Dễ hiểu giải Vật lí 12 Cánh diều Chủ đề 2 bài 1: Mô hình động học phân tử chất khí

Giải dễ hiểu Chủ đề 2 bài 1: Mô hình động học phân tử chất khí. Trình bày rất dễ hiểu, nên tiếp thu Vật lí 12 Cánh diều dễ dàng. Học sinh nắm được kiến thức và biết suy rộng ra các bài tương tự. Thêm 1 dạng giải mới để mở rộng tư duy. Danh mục các bài giải trình bày phía dưới

_{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?

Giải nhanh:

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.

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.

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 các phân tử khí trong khói sẽ lan truyền ra ngoài không gian xung quanh thông qua quá trình khuếch tán

Hấp thụ: Khi một người hút thuốc tạo ra khói

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

Trộn lẫn: Trong không khí

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.

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?

Giải nhanh:
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. Lý do chính là do 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.

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.

Giải nhanh:
Vận tốc của phân tử nước sẽ lớn hơn đáng kể so với vận tốc của hạt phấn hoa.

Lý do là vì phân tử nước có khối lượng nhỏ hơn đáng kể so với hạt phấn hoa. 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.

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?

Giải nhanh:

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.

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.

Giải nhanh:

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

n = v/2R

=> n = 400/0,2 = 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.

Giải nhanh:

Các phân tử khí ở xa nhau và có thể bỏ qua kích thước của chúng: Trong mô hình động học phân tử	Trong mô hình động học phân tử các phân tử khí được giả định có khoảng cách lớn so với kích thước của chúng nên kích thước của các phân tử có thể bị bỏ qua.
Chuyển động hỗn loạn của các phân tử và tăng nhiệt độ:	Mô hình động học phân tử mô tả rằng các phân tử khí chuyển động hỗn loạn và không ngừng. Sự nhanh chậm của chuyển động này tương ứng với nhiệt độ của chất khí, nghĩa là nếu chuyển động nhanh hơn, thì nhiệt độ của chất khí sẽ cao hơn.
Va chạm giữa các phân tử và va chạm với thành bình chứa:	Mô hình động học phân tử mô tả rằng các phân tử khí có thể va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình chứa khí. Các va chạm này góp phần tạo ra áp suất lên thành bình chứa khí.
Va chạm đàn hồi hoàn toàn:	Mô hình động học phân tử giả định rằng các va chạm giữa các phân tử khí là đàn hồi hoàn toàn, tức là không có sự mất đi năng lượng trong quá trình va chạm. Điều này giúp mô hình đơn giản hóa và có thể áp dụng để tính toán các đặc tính của khí lí tưởng.

Vận dụng: Có ý kiến cho rằng: "Bong bóng khí có dạng hình cầu chứng tỏ không có phương ưu tiên trong chuyển động của các phân tử khí." Ý kiến này có đúng không? Vì sao?

Giải nhanh:
Ý kiến đó là không chính xác. Thực tế, dạng hình cầu của bong bóng khí không phản ánh việc không có phương ưu tiên trong chuyển động của các phân tử khí.

Dù bong bóng có dạng hình cầu, các phân tử khí vẫn di chuyển ở tất cả các hướng một cách ngẫu nhiên và độc lập, không có sự ưu tiên nào về hướng chuyển động.

Vì vậy, ý kiến đó không đúng. Dạng hình cầu của bong bóng khí không có liên quan đến việc có hoặc không có phương ưu tiên trong chuyển động của các phân tử khí.