Đáp án Vật lí 12 cánh diều Chủ đề 2 Bài 1: Mô hình động học phân tử chất khí

BÀI 1. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ

Mở đầu: Khói thuốc lá sẽ gây ảnh hưởng trong phạm vi bán kính 7 – 10 m. Những người ở trong khoảng cách này với người hút thuốc sẽ hít phải khói thuốc, trở thành người hút thuốc thụ động và cũng gặp những nguy cơ về sức khỏe.

Tại sao khói thuốc có thể lan rộng đến thế trong không khí?

Hướng dẫn chi tiết:

Khói thuốc có thể lan rộng trong không khí do sự lan truyền của các phân tử khí trong khói qua quá trình phân tán và hấp thụ.

* Giải thích bằng mô hình động học phân tử:

- Khuếch tán: 

+ Các phân tử khí trong khói có khả năng khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. 

+ Do đó, khi một người hút thuốc ở một vị trí cố định, các phân tử khí trong khói sẽ lan truyền ra ngoài không gian xung quanh thông qua quá trình khuếch tán. 

+ Hơn nữa, các hạt này đủ nhỏ để lơ lửng trong không khí trong thời gian dài và di chuyển xa hơn.

- Hấp thụ: 

+ Khi một người hút thuốc tạo ra khói, nó sẽ tạo ra dòng chảy khí nóng, nâng cao và đẩy các phân tử khí trong khói lên cao. 

+ Những phân tử này có thể tiếp tục di chuyển theo dòng khí trong không gian, lan truyền khói qua các vùng khác nhau.

+ Khói thuốc thường nóng hơn không khí xung quanh, khiến nó bốc lên cao và lan rộng ra xa hơn. 

- Trộn lẫn: 

+ Trong không khí, sự trộn lẫn xảy ra liên tục do sự di chuyển của các phân tử khí. 

+ Điều này làm cho các phân tử khí trong khói thuốc phân tán rộng rãi trong không khí xung quanh, không chỉ tập trung ở vị trí người hút thuốc mà còn lan tỏa ra cả phạm vi xung quanh.

+ Trong không gian kín như nhà cửa, văn phòng, quán cà phê, khói thuốc có thể tích tụ và lan rộng nhanh chóng hơn, do không có gió để mang nó ra ngoài.

I. ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC PHÂN TỬ KHÍ

Câu 1: Nếu các hạt phấn hoa có kích thước lớn hơn nữa, ta có thể quan sát được chuyển động Brown không, vì sao?

Hướng dẫn chi tiết:

Nếu các hạt phấn hoa có kích thước lớn hơn, thì khả năng quan sát được chuyển động Brown sẽ giảm đáng kể hoặc thậm chí là không thể quan sát được. 

Bởi vì:

+ Các hạt lớn hơn sẽ trở nên nặng hơn và dễ bị ảnh hưởng bởi trọng lực và ít bị ảnh hưởng hơn với lực tương tác với các phần tử môi trường.

+ Lực trọng lực này sẽ làm cho các hạt lớn không thể di chuyển một cách ngẫu nhiên như các phân tử nhỏ hơn.

Để chuyển động Brown xảy ra thì cần hai điều kiện:

 - Kích thước hạt nhỏ: Hạt phấn hoa cần có kích thước đủ nhỏ để bị ảnh hưởng bởi các va chạm ngẫu nhiên với các phân tử môi trường. Khi kích thước hạt tăng lên, ảnh hưởng của các va chạm này trở nên nhỏ hơn và chuyển động Brown trở nên ít rõ ràng hơn.

- Môi trường chuyển động: Các phân tử trong môi trường chất lỏng hoặc khí cần có chuyển động nhiệt. Chuyển động này tạo ra các va chạm ngẫu nhiên với các hạt phấn hoa, dẫn đến chuyển động Brown. Tuy nhiên, khi kích thước của các hạt tăng lên, sự ảnh hưởng của trọng lực sẽ trở nên đáng kể hơn, làm giảm hoặc ngăn chặn khả năng di chuyển ngẫu nhiên của chúng.

Do đó, khi quan sát các hạt phấn hoa lớn hơn, chúng thường sẽ không thể hiện được chuyển động Brown và không tạo ra các đường gấp khúc không theo trật tự như khi quan sát các phân tử nhỏ hơn.

Câu 2: Nếu động năng của phân tử nước bằng động năng của hạt phấn hoa, hãy so sánh tốc độ của các phân tử nước với tốc độ của hạt phấn hoa.

Hướng dẫn chi tiết:

Nếu động năng của phân tử nước bằng động năng của hạt phấn hoa, thì vận tốc của phân tử nước sẽ lớn hơn đáng kể so với vận tốc của hạt phấn hoa.

Bởi vì: 

+ Động năng phụ thuộc vào tốc độ và khối lượng của phân tử.

+ Khối lượng: Hạt phấn hoa có khối lượng lớn hơn phân tử nước. Do đó, theo định luật bảo toàn động năng, khi động năng của cả hai bằng nhau, phân tử nước sẽ có vận tốc nhỏ hơn do khối lượng lớn hơn, trong khi hạt phấn hoa sẽ có vận tốc lớn hơn do khối lượng nhỏ hơn.

Vì vậy để động năng của phân tử nước bằng động năng của hạt phấn hoa thì tốc độ của phân tử nước nhỏ hơn tốc độ của hạt phấn hoa.

Luyện tập 1: Vì sao có thể cảm nhận được mùi thơm ở khắp phòng sau khi chỉ xịt nước hoa ở một góc phòng?

Hướng dẫn chi tiết:

Cảm nhận được mùi thơm ở khắp phòng sau khi chỉ xịt nước hoa ở một góc phòng liên quan đến hiện tượng khuyếch tán.

* Giải thích bằng chuyển động Brown:

+ Kích thước phân tử: Phân tử nước hoa có kích thước tương đối nhỏ, do đó chúng khuếch tán nhanh chóng trong không khí.

+ Nhiệt độ càng cao thì tốc độ các phân tử chuyển động càng nhanh, càng dễ ngửi thấy mùi thơm.

+ Khi bạn xịt nước hoa ở một góc phòng, các phân tử hương thơm trong nước hoa sẽ lan truyền trong không khí theo cơ chế chuyển động Brown. Trong quá trình này, các phân tử hương thơm sẽ di chuyển ngẫu nhiên và phân tán rộng khắp không gian, do sự va chạm ngẫu nhiên với các phân tử không khí xung quanh.

+ Chuyển động Brown giúp các phân tử hương thơm di chuyển từ vị trí ban đầu ở góc phòng sang các vị trí khác trong không gian, tạo ra một môi trường mùi thơm trong toàn bộ phòng. 

Do đó, bạn có thể cảm nhận được mùi thơm ở khắp phòng sau khi chỉ xịt nước hoa ở một góc phòng.

II. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ

Luyện tập 2: Một phân tử oxygen đang chuyển động qua tâm một bình cầu có đường kính 0,20 m. Tốc độ của phân tử là 400 m/s. Ước tính số lần phân tử này va chạm vào thành bình chứa trong mỗi giây. Coi rằng tốc độ của phân tử là không đổi.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: d = 0,20 m; V = 400 m/s; coi tốc độ của phân tử là không đổi.

Do phân tử oxygen chuyển động qua tâm của bình cầu, một cách lý tưởng:

+ Coi phân tử này chuyển động thẳng và không bị đổi hướng do va chạm với các phân tử khí khác trong quá trình chuyển động.

+ Coi tốc độ của phân tử là không đổi và va chạm là đàn hồi, khi đó va chạm giữa thành bình và phân tử oxygen sẽ làm cho nó chuyển động ngược hướng cũ và cũng đi qua tâm.

=> do vậy khoảng cách giữa 2 lần phân tử này va chạm với thành bình đúng bằng đường kính của bình cầu.

Vậy số lần va chạm vào thành bình chứa trong mỗi giây vào khoảng: 

lần

Vậy ước tính số lần phân tử này va chạm vào thành bình chứa trong mỗi giây khoảng 2000 lần.

Câu 3: Hãy chỉ ra nội dung tương ứng của mô hình động học phân tử chất khí được dùng để mô tả mỗi đặc điểm của khí lí tưởng.

Hướng dẫn chi tiết: