Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 6

VnDoc.com xin gửi tới bạn đọc bài viết Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 6: Định luật Boyle. Định luật Charles để bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết hướng dẫn bạn đọc trả lời các câu hỏi trong SGK Vật lý 12 các trang 42, 43, 44, 45, 47.

Giải Vật lí 12 trang 42 Chân trời

Mở đầu trang 42 SGK Vật lí 12

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?

Lời giải:

Ứng dụng trên dựa vào các định luật Boyle và Charles

Giải Vật lí 12 trang 43 Chân trời

Thảo luận 1 trang 43 SGK Vật lí 12

Dự đoán mối liên hệ giữa áp suất và thể tích khi nén pit-tông xuống hoặc kéo pit-tông lên.

Lời giải:

Dự đoán:

- Khi nén pit-tông: thể tích khối khí giảm, số va chạm giữa các phân tử khí với thành bên trong xilanh tăng lên, do đó áp suất tăng.

- Khi kéo pit-tông lên: thể tích khối khí tăng, khoảng cách giữa các phân tử khí tăng lên, số va chạm giữa các phân tử khí với thành bên trong xilanh giảm đi, áp suất giảm.

Thảo luận 2 trang 43 SGK Vật lí 12

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.

Lời giải:

HS tự tiến hành thí nghiệm và dự đoán, rút ra kết luận: p tỉ lệ nghịch với V.

Thí nghiệm trang 43 SGK Vật lí 12

Thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt

* Mục đích: Khảo sát mối liên hệ giữa thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ được giữ không đổi.

* Dụng cụ:

- Xilanh (1) chứa khí có các vạch chia độ giúp xác định thể tích. Thể tích của lượng khí trong xilanh có thể thay đổi bằng cách di chuyển pit-tông (2).

- Áp kế (3) được gắn sẵn để đo áp suất của khí trong xilanh.

- Trụ thép (4), đế ba chân (5).

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.2.

Bước 2: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí, điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh (tương ứng với 20 mL không khí), sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 3: Dùng tay ấn từ tử pit-tông xuống đến vạch tương ứng với 15 mL (đoạn dịch chuyển tương ứng với hai khoảng nhỏ trên xilanh), đọc số chỉ trên áp kế, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Bước 4: Lần lượt điều chỉnh pit-tông đến vạch 20 mL; 25 mL; 30 mL; 35 mL và lặp lại thao tác như bước 3, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.1.

Lưu ý:

- Trong thí nghiệm này, 1 đơn vị thể tích trên xilanh là 10 mL khí.

- Sai số của phép đo áp suất được lấy là 1212 độ chia nhỏ nhất của áp kế, tức là 0,025.105 Pa.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm

- Ghi lại giá trị thể tích và áp suất khí sau mỗi lần đo theo mẫu Bảng 6.1.

- Tính giá trị biểu thức dự đoán trong các lần đo.

- Nhận xét về mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V trong quá trình đẳng nhiệt.

Lời giải:

- Bảng số liệu

- Nhận xét: p và V có mỗi quan hệ tỉ lệ nghịch với nhau hay tích số pV trong các lần thí nghiệm gần bằng nhau.

Giải Vật lí 12 trang 44 Chân trời

Thảo luận 3 trang 44 SGK Vật lí 12

Từ số liệu Bảng 6.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V trong hệ toạ độ p - V và . Nhận xét về dạng đồ thị.

Lời giải:

Đồ thị:

Nhận xét: Đồ thị có dạng hypebol.

Thảo luận 4 trang 44 SGK Vật lí 12

Từ Hình 6.4, chứng minh rằng T₂ > T₁

Lời giải:

Chọn một giá trị V bất kì trên trục OV, kẻ một đường thẳng song song với Op, cắt hai đồ thị tại hai điểm, từ hai điểm đó kẻ đường thẳng song song với trục OV, cắt Op tại hai điểm p₁ và p₂.

Từ đồ thị ta thấy, với cùng một thể tích V, ở hai nhiệt độ T₁ và T₂ thì có hai áp suất tương ứng là p₁ và p₂. Với p₂ > p₁ do đó các phân tử khí ở nhiệt độ T₂ chuyển động nhiệt nhanh hơn, tạo ra áp suất lớn hơn, do đó nhiệt độ T₂ > T₁.

Giải Vật lí 12 trang 45 Chân trời

Luyện tập trang 45 SGK Vật lí 12

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?

Lời giải:

Quá trình đẳng nhiệt, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau, thể tích giảm 2,25 lần thì áp suất tăng 2,25 lần.

Vận dụng trang 45 SGK Vật lí 12

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.

Lời giải:

- 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

Thí nghiệm trang 45 SGK Vật lí 12

* Mục đích: Khảo sát mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một khối lượng khí xác định khi áp suất được giữ không đổi.

* Dụng cụ:

- Xilanh chứa khí có gắn với áp kế (1).

- Nhiệt kế (2).

- Ca nhựa trong (3).

- Chậu nhựa trong (4).

- Que khuấy (5).

- Ống nhựa mềm để hút nước (6).

- Trụ thép (7), đế ba chân (8).

- Kẹp đa năng và khớp nối đa năng (9).

- Ấm đun nước (10).

- Nước đá đang tan.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Mở nút cao su ở đáy xilanh để lấy khí. Điều chỉnh để đáy pit-tông ngang vạch số 2 trên xilanh và giá trị của áp suất là 1,1.105 Pa, sau đó lắp chặt nút cao su lại.

Bước 2: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.5.

Bước 3: Đổ nước nóng (khoảng 90 0C) vào ca nhựa sao cho ngập phần khí trong xilanh. Dùng que khuấy khuấy nhẹ nhàng (khoảng 30 giây) để nhiệt độ của nước ổn định (số chỉ nhiệt kế gần như không đổi).

Kéo pit-tông lên từ từ để số chỉ áp kế về giá trị ban đầu (1,1.105 Pa). Đọc giá trị nhiệt độ và thể tích khi đó, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.2.

Bước 4: Đổ từ từ nước đá đang tan vào ca nhựa, quan sát số chỉ trên nhiệt kế giảm khoảng 15 đến 20 °C. Dùng que khuấy khuấy nhẹ nhàng để nhiệt độ ổn định.

Nén pit-tông từ từ để số chỉ áp kế về giá trị ban đầu (1,1.105 Pa). Đọc giá trị nhiệt độ và thể tích khi đó, ghi số liệu theo mẫu Bảng 6.2.

Bước 5: Lặp lại bước 4 ứng với các giá trị nhiệt độ của nước trong ca lần lượt khoảng: 50 °C; 30 °C; 10 °C.

Lưu ý: Sử dụng ống nhựa mềm để hút bớt nước trong ca nhựa, tránh làm nước bị tràn ra ngoài khi thay đổi nhiệt độ.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm

- Từ bảng số liệu, vẽ đồ thị V theo T trong hệ trục toạ độ V - T.

- Nhận xét dạng đồ thị, từ đó rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Lời giải:

- Đồ thị:

- Đồ thị có dạng đường thẳng, đường kéo dài đi qua gốc toạ độ. Mối liên hệ giữa V và T là mối quan hệ tỉ lệ thuận.

Thảo luận 5 trang 45 SGK Vật lí 12

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 mới liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

Lời giải:

- Đồ thị:

- Đồ thị có dạng đường thẳng, đường kéo dài đi qua gốc toạ độ. Mối liên hệ giữa V và T là mối quan hệ tỉ lệ thuận.

Giải Vật lí 12 trang 47 Chân trời

Thảo luận 6 trang 47 SGK Vật lí 12

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.

Lời giải:

Dựa vào đồ thị đã vẽ ở trên, giải thích bằng cách dùng khái niệm áp suất, khi cùng một thể tích, nhiệt độ T1 > T2 nên các phân tử khí va chạm ở nhiệt độ cao lớn hơn, gây ra áp suất lớn hơn do đó p1 > p2. Do đó, đường đẳng áp p2 phải ở trên đường đẳng áp p1.

Luyện tập trang 47 SGK Vật lí 12

ho một khối khí dãn nở đẳng áp từ nhiệt độ t1 = 32⁰C đến nhiệt độ t2 = 117⁰C, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít. Xác định thể tích khối khí trước và sau khi dãn nở.

Lời giải:

Gọi V1 là thể tích khối khí trước khi dãn nở, V2 là thể tích khối khí sau khi dãn nở.

Áp dụng quá trình đẳng áp:

Bài tập 1 trang 47 SGK Vật lí 12

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

Lời giải:

Đáp án đúng là D

A, B – quá trình đẳng tích

C – quá trình đẳng nhiệt

Bài tập 2 trang 47 SGK Vật lí 12

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?

Lời giải:

Áp dụng quá trình đẳng nhiệt:

p₁V₁ = p₂V₂ ⇒ p1.5 = (p₁ − 80).12 ⇒ p₁ = 137,1kPa ⇒ p₂ = 57,1kPa

Bài tập 3 trang 47 SGK Vật lí 12

Một mô hình áp kế khí (Hình 6P.1) gồm một bình cầu thuỷ 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 thuỷ ngân. Ở 0^oC giọt thuỷ ngân cách A 30 cm. Tính khoảng di chuyển của giọt thuỷ ngân khi hơ nóng bình cầu đến 10°C. Coi thể tích bình là không đổi.

Lời giải:

Thể tích khối khí ở 0 oC là: V1 = 270 + 0,1.30 = 273cm³

Áp dụng quá trình đẳng áp:

Khoảng cách từ giọt thuỷ ngân đến A ở 10^oC:

Khoảng dịch chuyển của thuỷ ngân sau khi hơ nóng: Δh = h2 − h1 = 130 − 30 = 100cm

Bài tập 4 trang 47 SGK Vật lí 12

Vào những ngày trời nắng nóng, nhiệt độ không khí ngoài sân là 42^oC, trong khi nhiệt độ không khí trong nhà là 27^oC. 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?

Lời giải:

Đang cập nhật...

Bài tiếp theo: Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 7