Đáp án Vật lí 12 chân trời Bài 6: Định luật Boyle. Định luật Charles

BÀI 6. ĐỊNH LUẬT BOYLE. ĐỊNH LUẬT CHARLES

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: 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. Vật, đó là những định luật nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Đó là những định luật Boyle và định luật Charles.

+ Định luật Boyle: ở nhiệt độ không đổi, áp suất của một khối lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với thể tích của nó.

+ Định luật Charles: ở áp suất không đổi, thể tích của một khối lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Bởi vì:

- Khi nhân viên y tế đẩy pit-tông, họ đã làm giảm thể tích của khí trong xilanh, từ đó làm tăng áp suất khí. Theo định luật boyle, áp suất tăng thì thể tích khí giảm, do đó tạo lực hút giúp thuốc từ lọ thuốc chảy vào trong xi lanh.

- Tương tự với quá trình lấy máu để xét nghiệm, khi kéo pit-tông, làm tăng thể tích của khí trong xi lanh. Theo định luật charles, thể tích tăng thì nhiệt độ của khí trong xi lanh giảm, tạo sự chênh lệch áp suất giữa khí trong xi lanh và máu trong tĩnh mạch, từ đó giúp máu chảy vào trong xi lanh.

1. TRẠNG THÁI VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA KHÍ

2. ĐỊNH LUẬT BOYLE

Thảo luận 1: Dự đoán mối liên hệ giữa áp suất và thể tích khí nén pit-tông xuống hoặc kéo pit-tông lên.

Hướng dẫn chi tiết:

Dự đoán mối liên hệ giữa áp suất và thể tích khí:

+ Khi nén pit-tông xuống: thể tích khí trong xi lanh giảm, áp suất khí trong xi lanh tăng.

+ Khi kéo pit-tông lên: thể tích khí trong xi lanh tăng, áp suất khí trong xi lanh giảm.

Mối liên hệ giữa thể tích và áp suất: tỉ lệ nghịch. Khi thể tích giảm, áp suất tăng và ngược lại.

Thảo luận 2: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Tính giá trị biểu thức giữa các lần đo:

* Kết luận: p và V tỉ lệ nghịch với nhau theo biểu thức pV = hằng số.

Định luật Boyle: ở nhiệt độ không đổi, áp suất của một khối lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với thể tích của nó.

Thảo luận 3: Từ số liệu Bảng 6.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V trong hệ tọa độ p - V và p - . Nhận xét về dạng đồ thị.

Hướng dẫn chi tiết:         

* Hình ảnh đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và V.

Nhận xét: dạng đồ thị là đường cong hyperbol. Khi V tăng thì p giảm và ngược lại. Tích số pV là một hằng số.

* Hình ảnh đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa p và 1/V.

Nhận xét: dạng đồ thi là đường cong hyperbol. Khi V tăng thì 1/V cũng tăng và ngược lại. Tích số luôn là một hằng số.

Thảo luận 4: Từ Hình 6.4, chứng minh rằng T₂ > T₁.

Hướng dẫn chi tiết:

Từ hình 6.4:

+ Lấy điểm M bất kì trên trục hoành.

+ Từ điểm M, vẽ một đường vuông góc sao cho cắt đồ thị T₁ và T₂.

+ Từ hai điểm cắt đồ thị T₁ và T₂ ta dóng sang trục tung sao cho cắt trục tung tại hai điểm p₁ và p₂.

Tại điểm M (M = hằng số), ứng với trục p, ta có: p₁ < p₂ (1)

Theo phương trình khí: pV = nRT → khi cùng điều kiện, cùng số mol khí mà thể tích không đổi, áp suất tăng thì nhiệt độ cũng tăng. (2)

Kết hợp (1) và (2) ta được:  p₂ > p₁ → T₂ > T₁ (điều phải chứng minh)

Luyện tập: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: V₁ = 9 lít, V₂ = 4 lít

Áp dụng định luật Boyle, khi nhiệt độ không đổi có: pV =  hằng số

→ p₁V₁ = p₂V₂

Vậy áp suất khối khí sau khi nén tăng lên 2,25 lần.

Vận dụng: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

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 bởi vì:

+ Khi kéo pit-tông, thể tích khí trong xilanh tăng. 

+ Theo định luật Boyle, thể tích khí tăng thì áp suất khí sẽ giảm.

+ Do đó: áp suất khí trong xilanh sẽ giảm xuống thấp hơn so với áp suất ban đầu (áp suất môi trường), tạo ra sự chênh lệch áp suất. 

=> chất lỏng sẽ dịch chuyển từ nơi có áp suất cao (lọ thuốc) đến nơi có áp suất thấp (xilanh) giúp ta lấy được thuốc trong lọ.

3. ĐỊNH LUẬT CHARLES

Thảo luận 5: 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 tọa độ V - T, nhận xét dạng đồ thị.

• Rút ra mối liên hệ giữa V và T trong quá trình biến đổi đẳng áp.

--------------------------------------

-------------Còn tiếp------------