau đây nói về chuyển động của phân tử khí lí tưởng là không đúng? A. Các phân tử chuyển động hỗn loạn B. Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. C. Các phân tử chuyển động không ngừng. D. Chuyển động của phân tử là do lực tương tác phân tử gây ra. Câu 21: Một khối khí ở 7 0C đựng trong bình kín có áp suất 1atm. Đun nóng đẳng tích bình đến nhiệt độ bao nhiêu để khí trong bình có áp suất 1,5atm A. 40,50C B. 4200C C. 1470C D. 870C Câu 22: Trước khi nén hỗn hợp khí trong xilanh của một động cơ có áp suất 1at, nhiệt độ 40 0C. Sau khi nén thể tích giảm đi 6 lần, áp suất 10at. Tìm nhiệt độ sau khi nén? A. 4000C B. 521,60C C. 248,60C D. 3130C