Bài 11 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng
Lớp 12Vật Lý15 câu hỏiBài tập
Phần 1
Câu 1
(Bài 11.1 trang 32 SBT Vật lí 12) Trong hiện tượng nào sau đây cả ba thông số trạng thái của một lượng khí đều thay đổi?
AKhông khí bên trong quả bóng bàn bị bẹp được nhúng vào nước phồng lên như cũ.
BKhông khí bị đun nóng trong một bình kín.
CKhông khí trong một quả bóng bay bị em bé bóp bẹp.
DCả ba hiện tượng trên.
Câu 2
(Bài 11.2 trang 32 SBT Vật lí 12) Biểu thức nào sau đây phù hợp với phương trình trạng thái của khí lí tưởng?
ApV = nRT.
B
= hằng số.
CpV ~
.
DpV ~
.
Câu 3
(Bài 11.3 trang 33 SBT Vật lí 12) Phương trình nào sau đây không phải là phương trình Clapeyron?
A
= hằng số.
B
.
C
.
DpV = nRT.
Câu 4
(Bài 11.4 trang 33 SBT Vật lí 12) Nên dùng phương trình Clapeyron để xác định các thông số trạng thái của chất khí trong trường hợp nào sau đây? Tại sao?
(a) Khí trong quả bóng thám không đang bay lên cao.
(b) Không khí trong quả bóng bàn bị bẹp được nhúng vào nước nóng.
(c) Khí trong bọt khí đang nổi lên trong một ấm đun nước khi nước sắp sôi.
(a) Khí trong quả bóng thám không đang bay lên cao.
(b) Không khí trong quả bóng bàn bị bẹp được nhúng vào nước nóng.
(c) Khí trong bọt khí đang nổi lên trong một ấm đun nước khi nước sắp sôi.
ATrường hợp (b) và (c), vì trong các trường hợp này khối lượng khí không đổi.
BTrường hợp (a) và (b), vì trong các trường hợp này áp suất khí không đổi.
CChỉ trường hợp (a), vì bóng thám không luôn bay lên trong khí quyển.
DCả ba trường hợp, vì mọi chất khí đều có thể dùng trực tiếp phương trình Clapeyron.
Câu 5
(Bài 11.5 trang 33 SBT Vật lí 12) Hãy chứng tỏ rằng với dụng cụ vẽ ở Hình 11.1, người ta có thể làm thí nghiệm kiểm chứng phương trình trạng thái của một lượng khí không đổi:
= hằng số.
ADụng cụ cho phép đồng thời đo V dựa vào vạch chia trên xi lanh, đo p bằng áp kế và đo T bằng nhiệt kế, từ đó kiểm tra được giá trị
có không đổi hay không.
BDụng cụ chỉ đo được nhiệt độ T nên không thể kiểm chứng phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
CDụng cụ chỉ đo được áp suất p nên chỉ kiểm chứng được định luật Boyle.
DDụng cụ chỉ đo được thể tích V nên chỉ kiểm chứng được định luật Charles.
Câu 6
(Bài 11.6 trang 33 SBT Vật lí 12) Trong SGK Vật lí của một số nước, phương trình trạng thái của khí lí tưởng được xây dựng từ phương trình của quá trình đẳng nhiệt và phương trình của quá trình đẳng tích. Chọn phương án đúng về cách xây dựng và nhận xét.
ACó thể xét từ trạng thái (1) sang trạng thái trung gian (1') là quá trình đẳng nhiệt, rồi từ (1') sang trạng thái (2) là quá trình đẳng tích, từ đó suy ra
. Cách này tương đương về mặt phương pháp với cách dùng trong SGK, nhưng thí nghiệm đẳng tích thường dễ thực hiện hơn thí nghiệm đẳng áp.
BCó thể xét hai quá trình đẳng nhiệt liên tiếp để suy ra
= hằng số. Cách này chính xác hơn vì không cần đo nhiệt độ.
CCó thể xét hai quá trình đẳng áp liên tiếp để suy ra pV = hằng số. Cách này chỉ đúng với chất lỏng.
DKhông thể xây dựng phương trình trạng thái từ các đẳng quá trình vì mỗi đẳng quá trình chỉ có một thông số thay đổi.
Câu 7
(Bài 11.7 trang 33 SBT Vật lí 12) Xác định khối lượng riêng của không khí trên đỉnh Fansipan cao 3140 m trong dãy Hoàng Liên Sơn, biết mỗi khi lên cao 10 m thì áp suất khí quyển giảm 1 mmHg và nhiệt độ trên đỉnh núi này là 2 °C. Biết khối lượng riêng ở điều kiện chuẩn 0 °C và 760 mmHg của khí quyển là 1,29 kg/m³.
A0,75 kg/m³.
B1,29 kg/m³.
C0,45 kg/m³.
D2,22 kg/m³.
Câu 8
(Bài 11.8 trang 34 SBT Vật lí 12) Một bạn bơm một quả bóng bay bằng khí He. Sau khi bơm 0,25 mol khí ở nhiệt độ 298 K vào bóng thì áp suất khí trong bóng là 1,20.10⁵ Pa. Hỏi bóng có bị vỡ không nếu bơm thêm 0,15 mol He ở cùng nhiệt độ trên vào bóng? Biết vỏ bóng chỉ chịu được áp suất tối đa là 1,50.10⁵ Pa, sau khi bơm 0,25 mol khí, thể tích của bóng không tăng khi tiếp tục bơm thêm khí vào bóng.
ACó, vì áp suất sau khi bơm thêm là 1,92.10⁵ Pa, lớn hơn áp suất tối đa mà vỏ bóng chịu được.
BKhông, vì áp suất sau khi bơm thêm là 1,20.10⁵ Pa, nhỏ hơn áp suất tối đa mà vỏ bóng chịu được.
CKhông, vì áp suất sau khi bơm thêm là 1,44.10⁵ Pa, nhỏ hơn áp suất tối đa mà vỏ bóng chịu được.
DCó, vì áp suất sau khi bơm thêm là 1,50.10⁵ Pa, đúng bằng áp suất tối đa mà vỏ bóng chịu được.
Câu 9
(Bài 11.9 trang 34 SBT Vật lí 12) Có ba chai thuỷ tinh giống nhau, khối lượng và dung tích bằng nhau, đựng các chất khí khác nhau He, C₄H₁₀, CO₂ ở cùng nhiệt độ 20 °C và áp suất 1,913.10⁵ Pa. Các chai đựng khí được cân bằng cân điện tử. Kết quả cân lần lượt là 378,86 g; 381,34 g; 380,70 g. Biết khối lượng của chai khi chưa chứa khí là 378,68 g. Chọn phương án đúng.
AKhối lượng khí He, C₄H₁₀, CO₂ lần lượt là 0,18 g; 2,66 g; 2,02 g. Khối lượng mol lần lượt là 4 g/mol; 58 g/mol; 44 g/mol. Số mol trong ba chai đều bằng 0,045 mol.
BKhối lượng khí He, C₄H₁₀, CO₂ lần lượt là 0,18 g; 2,66 g; 2,02 g. Số mol lần lượt là 0,045 mol; 0,046 mol; 0,050 mol.
CKhối lượng khí He, C₄H₁₀, CO₂ lần lượt là 378,86 g; 381,34 g; 380,70 g. Số mol trong ba chai đều bằng nhau.
DKhối lượng khí He, C₄H₁₀, CO₂ lần lượt là 0,18 g; 2,66 g; 2,02 g. Số mol của khí CO₂ lớn nhất vì khối lượng mol của CO₂ lớn.
Câu 10
(Bài 11.10 trang 34 SBT Vật lí 12) Một tàu ngầm dùng để nghiên cứu biển đang lặn ở độ sâu 100 m. Người ta mở một bình dung tích 60 lít chứa khí ở áp suất 10⁷ Pa và nhiệt độ 27 °C để đẩy nước ra khỏi thùng chứa nước ở giữa hai lớp vỏ của tàu làm cho tàu nổi lên. Sau khi dãn nở, nhiệt độ của khí là 3 °C. Tính thể tích nước bị đẩy ra khỏi tàu. Coi khối lượng riêng của nước biển là 1000 kg/m³; gia tốc trọng trường là 9,81 m/s²; áp suất khí quyển là 1,013.10⁵ Pa.
A510 lít.
B60 lít.
C276 lít.
D1000 lít.
Câu 11
(Bài 11.11 trang 35 SBT Vật lí 12) Người ta bơm 10³ m³ không khí nóng ở nhiệt độ T = 300 K vào một khinh khí cầu. Nhiệt độ và áp suất của khí quyển lúc này là T₀ = 279 K và p₀ = 1,00 bar. Khối lượng khí cầu là 240 kg. Khi đó, khinh khí cầu chưa thể bay lên được. Biết muốn khí cầu bay lên chỉ cần tăng nhiệt độ của không khí trong khí cầu mà không cần bơm thêm không khí vào hoặc lấy bớt không khí ra. Coi đây là quá trình đẳng áp; nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí là
; R = 8,31 J/mol.K và khối lượng mol của không khí là Mₐ = 29 g/mol. Chọn phương án đúng.
ALượng không khí trong khí cầu là 4,01.10⁴ mol; khối lượng không khí là 1,16.10³ kg; thể tích để khí cầu bắt đầu bay lên là 1,12.10³ m³; nhiệt lượng cần cung cấp theo lời giải là 1,92.10⁶ J.
BLượng không khí trong khí cầu là 4,01.10³ mol; khối lượng không khí là 116 kg; thể tích để khí cầu bắt đầu bay lên là 1,12.10² m³; nhiệt lượng cần cung cấp là 1,92.10⁵ J.
CLượng không khí trong khí cầu là 4,01.10⁴ mol; khối lượng không khí là 1,16.10³ kg; thể tích để khí cầu bắt đầu bay lên vẫn là 10³ m³; nhiệt lượng cần cung cấp bằng 0.
DLượng không khí trong khí cầu là 4,01.10⁵ mol; khối lượng không khí là 1,16.10⁴ kg; thể tích để khí cầu bắt đầu bay lên là 1,12.10⁴ m³; nhiệt lượng cần cung cấp là 1,92.10⁷ J.
Câu 12
(Bài 11.12.1 trang 35 SBT Vật lí 12) Về bóng thám không vô tuyến: Ngày nay, trong ngành khí tượng, người ta dùng bóng thám không vô tuyến có mang các thiết bị cảm biến khí tượng, thiết bị vô tuyến điện và định vị toàn cầu để thu thập và gửi về các trung tâm khí tượng ở mặt đất số liệu về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm của khí quyển; tốc độ gió; tốc độ di chuyển của các đám mây,... Vỏ bóng được làm bằng cao su tự nhiên hoặc cao su tổng hợp từ hợp chất polychloroprene. Bóng được bơm khí H₂ hoặc He. Vỏ bóng trước khi thả có độ dày khoảng 0,051 mm và chỉ giảm xuống còn khoảng 0,0025 mm ở độ cao mà bóng bị vỡ. Tuỳ loại bóng mà khi bắt đầu thả, bóng có thể có đường kính từ 1 m đến 2 m, đến khi đạt độ cao trên 30 km thì đường kính của bóng có thể tăng lên gấp 3 lần. Bóng có thể bay lên độ cao tới 40 km, chịu được nhiệt độ tới -95 °C và thường tồn tại trên cao trong khoảng từ 1 giờ đến 3 giờ trước khi vỡ, tự động mở dù rơi xuống. Bóng thám không chỉ có thể bay lên được trong điều kiện nào sau đây?
AKhi khối lượng riêng của bóng nhỏ hơn khối lượng riêng của không khí bên ngoài.
BKhi khối lượng riêng của khí dùng để bơm bóng nhỏ hơn khối lượng riêng của không khí bên ngoài.
CKhi áp suất do chuyển động nhiệt của các phân tử khí trong vỏ bóng nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài.
DKhi áp suất do chuyển động nhiệt của các phân tử khí trong vỏ bóng lớn hơn áp suất khí quyển bên ngoài.
Câu 13
(Bài 11.12.2 trang 35 SBT Vật lí 12) Dựa vào đoạn văn về bóng thám không vô tuyến, xét các phát biểu sau:
(a) Bóng thám không chỉ có thể bay lên được khi lực đẩy Archimede của không khí xung quanh tác dụng lên bóng lớn hơn trọng lượng bóng.
(b) Người ta thường dùng cao su tự nhiên, ít khi dùng cao su tổng hợp để làm bóng mặc dù nó đắt hơn chỉ vì lí do bảo vệ môi trường.
(c) Để xác định các thông số trạng thái của khí trong bóng khi bóng đang bay lên không thể dùng phương trình trạng thái của khí lí tưởng = hằng số.
Phương án nào xác định đúng tính đúng, sai của các phát biểu trên?
(a) Bóng thám không chỉ có thể bay lên được khi lực đẩy Archimede của không khí xung quanh tác dụng lên bóng lớn hơn trọng lượng bóng.
(b) Người ta thường dùng cao su tự nhiên, ít khi dùng cao su tổng hợp để làm bóng mặc dù nó đắt hơn chỉ vì lí do bảo vệ môi trường.
(c) Để xác định các thông số trạng thái của khí trong bóng khi bóng đang bay lên không thể dùng phương trình trạng thái của khí lí tưởng = hằng số.
Phương án nào xác định đúng tính đúng, sai của các phát biểu trên?
A(a) Đúng; (b) Đúng; (c) Sai.
B(a) Đúng; (b) Sai; (c) Sai.
C(a) Sai; (b) Đúng; (c) Đúng.
D(a) Sai; (b) Sai; (c) Đúng.
Câu 14
(Bài 11.12.3 trang 35 SBT Vật lí 12) Khi bóng thám không đang bay lên, khí trong bóng có tuân theo định luật Boyle không? Tại sao?
AKhông, vì nhiệt độ của không khí bên ngoài giảm làm cho nhiệt độ của khí bên trong bóng cũng giảm, nên quá trình này không phải là quá trình đẳng nhiệt.
BCó, vì khi bóng bay lên thì áp suất và thể tích của khí trong bóng đều thay đổi.
CCó, vì nhiệt độ của khí trong bóng luôn không đổi trong suốt quá trình bay lên.
DKhông, vì định luật Boyle chỉ áp dụng cho chất lỏng, không áp dụng cho chất khí.
Câu 15
(Bài 11.12.4 trang 35 SBT Vật lí 12) Giải thích tại sao càng bay lên cao thì thể tích của bóng thám không càng tăng và đến một độ cao nhất định nào đó thì bóng sẽ bị vỡ.
ACàng lên cao, nhiệt độ và mật độ không khí bên ngoài giảm nên áp suất không khí bên ngoài bóng giảm mạnh. Tuy áp suất khí bên trong bóng cũng giảm, nhưng vẫn lớn hơn nhiều so với áp suất không khí bên ngoài, làm vỏ bóng giãn ra, thể tích bóng tăng, vỏ bóng mỏng dần và đến một độ cao nhất định thì bị vỡ.
BCàng lên cao, áp suất không khí bên ngoài tăng mạnh làm vỏ bóng bị ép căng ra và vỡ.
CCàng lên cao, khối lượng khí trong bóng tăng dần nên bóng phồng to và vỡ.
DCàng lên cao, khí trong bóng chuyển sang thể rắn nên làm vỏ bóng bị nứt và vỡ.