Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

SƠ LƯỢC LÍ LỊCH KHOA HỌC

–&—
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN
1. Họ và tên: Nguyễn Đức Hào
2. Sinh ngày 06 tháng 05 năm 1962
3. Nam, nữ: Nam
4. Địa chỉ: Ấp Sơn Hà – Xã Vĩnh Thanh – Nhơn Trạch - Đồng Nai
5. Điện thoại: 061 3519314
6. Fax:

E-mail:

7. Chức vụ: Tổ trưởng Lý
8. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
-

Học vị cao nhất: Đại Học

-

Năm nhận bằng: 1987

-

Chuyên ngành đào tạo: Cử nhân Vật lý

III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC:

CHƯƠNG I: PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ................................................................9
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHUNG CHO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ............9
PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ
CHƯƠNG I: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH..............................................................................11
A. Phương pháp...............................................................................................................11
B. Các bài tập cụ thể........................................................................................................12
CHƯƠNG II: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG........................................................................16
A. Phương pháp...............................................................................................................16
B. Các bài tập cụ thể........................................................................................................16
CHƯƠNG III: BÀI TẬP ĐỒ THỊ..................................................................................27
PHẦN II:
KẾT LUẬN.....................................................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………...32
PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ……………………………………………………...33

Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 2


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

A – MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Việc học tập môn vật lý muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức cần
phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mô hình vật lý – những sản phẩm do trí
tuệ con người sáng tạo – với thực tiễn khách quan để nắm vững được bản chất của
chúng; biết chúng được sử dụng để phản ánh, miêu tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ nào
của hiện thực khách quan cũng như giới hạn phản ánh đến đâu.
Đối với học sinh trung học phổ thông, bài tập vật lý là một phương tiện quan

triển khả năng tư duy,...giúp học sinh học tập môn Vật lý tốt hơn.
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 3


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
Các bài tập vật lý phân tử và Nhiệt học về chất khí lớp 10, Cơ sở của nhiệt động
lực học (chương VI và chương VIII. SGK Vật Lý 10 nâng cao)
4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:
Phân loại được các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học (Chương VI & VIII) trong
chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao.
Đề ra phương pháp giải bài tập vật lý nói chung, phương pháp giải các loại bài
tập vật lý theo phân loại, phương pháp giải từng dạng bài tập cụ thể của Vật lý phân tử
và nhiệt học (các bài tập cơ bản, phổ biến mà học sinh lớp 10 thường gặp ).
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp...
6. ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI:
Đề tài có thể hỗ trợ cho việc học tập và giảng dạy môn vật lý lớp 10 nâng cao,
làm tài liệu tham khảo cho học sinh và đồng nghiệp.
Qua quá trình nghiên cứu đề tài giúp cho bản thân tôi nâng cao nhận thức về phân
loại và giải các bài tập vật lý phân tử và nhiệt học.
Đề tài:
“ Phân loại và phương pháp giải các bài tập Nhiệt Vật lý 10 về chất khí ”
trong chương VI và chương VIII có nội dung gồm ba phần:
∗ Tóm tắt lý thuyết về vật lý phân tử và nhiệt học.
∗ Phân loại các dạng bài tập trong chương VI và VIII Vật lý lớp 10 nâng cao
∗ Trình bày phương pháp chung để giải bài tập Vật Lý và phương pháp cụ thể

hiện nhiệt độ của hệ.
c. Kích thước phân tử rất nhỏ ( khoảng 10 -10cm) so với khoảng cách giữa chúng.
Số phân tử trong một thể tích nhất định là rất lớn. Trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua
kích thước của các phân tử và coi mỗi phân tử như một chất điểm.
d. Các phân tử không tương tác với nhau trừ lúc va chạm. Sự va chạm giữa các
phân tử và giữa phân tử với thành bình tuân theo những định luật về va chạm đàn hồi
của cơ học Newton. Các giả thuyết a, b đúng với mọi chất khí còn các giả thuyết c, d chỉ
đúng với chất khí lý tưởng.
e. Áp suất:
Định nghĩa: Lực của các phân tử chất khí tác dụng lên một đơn vị diện tích trên thành
bình chính là áp suất của chất khí.

P=

F
∆S

2. Đơn vị của áp suất:
Trong hệ SI, đơn vị áp suất là Newton/met vuông, ký hiệu là N/m 2 hay Pascal, ký hiệu
là Pa:
1N/m2 = 1Pa
Ngoài ra, áp suất còn đo bằng: Atmôtphe kỹ thuật, ký hiệu là at:
1at = 0,981.105N/m2 = 736 mmHg
và Atmôtphe vật lý, ký hiệu là atm:
1atm = 1,013.105N/m2 = 760 mmHg = 1,033 at
II. Các định luật thực nghiệm và phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
1. Mẫu khí lý tưởng có các đặc điểm sau:
- Khí lý tưởng gồm một số rất lớn các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách
trung bình giữa chúng; các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng.
- Lực tương tác của các phân tử là không đáng kể trừ lúc va chạm.


P

T1

4. Định luật Charles ( Quá trình đẳng tích ) :
a. Định luật:
Trong quá trình đẳng tích một lượng khí nhất định, áp
suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

T2

0

V

P
= hằng số ⇔ P ∼ V
T

b. Hệ thức:

P

P1 P2
=
T1 T2

V1
V1 < V2


b. Hệ thức:

V1
V
= 2
T1
T2

Định luật Gay – Lussac viết theo nhiệt giai Celcius:
Vt = V0(1+ αt)
trong đó:
Gv. Nguyễn Đức Hào

P1 < P2
P2
0

T

Trang 6


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Vt : Thể tích khí ở t0C ; V0 : Thể tích khí ở 00C
α=

1
: hằng số nhiệt giãn đẳng áp của chất khí.

m

m : khối lượng chất khí; µ : khối lượng 1 mol khí; µ : số mol khí
9. Nhiệt lượng: Phần năng lượng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền
nhiệt được gọi là nhiệt lượng
Q = mc(t2 − t1)=mc∆t
+ m: khối lượng của vật (kg); c: nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật(J/kg.K);
+ ∆t = t2 − t1: độ biến thiên nhiệt độ (0C)
+ Q > 0: nhiệt lượng thu vào; Q < 0: nhiệt lượng tỏa ra
Phương trình cân bằng nhiệt :
Q1 + Q2 = 0
10. Nội năng:
Nội năng là một dạng năng lượng bên trong của một hệ, nó chỉ phụ thuộc vào
trạng thái của hệ. Nội năng bao gồm tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử
cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử đó.
Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích: Khi nhiệt độ thay đổii thì động năng
của các phân tử thay đổi dẫn đến nội năng của hệ thay đổi; khi thể tích thay đổi thì
khoảng cách giữa các phân tử thay đổi làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi
nên sẽ làm cho nội năng của hệ thay đổi.
Có hai cách làm biến đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt.
III.Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học:
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và
chuyển hóa năng lượng vào các hiện tượng nhiệt.
1. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:
Trong một hệ kín có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng
năng lượng tổng cộng được bảo toàn.
2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lưc học:
Nhiệt lượng truyền cho hệ làm biến thiên nội năng của hệ và biến thành công mà
hệ thực hiện lên các hệ khác.
Gv. Nguyễn Đức Hào

Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái đầu.
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trừ đi nhiệt lượng tỏa ra trong cả chu trình chuyển hết
thành công của chu trình đó.
+ Biểu thức: Q = A
+ Trong đó: A = A1 – A2 > 0: Công trong toàn bộ chu trình.
+ Q = Q1 – Q2 : Tổng đại số nhận được trong chu trình (Q 1 là nhiệt lượng nhân
vào, Q2 là nhiệt lượng tỏa ra).
V. Quá trình đoạn nhiệt:
Trong quá trình đoạn nhiệt hệ được cách nhiệt tốt nên không có sự trao đổi nhiệt
giữa hệ và môi trường xung quanh, nghĩa là: Nếu công thực hiện bởi hệ (A > 0) thì phải
có sự giảm nội năng của hệ; ngược lại, nếu công thực hiện trên hệ (A < 0) thì phải có sự
tăng nội năng của hệ.
Biểu thức: A = - ∆U
VI. Động Cơ Nhiệt:
Động cơ nhiệt là thiết bị biến nội năng của nhiên liệu thành cơ năng.
1.Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt:
Động cơ nhiệt hoạt động được là nhờ lập đi lập lại các chu trình giãn và nén khí.
2. Cấu tạo của động cơ nhiệt:
Gồm 3 phần chính.
a) Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tác nhân có nhiệt độ cao.
b) Bộ phận phát động trong đó tác nhân giãn nở sinh công.
c) Nguồn lạnh nhận nhiệt lượng của tác nhân để tác nhân giảm nhiệt độ.
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 8


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

3. Hiệu suất của động cơ nhiệt:


PHẦN II

PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
Chương I

PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, ở đây ta phân loại bài tập vật lý theo
phương tiện giải và mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh.
I. Dựa vào phương tiện giải có thể chia bài tập vật lý thành các dạng:
1. Bài tập định tính:
Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải chỉ cần làm những phép tính đơn
giản, có thể tính nhẩm, yêu cầu giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong
những điều kiện xác định.
Bài tập định tính giúp hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những quy luật
của chúng, áp dụng được tri thức lý thuyết vào thực tiễn.
2. Bài tập định lượng:
Bài tập định lượng là những bài tập mà khi giải phải thực hiện một loạt các phép
tính và kết quả thu được một đáp số định lượng, tìm được giá trị của một số
đại lượng vật lý.
3. Bài tập thí nghiệm: (không nghiên cứu)
Bài tâp thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời
giải lý thuyết hay tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập.
4. Bài tập đồ thị:
Bài tập đồ thị là những bài tập mà trong đó các số liệu được sử dụng làm dữ kiện
để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, yêu cầu phải biểu diễn quá
trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị.
II. Dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh có thể chia bài tập vật lý
thành các dạng:
1. Bài tập cơ bản, áp dụng:

III. Xây dựng lập luận:
Xây dựng lập luận là tìm mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện đã cho. Đây là bước
quan trọng của quá trình giải bài tập.
Cần phải vận dụng những định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối
quan hệ nêu trên. Có thể đi theo hai hướng để đưa đến kết quả cuối cùng:
- Xuất phát từ ẩn số, đi tìm mối quan hệ giữa một ẩn số với một đại lượng nào đó bằng
một định luật, một công thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi
công thức đó theo các dữ kiện đã cho để dẫn đến công thức cuối cùng chỉ chứa mối
quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho.
- Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức
diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lượng khác để đi đến công thức
cuối cùng chỉ chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho.
IV. Biện luận:
Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều
kiện của đề bài và không phù hợp với thực tế.
Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết quả
tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết quả
không.

PHẦN III
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 10


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ
Chương I


Dạng bài tập này yêu cầu phải dựa vào những điều kiện cụ thể đã cho ở đề, tìm
những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng sẽ diễn ra cũng như
quá trình diễn ra hiện tượng đó.
4. Biện luận:
Phân tích xem hiên tượng được giải thích (hay dự đoán) như thế đã phù hợp với
các yêu cầu và các dữ kiện của đề bài cũng như đã phù hợp với thực tế hay chưa.
Kiểm tra lại toàn bộ quá trình giải bài tập và nêu kết quả cuối cùng.
B. CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ VỀ CHẤT KHÍ
I. Thuyết động học phân tử về chất khí:
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 11


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Bài tập mẫu
Bài 1. Dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Boyle – Mariotte (B –M)
Hướng dẫn
Đề bài yêu cầu giải thích định luật B - M một cách định tính dựa trên cơ sở của
thuyết động học phân tử. Vì định luật B - M được thành lập trên cơ sở tính toán định
lượng theo thuyết động học phân tử của khí lý tưởng nên yêu cầu trước tiên là phải phát
biểu lại định luật B - M và nắm được nội dung của thuyết động học phân tử về khí lý
tưởng.
Hướng dẫn
Nguyên nhân gây ra áp suất chất khí là do sự va chạm của các phân tử khí lên
thành bình. Độ lớn áp suất phụ thuộc vào số va chạm và cường độ va chạm.
Theo thuyết động học phân tử thì:
- Số va chạm phụ thuộc vào:
+ Mật độ phân tử khí n : Mật độ phân tử càng lớn thì số va chạm càng lớn và

tử chuyển động nhiệt chậm hơn, số va chạm giữa các phân tử giảm làm quá trình hòa
tan đường diễn ra chậm hơn.
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 12


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Bài 3. Vì sao khi chế tạo những chiếc phễu người ta thường làm những cái gân nổi dọc
theo mặt ngoài của cuống phễu.
Hướng dẫn
Nếu không có gân nổi thì khi đặt vào cổ chai, cuống phễu sẽ áp sát vào cổ
chai. Khi chất lỏng đổ vào phễu liên tục sẽ trở thành một cái nút ngăn cách không khí
trong chai và không khí bên ngoài.
Ban đầu, áp suất khí trong chai và bên ngoài bằng nhau, khi chất lỏng đổ
vào chai sẽ chiếm chổ của khí trong chai làm thể tích khí trong chai giảm. Theo định
luật B-M thì thể tích và áp suất chất khí tỉ lệ nghịch với nhau. do đó khi thể tích khí
trong chai giảm thì áp suất khí trong chai sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất không khí bên
ngoài gây khó khăn cho việc đổ chất lỏng vào chai.
Khi sử dụng phễu có gân thì cuống phễu sẽ không áp sát vào cổ chai nên áp suất
không khí trong chai luôn cân bằng với áp suất không khí bên ngoài giúp việc đổ chất
lỏng vào chai dễ dàng hơn.
Bài tâp cơ bản
1. Hãy dùng thuyết động học phân tử giải thích các định luật Gay - Lussac và
Charles.
2. Vì sao khi than đang cháy lại phát ra tiếng nổ lách tách và có những tia lửa bắn ra?
3. Hai bình có thể tích giống nhau chứa không khí ở áp suất bình thường và được đậy
kín bằng những cái nút. Khi nung khí trong hai bình đến cùng một nhiệt độ nào đó thì
áp suất ở hai bình có còn bằng nhau không?

Chính cấu tạo của phích làm cho phích có thể giữ nhiệt được.
- Sau khi đổ nước sôi vào phích, đóng kín miệng phích bằng nút mềm, không khí
trong phích bị nóng lên. Không khí nóng bên trong không thể thoát ra ngoài và không
khí lạnh bên ngoài cũng không thể vào trong phích, sự đối lưu nhiệt hoàn toàn bị cắt
đứt.
- Khoảng giữa hai lớp thủy tinh là chân không, không có phân tử khí nào, do
không có sự chuyển động cũng như sự va chạm giữa các phân tử nên không có sự
truyền động năng từ phân tử có nhiệt độ cao đến phân tử có nhiệt độ thấp hơn, tức là
hiện tượng truyền nhiệt của chất khí trong khoảng này không diễn ra . Con đường
truyền nhiệt cũng bị cắt đứt.
- Mặt của ruột phích được tráng một lớp thủy ngân mỏng nên sự bức xạ nhiệt bị
phản xạ của lớp thủy ngân và bị chặn lại bên trong ruột phích. Như vậy, con đường bức
xạ nhiệt cũng bị cắt đứt.
Do cả ba cách truyền nhiệt đều không được thực hiện nên nước trong phích được
giữ nóng.
Cần lưu ý, trong thực tế, hiệu quả cách nhiệt của phích chỉ đến một giới hạn nhất
định nào đó. Do đó, phích không thể giữ nước nóng mãi được.
Bài tập cơ bản
1. Vì sao đèn kéo quân lại tự động quay được ?
2. Tại sao một giọt mực sau khi khuếch tán trong không khí sẽ không bao giờ tự động
thu lại được nữa ?
3. Hãy liệt kê các cách làm tăng hiệu quả số va chạm phân tử trong một đơn vị thời gian
của chất khí.
4. Giải thích định tính mối liên hệ giữa quãng đường tự do trung bình của các phân tử
amôniac Và thời gian cần thiết để ngửi thấy mùi amôniac khi bình được mở trong
phòng.
5. Tại sao khói bốc lên mà không chìm xuống từ một ngọn nến? Giải thích bằng ngôn
ngữ sự va chạm phân tử.
III. Nội năng của khí lý tưởng:
Bài tập mẫu

Bài tập cơ bản:
1. Lấy một đồng xu cọ xát lên mặt bàn ta thấy đồng xu bị nóng lên. Bỏ đồng xu vào một
cốc nước ấm ta cũng thấy đồng xu nóng lên. Hãy giải thích vì sao?
Trong trường hợp nào đồng xu nhận một nhiệt lượng?
2. Thả một quả bóng cao su xuống đất, bóng bị nảy lên. Nhưng nếu bóng thủng một lỗ
thì nó không nảy lên được. Hãy giải thích vì sao?
3. Một quả bóng rơi từ độ cao h1 xuống đất và nảy lên độ cao h2 .
a. Vì sao thực tế h2 < h1 ?
b. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học áp dụng cho trường hợp này như
thế nào?
c. Độ biến thiên nội năng trong trường hợp này có tác dụng gì?
4. Hiệu suất của một động cơ nhiệt lí tưởng là bao nhiêu nếu nó đồng thời thực hiện
công A và truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng Q ?
5. Trong trường hợp nào thì một khối khí khi lạnh đi tỏa ra một nhiệt lượng nhỏ hơn
nhiệt lượng đã dùng để nung nóng nó. Trường hợp này có mâu thuẫn với định luật bảo
toàn và chuyển hóa năng lượng không?

Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 15


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Chương II

BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG
A. PHƯƠNG PHÁP :
Muốn giải được một bài tập định lượng trước hết cần phải biết đề bài đề cập đến
hiện tượng gì và toàn bộ quá trình diễn ra hiện tượng ấy. Vì vậy, phần đầu của một bài

Bài tập mẫu:
Bài 1. Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 6 lít đến thể tích 4 lít, áp suất khí tăng thêm
0,75 atm. Tìm áp suất ban đầu của khí.
Hướng dẫn
Đề bài cho biết quá trình nén khí là quá trình nén đẳng nhiệt nên có thể áp dụng định
luật B-M.
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 16


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

- Liệt kê hai trạng thái của khối khí:
+ Trạng thái 1:
V1 = 6 lít
P1 = ?
+ Trạng thái 2:
V2 = 4 lít
P2 = P1 + 0,75 atm
- Áp dụng định luật B - M cho hai trạng thái của khối khí:
⇒ P1V1 = (P1 + 0,75).V2
⇔ P1V1 = P1V2 + 0,75.V2
⇔ P1 =

P1V1 = P2V2

0,75V2
V1 − V2


0,5P0

h = ρg

Thay số, ta được độ sâu của hồ:

h=

0,5.10 5
=5m
10 3.10

Bài 3. Một ống dài tiết diện nhỏ có một đầu kín và một đầu hở bên trong có chứa thủy
ngân chiếm một đọan dài h = 12,5cm. Nếu dựng ống thẳng, đầu hở quay lên trên thì đáy
cột thủy ngân cách đáy ống một khoảng là l 1=5cm. Nếu đầu hở quay xuống dưới thì
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 17


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

khoảng cách ấy là l2=7cm. Trong khoảng ấy có không khí. Tính áp suất của khí quyển
p0. Biết nhiệt độ khí quyển không đổi.
Hướng dẫn
Nhiệt độ khí quyển không đổi nên có thể áp dụng định luật (B - M )
Gọi S là tiết diện của ống. Áp suất gây bởi trong lượng cột thủy ngân chính bằng chiều
cao của cột thủy ngân: ph = h
- Liệt kê hai trạng thái của khối khí bị giữ trong ống:
+ Khi đầu hở của ống hướng lên :

(2)

Thường thì nên áp dụng công thức (2):
+ Liệt kê các trạng thái của chất khí.
+ Áp dụng công thức (2).
+ Cần đổi toC ra ToK : T0K = 273 + toC
Dạng toán này thường được áp dụng cho chất khí chứa trong bình hàn kín.
Bài tập mẫu:
Trong một bình chứa khí ở nhiệt độ 27 oC và áp suất 2 atm. Khi nung nóng đẳng
tích khí trong bình lên đến 87oC thì áp suất của khí lúc đó là bao nhiêu?
Hướng dẫn
Đề bài đề cập đến quá trình đẳng tích nên có thể áp dụng định luật Charles
để giải .
- Liệt kê hai trạng thái khí:
+ Trạng thái 1:
t1 = 27oC ⇒ T1 = 273 + 27 = 300K
P1 = 2 atm
+ Trạng thái 2:
t2 = 87oC ⇒ T2 = 87 + 273 = 360K
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 18


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

P2 = ?
- Áp dụng định luật Charles:
Suy ra:


ĐS: 2 lần
o
Bài 4. Khi đun nóng đẳng tích một khối khí thêm 1 C thì áp suất khí tăng thêm 1/360 áp
suất ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu của khí.
ĐS: 87oC
3. Các bài toán về quá trình đẳng áp - Định luật Gay - Lussac:
Phương pháp:
- Nếu đề cho Vo, áp dụng công thức : Vt = Vo (1 + αt )
- Nếu đề không cho Vo, áp dụng công thức :

V1 V2
=
T1
T2

(1)
(2)

Chú ý:
+ Khi áp dụng công thức (2) cần liệt kê các trạng thái của khí và đổi toC ra ToK.
+ Trong dạng bài tập này áp suất khí không đổi thường là do cân bằng với áp suất khí
quyển.
Bài tập mẫu:
Một bình dung tích V = 15 cm 3 chức không khí ở nhiệt độ t 1 = 177oC, nối với một ống
nằm ngang chứa đầy thủy ngân, đầu kia của ống thông với khí quyển. Khối lượng thủy
ngân chảy vào bình khi không khí trong bình được làm lạnh đến nhiệt độ t 2 là m = 68g.
Tìm t2 , xem dung tích của bình không đổi và khối lượng riêng của thủy ngân là ρ =
13,6 g/cm3.

Gv. Nguyễn Đức Hào

V1 V2
=
T1
T2
V .T
T2 = 2 1 = 3000K
Suy ra:
V1
4. Các bài toán về hỗn hợp khí – Định luật Dalton:
Phương pháp
Định luật Dalton được dùng trong những bài toán về một hỗn hợp khí bao gồm n chất
khí thành phần với khối lượng lần lượt là m1, m2,……,mn chứa trong một bình có thể
tích V.
Khi cần tính áp suất của hỗn hợp khí hay áp suất riêng phần của một chất khí trong hỗn
hợp có thể áp dụng công thức:
P = P1 + P2 + ….+ Pn
Bài tập mẫu
Có hai bình chứa hai chất khí khác nhau thông với nhau bằng một ống thủy tinh có
khóa. Thể tích của bình thứ nhất là V1, thể tích của bình thứ hai là V2. Khi chưa mở
khóa, áp suất ở hai bình lần lượt là P1 và P2. Mở khóa để hai bình thông nhau nhưng
nhiệt độ vẫn giữ không đổi. Tính áp suất của hỗn hợp khí trong hai bình khi đã thông
nhau.
Hướng dẫn giải
Gọi P1; P2 lần lượt là áp suất riêng phần của hai chất khí khi bình đã thông với nhau. Do
nhiệt độ vẫn giữ không đổi nên có thể áp dụng định luật B-M cho từng chất khí:
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 20



(1)
T1
T2
+ Liệt kê các trạng thái của khối khí.
+ Áp dụng phương trình (1).
Cần chú ý đổi nhiệt độ toC ra nhiệt độ ToK.
-Nếu bài toán có liên quan đến khối lượng của khối khí thì sử dụng phương trình
Claypeyron – Mendelev:
m
RT
P.V =

µ

Ngoài ra còn các dạng bài tập khác về phương trình trạng thái của khí lý tưởng như :
phương trình trạng thái áp dụng cho hỗn hợp khí hay phương trình
trạng thái kết hợp với định luật Acsimet, ... Tùy vào từng điều kiện của đề bài mà vận
dụng kết hợp các công thức, biến đổi hợp lý.
Bài tập mẫu:
Bài 1. Nếu thể tích của một lượng khí giảm 1/10, nhưng nhiệt độ tăng thêm 16 oC thì áp
suất tăng 2/10 so với áp suất ban đầu. Tính nhiệt độ ban đầu.
Hướng dẫn
Bài toán có liên quan đến sự biến đổi trạng thái của chất khí nên áp dụng
phương trình trạng thái.
- Liệt kê hai trạng thái của khối khí:
+ Trạng thái 1:
Khối khí ở nhiệt độ T1, thể tích V1, áp suất P1.
+ Trạng thái 2:
T2 = T1 + 16
V2 = 1 - 1/10 = 0,9V1

mol của Hydro và Hêli trong hỗn hợp .
- Áp dụng phương trình Claypeyron – Mendelev cho từng chất khí :
m1
RT
+ Đối với Hydrô: P1V =
(1)
µ1
m2
RT
+ Đối với Hêli:
P2 V =
(2)
µ2
- Cộng hai phương trình (1) và (2):
m
m

(P +P )V = 1 + 2
1
2
µ2
µ
 1



RT




=
+ Suy ra khối lượng khí Hydrô trong hỗn hợp là: 1
1
1
−
µ
µ
1
2
pV m
−
RT µ
2
Khối lượng khí Hêli trong hỗn hợp là: m2 = m – m1 = m − 1
1
−
µ
µ
1
2

Bài 3. Hai bình cầu A và B chứa cùng một chất khí
được nối với nhau bằng một ống nằm ngang có tiết
diện nhỏ, ở giữa ống có một giọt thuỷ ngân ngăn cách
hai bình (hình vẽ). Lúc đầu nhiệt độ của lượng khí
trong bình A là 0oC và bình B là 20oC. Hỏi giọt thuỷ
ngân trong ống nằm ngang có dịch chuyển không ?
a. Khi tăng nhiệt độ tuyệt đối của khí ở cả hai
bình lên gấp đôi.
Gv. Nguyễn Đức Hào

T

A
A
a) Nếu tăng nhiệt độ tuyệt đối ở mỗi bình lân gấp đôi thì tỉ số T ′ = T không đổi, do đó
B
B

VA
không thay đổi : giọt thuỷ ngân không di chuyển.
VB
b) Bây giờ T A′ = T A + 10 và TB′ = TB + 10 tương tự như ( 1 ) ta có :
V A′ m AT A′
=
(2)
V B′ m B TB′
T A′
TA
So sánh hai tỉ số T ′ và T , ta có :
B
B
T A′ T A T A + 10 T A 10(TB − T A )
−
=
−
=
TB′ TB TB + 10 TB TB (TB + 10)
T A = 0 + 273 = 273K

Theo đề bài :

Phương pháp
- Áp dụng nguyên lý I của nhiệt động lực học: Q = A + ∆U
+ Q : nhiệt lượng trao đổi giữa hệ và môi trường ngoài:
Gv. Nguyễn Đức Hào

Trang 23


Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Q > 0 : hệ thu nhiệt
Q < 0 : hệ tỏa nhiệt
+ A : Công do hệ thực hiện :
A > 0 : hệ sinh công dương (công phát động).
A < 0 : hệ sinh công âm (công cản).
Trong quá trình biến đổi, nếu hệ chịu tác dụng của lực ngoài nào đó sinh công A' thì :
A = −A'
+ ∆U : Độ biến thiên nội năng của hệ (theo nhiệt độ, kích thước hay hình dạng
của hệ).
∆U > 0 : nội năng tăng
∆U < 0 : nội năng giảm
- Cần chú ý đổi đơn vị của các đại lượng cho phù hợp.
Công của khí lý tưởng :
- Quá trình đẳng áp : A = p∆V = p(V2 - V1 )
+ Khí dãn nở : ∆V > 0 ⇒ A > 0
+ Khí bị nén : ∆V < 0 ⇒ A < 0
Lưu ý:
+ Khi cho p (áp suất) : A = p (V2 – V1)
PV




Phân loại & Phương pháp giải Bài tập Nhiệt Vật Lý 10 về chất khí

Q = ∆U - A' = 0
Suy ra độ tăng nội năng của hệ :
∆U = A' = W1 - W2 = mg(h1 - h2)
- Thay số:
∆U = 0,3 (J)
Nội năng tăng làm tăng nhiệt độ của hệ và có thể làm biến dạng quả bóng, đất.
A' = W1 - W2 = Wt1 - Wt2 = ∆Wt : Công sinh ra trong quá trình biến đổi bằng độ giảm
thế năng.
Bài tập luyện tập
Một viên đạn chì có nhiệt dung riêng 0,13kJ/kg.độ rơi không ma sát từ độ cao h xuống
và va chạm mềm với đất. Nếu 50% độ tăng nội năng của đạn được biến thành nhiệt làm
nóng viên đạn thì khi chạm đất đạn nóng thêm 5oC.
Lấy g =10m/s2. Tính h ?
ĐS: 130m
Bài tập mẫu
4
Bài 2. Một lượng khí ở áp suất 2.10 N/m2 có thể tích 6.10-3m3 ở nhiệt độ 27oC được
nung nóng đẳng áp đến nhiệt độ 87oC.
a. Tính công do khí thực hiện được.
b. Tìm độ biến thiên nội năng của khí. Biết khi nung nóng khí nhận nhiệt
Hướng dẫn
a. Công do khí thực hiện:

T V

V1