intTypePromotion=1

Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về khí lý tưởng - Lý 10

Chia sẻ: Abcdef_48 Abcdef_48 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
1.128
lượt xem
43
download

Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về khí lý tưởng - Lý 10

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Qua bài học học sinh vận dụng phương trình cơ bản thuyết động học phân tử chất khí lí tưởng để giải các câu hỏi và bài tập nâng cao. Viết được phương trình cơ bản thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về khí lý tưởng - Lý 10

  1. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI Tiết 05 Bài Tập – Câu Hỏi PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ KHÍ LÝ TƯỞNG I. MỤC TIÊU Vận dụng phương trình cơ bản thuyết động học phân tử chất khí lí tưởng để giải các câu hỏi và bài tập nâng cao. II. KIỂM TRA BÀI CỦ 1/ Viết phương trình cơ bản thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng ? 2/ Viết công thức liên hệ giữa nhiệt độ và động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử ? Từ đó em rút ra kết luận gì ? 3/ Viết công thức mật độ phân tử ? Phương trình Mendeleev – Clapeyron ? R = 1,38.10-23 4/ Chứng minh : K  NA III. NỘI DUNG BÀI GIẢNG Phần làm việc của Giáo Viên Phần ghi chép của học sinh GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 1 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  2. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI CÂU HỎI LÝ THUYẾT CÂU HỎI LÝ THUYẾT Câu 1) Câu 1) Hãy trình bày mô hình khí lí tưởng. H ãy chứng tỏ đó là sự vận dụng quan điểm hạt về cấu tạo vật chất và cơ học GV : hướng dẫn học trả lời 4 ý Newton vào việc nghiên cứu chất khí. Hãy dùng mô hình khí lí chính trong câu hỏi này ! tưởng để giải thích nguyên nhân gây ra áp suất của khí lên thành bình. GV:     * Mô hình khí lí tưởng : Giữa thế kỉ XIX , Kronic và Claudiut phát triển mô hình động học của chất khí : + Chất khí được cấu tạo từ vô số các phân tử chuyển động hổn độn không ngừng cả về hướng lẫn vận tốc. + Vì thể tích riêng của các phân tử khí không đáng kể so với thế tích của bình chứa nên các phân tử khí được coi là những chất điểm có khối lượng và vận tốc của phân tử. + Vì các phân tử khí ở rất xa nhau, lực tương tác giữa chúng rất yếu. Do đó người ta coi các phân tử khí chỉ tương tác khi va chạm, còn khi chưa va chạm thì tương tác giữa chúng có thể bỏ qua. + Va chạm giửa các phân tử khí với nhau hoặc với thành bình chứa là là va chạm tuyệt đối đàn hồi. * Sự vận dụng quan điểm hạt về cấu tạo vật chất và cơ học Newton vào việc nghiên cứu chất khí - Để nghiên cứu chất khí, người ta đã vận dụng quan điểm hạt về cấu tạo vật chất ở điểm là việc dùng các mô hình như mô hình tĩnh học : “Chất khí là do các hạt vật chất hình cầu rất nhỏ tạo thành …” GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 2 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  3. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI GV:     - R ồi đến mô hình động học của chất khí : “ Chất khí được cấu tạo từ những hạt không đứng yên mà chuyển động hỗn độn không GV diễn giảng cho HS ngừng trong khi chuyển động các hạt này va chạm vào thành bình gây áp suất lên thành bình” __________________ __________________ - Trong mô hình khí lí tưởng : __________________ + Chất khí được cấu tạo từ vô số các phân tử chuyển động hổn độn __________________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ không ngừng cả về hướng lẫn vận tốc. __________________ - Khi nghiên cứu đến mật độ phân tử người ta cũng dùng đến quan __________________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ điểm các hạt để hình thành khái niệm này : __________________ Trong 1 lít khí ở điều kiện chuẩn, phân tử chuyển động hoàn __________ toàn về mọi phía nên khi không có ngoại lực tác dụng hoặc tác dụng của ngoại lực không đáng kể , thì các phân tử khí phân bố đều trong toàn bộ thể tích khí và mật độ phân tử khí có độ lớn bằng nhau tại mọi điểm của bình chứa. * Giải thích nguyên nhân gây ra áp suất của khí lên thành bình. Xét một lượng khí trong một bình kín. Khi đó vô số phân tử khí chuyển động hỗn độn va chạm liên tục lên thành bình sẽ tác dụng lên thành bình một áp lực đáng kể  Vận tốc của chúng khi va chạm cũng như số va chạm lên thành bình trong mỗi đơn vị thời gian cũng thay đổi  Áp suất chất khí tác dụng lên thành bình cũng thay * Giải thích nguyên nhân gây đổi quanh một giá trị trung bình nào đó. Khi nói tới áp suất chất khí ra áp suất của khí lên thành là ta nói tới giá trị trung bình này. bình. GV:     GV cần cho Hs giải thích phần này ! Câu 2) Hãy nêu một ví dụ về qui luật thống kê. Hãy chứng tỏ là GV gợi ý : Xét một lượng khí GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 3 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  4. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI trong một bình kín. Khi đó vô số có thể áp dụng các quy luật thống kê vào mô hình khí lí tưởng. phân tử khí chuyển động hỗn độn  vận tốc phương trình  * Các thí dụ về qui luật thống kê : áp suất lên thành bình  áp suất khí trung bình. Thí dụ : Khi ta gieo một đồng xu lên mặt bàn vài lần thì việc xuất Câu 2) hiện mặt trái hay mặt phải đồng xu là một sự ngẫu nhiên, nhưng nếu gieo hàng ngàn lần thì sự xuất hiệm mặt trái và mặt phải đồng xu lại  tuân theo quy luật xấp xỉ bằng nhau. * Các thí dụ về qui luật thống Thí dụ : Ta cho 3 quả bi đỏ – xanh – trắng vào hộp rồi lần lượt lấy kê : ra từng quả, nếu lấy vài lần thì sự xuất hiện quả bi đỏ, xanh hay trắng là sự ngẫu nhiên. Nhưng nếu lấy hàng ngàn lần thì việc xuất GV : Ngoài hai thí dụ mà Thầy hiện các quả bi đỏ, xanh hay trắng lại tuân theo một quy luật bằng đã giảng trong phần lý thuyết qui nhau. luật thống kê, bây giờ các em hãy nêu quy luật thống kê của thí * Người ta có thể áp dụng quy luật thống kê vào mô hình khí lí dụ sau đây. Chẳng hạn như bây tưởng : giờ Thầy gieo hai đồng xu xuống mặt đất, các em cho biết tính Trong mô hình khí lí tưởng, khi xét đến mật độ phân tử khí ta nhận thống kê của sự xuất hiện mặt thấy : Trong 1 lít khí ở điều kiện chuẩn, phân tử chuyển động hoàn phải và mặt trái của đồng xu ?  toàn về mọi phía nên khi không có ngoại lực tác dụng hoặc tác dụng HS :   của ngoại lực không đáng kể , thì các phân tử khí phân bố đều trong toàn bộ thể tích khí và mật độ phân tử khí có độ lớn bằng nhau tại GV : Một thí dụ về việc lấy ba mọi điểm của bình chứa. quả bi đỏ – trắng – xanh Trong việc nghiên cứu vận tốc của các phân tử chất khí ta nhận HS :     thấy ở điểm : Giá trị trung bình của bình phương các hình chiếu của GV : Áp dụng quy luật thống kê vận tốc lên trục Ox vào mô hình khí lí tưởng : v12x  v 2 x  ...  v Nx 2 2 2 v >0 x N GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 4 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  5. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI GV :     Vì v 2  v x  v 2  v z nên ta có : 2 2 y __________________ v 2  v x2  v y2  v z2 __________________ __________________ S ố lượng các phân tử rất lớn và chúng chuyển động hoàn toàn hổn __________________ độn, không có hướng nào là hướng ưu tiên, theo quy luật thống kê __________________ thì : __________________ _______ v2 v x2  v y2  v z2  v x2  3  Câu 3) Hãy chứng tỏ rằng thuyết động học phân tử là sự vận dụng cơ học Newton và quy luật thống kê vào chất khí - Cơ học Newton đã được vận dụng ở những nội dung nào trong bài ? - Quy luật thống kê đã được vận dụng vào những nội dung nào trong bài ? * Cơ học Newton đã được vận dụng ở nội dung : Tính áp suất của chất khí khi xây dựng phương trình cơ bản khí lí tưởng bằng việc vận dụng định luật III Newton để xác định lực trung bình * Quy luật thống kê đã được vận dụng vào những nội dung - Xác định mật độ phân tử khí - Xác định vận tốc toàn phương trung bình của các phương trình khí. Câu 3) 4) Tính xung lực của một phân tử khí tác dụng lên thành bình ; Từ đó tính lực trung bình của một phân tử khí, lực trung bình GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 5 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  6. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI của N phân tử khí tác dụng lên thành bình trong 1 đơn vị thời gian và suy ra công thức tính áp suất chất khí * Cơ học Newton đã được vận dụng ở nội dung … Ta giả sử bình khí có dạng hình hộp lập phương cạnh l. Vì số phương trình khí có trong bình rất lớn và chúng chuyển động hỗn * Quy luật thống kê đã được độn nên theo quy luật thống kê , số phân tử khí va chạm vào mỗi vận dụng vào những nội dung … mặt của bình chứa trong cùng một thời gian đều bằng nhau  Áp suất của chất khí tác dụng lên mọi mặt cũng đều bằng nhau. GV :     Giả sử 1 phân tử khối lượng m chuyển động với vận tốc v có hình __________________ chiếu lên các trục là vx, vy, vz đến va chạm vào thành bình ABCD. __________________ Vì va chạm là đàn hồi nên sau khi va chạm chỉ có hình chiếu của __________________ vận tốc lên trục Ox là đổi dấu. __________________ __________________ Độ biến thiên động lượng của phân tử khí sau khi va chạm là : __________________ _______ ( - mvx ) – ( + mvx) = - 2mvx  Theo định lí biến thiên động lượng : f’t = - 2mvx Theo định luật Newton III, phân tử tác dụng lên thành bình một lực F Câu 4) ft = 2mvx GV diễn giảng : Để tính áp suất của chất khí ta phải tính lực trung bình mà phân tử khí tác dụng lên thành bình trong một đơn vị thời gian. Giữa 2 va chạm liên tiếp của một phân tử lên thành bình bên phải ABCD, phân tử phải đi một đoạn đường là 2l trong khoảng thời gian GV :     t : __________________ __________________ GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 6 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  7. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI __________________ 2l 2l  t  vx  t vx __________________ __________________ Lực trung bình trong một đơn vị thời gian : ______ 2  ft 2mv x mv x f   2l t l vx Lực trung bình F của N phân tử tác dụng lên thành bình : 2 Nmv x F l Áp suất khí tác dụng lên thành bình ABCD : F Nmv x2 Nm 1 2 P   (v) S lS lS 3 Nm 1 2  (v) V3 N Trong đó = n là mật độ khí, ta có : V 1 nmv 2 p= (1) 3 mv 2 2  Wd  p = nWd (2) Vì 2 3 P hương trình (1) và (2) gọi là phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng. 5) Viết biểu thức của phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng. Nêu ý nghĩa các đại lượng có mặt GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 7 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  8. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI trong phương trình này. P hương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lí tưởng : 1 2 nmv 2 hay p = nWd (2) p= 3 3 Trong đó : + p : Áp suất chất khí tác dụng lên thành bình (Pa) + n : Mật độ phân tử khí có trong bình chứa (hạt/đơn vị thể tích) + v : Vận tốc trung bình của các phân tử chuyển động nhiệt (m/s) + Wd : Động năng trung bình của các phân tử (J) 6) Xây dựng biểu thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ và động năng trung bình của phân tử. Từ biểu thức này có thể rút ra kết luận gì ? 2 2 nWd ta có thể viết : p.V = nWd .V Từ phương trình p = 3 3 N  N = n.V Vì n = V Khi đó ta có : 2 NWd (3) p.V = 3 Mặt khác với một lượng khí xác định ta có : GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 8 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  9. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI p.V  const  p.V = C.T (4) T trong đó C là một hằng số Từ (3) và (4) ta suy ra được : 2N T Wd 3C C Với N, C là hằng số. Đặt k = N Câu 5) 2 Khi đó ta có : T  Wd (5) 3k với k là hằng số Bôndơman * Kết luận : Nhiệt độ tuyệt đối T tỉ lệ với động năng trung b ình của các phân tử . Do đó ta có thể coi nhiệt độ là số đo động năng GV :     trung bình của các phân tử. Kết luận này không những đúng đối với HS tự trình bày cách trả lời chất khí lí tưởng, mà còn đúng cả đối với chất khí thực, chất lỏng và chất rắn. cho câu hỏi này    BÀI TẬP NÂNG CAO GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 9 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  10. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI Bài 1 : Một phân tử agon bay với vận tốc 500 m/s va chạm đàn hồi vào thành bình theo hướng tạo với pháp tuyến của thành bình một góc 600. Tính xung lực mà phân tử tác dụng lên thành bình ? Bài giải : GV :     Xung lực mà phân tử tác dụng lên thành bình : __________________ __________________  F.t = 2mvx = 2mv.cos = 2. v.cos __________________ NA __________________ __________________ 40.10 3 500.cos 600 = 3,310-23 N.s = 2. __________________ 6,02.10 23 __________________ __________________ __________________ 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Bài 2 : Muốn cho chất khí ở nhiệt độ 300 K tác dụng lên thành bình áp suất 0,1 Pa thì mật độ khí phải bằng bao nhiêu ? _______ Bài giải : Mật độ phân tử khí : p n= KT  Bài 3 : Tính vận tốc trung bình của phân tử khí nitơ ở nhiệt độ 10000C và 00C. Biết  = 28. Bài giải Vận tốc trung bình của các phân tử khí Nitơ ở 10000C GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 10 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  11. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI 3RT v2  =  Vận tốc trung bình của các phân tử khí Nitơ ở 00C 3RT v2  =  BÀI TẬP NÂNG CAO GV :     __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ __________________ GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 11 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
  12. VẬT LÝ 10 TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI __________________ __________________ __________________  IV. DẶN DÒ Học sinh về nhà làm các bài tập sau đây : Bài 01 : Có 20g O2 ở nhiệt độ 200C Bài 03 : Một bình chứa khí ở nhiệt độ 270C và áp suất 4 at. Nếu ½ khối khí thoát ra khỏi bình và nhiệt 1) Tính thể tích khối khí khi áp suất khối khí : độ hhạ xuống tới 12 0C thì khí trong bình còn lại sẽ có áp suất là bao nhiêu ? a) P = 2 at Bài 04 Người ta bớm khí H2 vào một bình cấu có b) P = 1,5.105 N/m2 thể tích V = 10l. sau khi bơm xong, áp suất khí trong bình là 1 at, nhiệt độ 200C. Hỏi phải bơm bao 2) Với áp suất P = 2 at ta hơ nóng đẳng áp khối nhiêu lần, biết mỗi lần bơm đã đưa được 0,05g khí khí tới thể tích V = 10l. Tính nhiệt độ của khối khí H2 vào bình cầu và lúc đầu bình cầu xem như chưa sau khi hơ nóng . có khí H2 ? Bài 02 : Một chất khí có khối lượng m = 1,025g ở Bài 05 : Ban đầu một bình chứa khí có áp suất P1 = nhiệt độ 270C có áp suất 0,5 at và thể tích 1,8 l 2.107 Pa , nhiệt độ t1 = 470C. Sau đó khí thoát ra ngoài làm áp suất khí trung bình là P2 = 5.106 Pa, Hỏi khó đó là khí gì ? a) nhiệt độ t2= 70C . Khối lượng bình khí ( cả vỏ bình và khí ) đã giảm đi m = 1kg. Hỏi khối lượng khí b) Vẫn ở 270C, với 10g khí nói tr ên và có thể có trong bình lúc đầu ? tích 5 lít thì áp suất là bao nhiêu ? GA CHUYÊN ĐỀ VL 10 BAN TN - 12 GV : ĐỖ HIẾU THẢO
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2