Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Giải Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
• Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 59: Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Câu c1 (trang 295 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Tìm mối liên hệ giữa dấu của công A’ với chiều diễn biến của quá trình đẳng áp.

Lời giải:

* Xét quá trình khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (đường biểu diễn theo chiều 1 – 2) thì khí dãn nở đẳng áp, sinh công A’ nên A′ mang dấu dương A′ > 0.

* Xét quá trình khí biến đổi từ trạng thái 2 sang trạng thái 1 (đường biểu diễn theo chiều 2 – 1) thì khí bị nén đẳng áp và nhận công từ bên ngoài nên A’ mang dấu âm A′ < 0.

Câu c2 (trang 296 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Tìm mối liên hệ giữa dấu của công A’ với chiều diễn biến của quá trình đẳng nhiệt.

Lời giải:

* Xét quá trình khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 (đường biểu diễn theo chiều 1 – 2) thì khí dãn nở đẳng nhiệt, sinh công A′ nên A′ mang dấu dương A′ > 0.

* Xét quá trình khí biến đổi từ trạng thái 2 sang trạng thái 1 (đường biểu diễn theo chiều 2 – 1) thì khí bị nén đẳng nhiệt và nhận công từ bên ngoài nên A′ mang dấu âm A′ < 0.

Câu c3 (trang 297 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Tìm mối liên hệ giữa dấu của công A’ do khí sinh ra với chiều diễn biến của chu trình.

Lời giải:

* Xét quá trình khí biến đổi theo chiều kim đồng hồ a1b2a thì:

    + Trong quá trình a1b khí dãn nở sinh công A’₁ được biểu diễn bằng diện tích S₁ của hình thang cong V_aa1bV_b nên A’₁ = S₁ > 0.

    + Trong quá trình b2a thì khí bị nén, khí nhận công từ bên ngoài, công A’₂ được biểu diễn bằng diện tích S₂ của hình thang cong V_aa2bV_b với S₂ < S₁ nên A’₂ = -S₂ < 0.

Vì vậy công chu trình a1b2a: A’ = A’₁ + A’₂ = S₁ – S₂ > 0.

* Tương tự cho chu trình ngược lại ta tìm được công của chu trình a2b1a: A’ = S₂ – S₁ < 0.

Câu 1 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Nội năng của khí lí tưởng là gì? Nó phụ thuộc vào những đại lượng nào?

Lời giải:

* Nội năng của khí lí tưởng:

Nội năng của khí lí tưởng chỉ bao gồm tổng động năng của chuyển động hỗn loạn của phân tử có trong khí đó.

Nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ: U = f (T).

Câu 2 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Viết công thức tính công của khí lí tưởng. Các đại lượng tham gia vào công thức là của khí hay các vật ngoài?

Lời giải:

* Công của khí lý tưởng được xác định là diện tích của hình giới hạn với trục OV trong đồ thị P-V với đường biểu diễn quá trình cùng hai đường đẳng tích V₁ và V₂.

* Các đại lượng tham gia vào công thức là của khí.

Câu 3 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Viết phương trình của nguyên lí thứ nhất cho các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và chu trình.

Lời giải:

a) Quá trình đẳng tích: Trong quá trình đẳng tích thì V₁ = V₂ → ΔV = 0 . Nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội năng của khí: Q = ΔU.

b) Quá trình đẳng áp: Một phần nhiệt lượng mà khí nhận được dùng để tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí sinh ra: Q = ΔU + A.

c) Quá trình đẳng nhiệt: Toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được chuyển hết thành công mà khí sinh ra: Q = A.

d) Chu trình:

Chu trình là một quá trình khép kín, trạng thái cuối cùng trùng với trạng thái ban đầu.

Tổng đại số nhiệt lượng mà hệ nhận được trong cả chu trình chuyển hết thành công trong chu trình đó: Q = A.

Bài 1 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một lượng khí được dãn từ thể tích V₁ đến thể tích V₂ (V₂ > V₁). Trong quá trình nào lượng khí thực hiện công ít nhất?

A. Trong quá trình dãn đẳng áp.

B. Trong quá trình dãn đẳng nhiệt.

C. Trong quá trình dãn đẳng áp rồi đẳng nhiệt.

D. Trong quá trình dãn đẳng nhiệt rồi đẳng áp.

Lời giải:

Chọn B.

So sánh đồ thị P-V của hai quá trình ở hình 59.4 và 59.6 ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt có phần diện tích gạch chéo nhỏ hơn so với quá trình đẳng áp nên khí thực hiện công ít nhất trong quá trình đẳng nhiệt.

Bài 2 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một lượng khí không đổi ở trạng thái 1 có thể tích V₁ áp suất p₁, dãn đẳng nhiệt đến trạng thái 2 có thể tích V₂ = 2.V₁ và áp suất p₂ = p₁/2. Sau đó dãn đẳng áp trong trạng thái 3 có thể tích V₃ = 3.V₁. Vẽ đồ thị biểu diễn các quá trình trên. Dùng đồ thị để so sánh công của khí trong các quá trình trên.

Lời giải:

Đồ thị biểu diễn các quá trình trên được mô tả như hình vẽ:

Trạng thái A có: V₁, T₁, p₁.

Quá trình biến đổi từ A sang B là giãn nở đẳng nhiệt nên trạng thái B có: V₂ = 2.V₁, T₂ = T₁, p₂ = p₁/2.

Quá trình biến đổi từ B sang C là giãn nở đẳng áp nên trạng thái C có: V₃ = V₂, p₃ = p₂ = p₁/2, T₃ = V₃/V₂ .T₂ = 1,5.T₂ = 1,5.T₁.

Từ đồ thị ta nhận thấy công mà hệ thực hiện trong quá trình đẳng nhiệt AB lớn hơn trong quá trình đẳng áp BC vì: S_htABV2V1 > S_hcnBCV3V2.

Bài 3 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một lượng khí lí tưởng có thể tích V₁ = 1 lít, áp suất p₁ = 1atm được dãn đẳng nhiệt tới khi đạt thể tích V₂ = 2 lít. Sau đó người ta làm lạnh khí, áp suất của khí giảm đi một nửa, còn thể tích thì không đổi. Cuối cùng thì dãn đẳng áp tới khi thể tích đạt giá trị V₃ = 4 lít. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của p vào V và dùng đồ thị để so sánh công trong các quá trình.

Lời giải:

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của p vào V được mô tả như hình vẽ:

* So sánh công trong các quá trình:

+ Quá trình đẳng tích BC: công A₂ = 0.

+ Quá trình đẳng áp CD: Công bằng diện tích hình chữ nhật CDHN.

A₃= S_CDHN = 2.0,25 = 0,5 (lít.atm)

+ Quá trình đẳng nhiệt AB: Công bằng diện tích hình thang cong ABNM.

A₁= S_ABNM = S_B’BNM + S_ABB’ = 1 (lít).0,5 (atm) + S_ABB’ = 0,5 (lít.atm) + S_ABB’ > A₃

Bài 4 (trang 299 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Lấy 2,5 mol khí lí tưởng ở nhiệt độ 300K. Nung nóng đẳng áp khí này cho đến khi thể tích của nó bằng 1,5 lần thể tích lúc đầu. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình này là 11,04 kJ. Tính công mà khí này thực hiện và độ tăng nội năng.

Lời giải:

Áp định luật Gay Luy-xác, ta được:

Áp dụng phương trình Claperon – Mendeleep cho hai trạng thái ta được:

p.V₁ = 2,5R.T₁ và p.V₂ = 2,5R.T₂

⇒ p.(V₂ – V₁) = 2,5R.(T₂ – T₁)

Vì quá trình đẳng áp nên công mà khối khí thực hiện là: A’ = p.ΔV = 2,5R.ΔT = 2,5.8,31.150 = 3116,25 J = 3.12 kJ

Áp dụng nguyên lí I cho quá trình đẳng áp ta được: (chú ý A = -A’)

ΔU = A + Q = -3,12 + 11,04 = 7,92 kJ