Full tài liệu tổng hợp và giải đề vật lý 2

Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD TÀI LIỆU ÔN THI VẬT LÝ GỒM PHẦN: + PHẦN 1- HD ÔN CÁC DẠNG VÀ ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRONG ĐỀ THI + PHẦN 2- ĐÁP ÁN CÁC CÂU LÝ THUYẾT TRONG ĐỀ THI Chương 1: Nhiệt học I Tóm tắt lý thuyết Phương trình khí lý tưởng p: áp suất khí lí tưởng (N/m2) V: thể tích khối khí lí tưởng (m3) n: số mol khối khí lý tưởng pV nRT R: số khí lí tưởng, R 8,31 J molK T: nhiệt độ khối khí lí tưởng (K) Q trình đẳng tích 𝐴12 = 𝑇2 𝑖 𝑖 𝑄12 = ∫ 𝑛𝐶𝑣 𝑑𝑇 = 𝑛𝐶𝑣 (𝑇2 − 𝑇1 ) = 𝑛 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) = (𝑝2 − 𝑝1 )𝑉 2 𝑇1 𝛥𝑈12 = 𝑄12 Quá trình đẳng áp 𝑉2 𝐴12 = − ∫ 𝑝𝑑𝑉 = −𝑝(𝑉2 − 𝑉1 ) = −𝑛𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) 𝑉1 𝑇2 𝑄12 = ∫ 𝑛𝐶𝑝 𝑑𝑇 = 𝑛𝐶𝑝 (𝑇2 − 𝑇1 ) = 𝑛 𝑇1 𝑖+2 𝑖+2 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) = 𝑝(𝑉2 − 𝑉1 ) 2 𝑖 𝑖 𝛥𝑈12 = 𝑛 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) = 𝑝(𝑉2 − 𝑉1 ) 2 Quá trình đẳng nhiệt 𝐴12 = 𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉1 𝑝2 = 𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉2 𝑝1 𝑄12 = −𝐴12 = −𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉1 𝑝2 = −𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉2 𝑝1 𝛥𝑈12 = Quá trình đoạn nhiệt Tham gia group FB: “GĨC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu mơn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝛾 - Phương trình: 𝑝𝑉 𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; 𝑇𝑉 𝛾−1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; 𝑝𝑇 1−𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝐴12 𝑝2 𝑉2 − 𝑝1 𝑉1 𝑚 𝑅𝑇1 𝑉1 𝛾−1 [( ) = = − 1] 𝛾−1 𝜇 𝛾 − 𝑉2 = 𝑚 𝑅𝑇1 𝜇 𝛾−1 𝑝2 [( ) 𝛾−1 𝛾 𝑝1 𝑖 𝑖 2 − 1] = 𝑛 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) = (𝑝2 𝑉2 − 𝑝1 𝑉1 ) 𝑄12 = 𝛥𝑈12 = 𝐴12 = 𝑖 𝑝2 𝑉2 − 𝑝1 𝑉1 (𝑝2 𝑉2 − 𝑝1 𝑉1 ) = 𝛾−1 + Hệ số Poatxong: 𝛾 = 𝐶𝑝 𝐶𝑣 = 𝑖+2 𝑖 đơn nguyên tử: i = + i bậc tự khối khí lưỡng nguyên tử: i = đa nguyên tử: i = 6 Hiệu suất động nhiệt 𝜂= 𝐴′ 𝑄1 − 𝑄2′ = 𝑄1 𝑄1 Q1 : nhiệt mà tác nhân nhận từ nguồn nóng Q2' : nhiệt mà tác nhân tỏa từ nguồn lạnh A' : công động sinh Hiệu suất chu trình carnot thuận nghịch 𝜂 =1− 𝑇2 𝑇𝑚𝑖𝑛 =1− 𝑇1 𝑇𝑚𝑎𝑥 Hệ số làm lạnh máy lạnh hai nguồn nhiệt: 𝜀= 𝑄2 𝑄2 = ′ 𝐴 𝑄1 − 𝑄2 - Với máy lạnh làm việc theo chu trình carnot thuận nghịch: 𝜀= 𝑇2 𝑇𝑚𝑖𝑛 = 𝑇1 − 𝑇2 𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛 * Chú ý: + 1𝑎𝑡 = 9,81.104 𝑁/𝑚2 ≈ 105 𝑁/𝑚2 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD + 1𝑙 = 10−3 𝑚3 + Quy ước dấu A Q: A > 0: hệ nhận công A < 0: hệ sinh công Q > 0: hệ nhận nhiệt (dưới  lên; trái  phải) Q < 0: hệ sinh nhiệt (trên  dưới; phải  trái) + Quy ước chiều chu trình: Máy nhiệt: nhận nhiệt sinh cơng, chiều kim đồng hồ Máy lạnh: nhận công sinh nhiệt, ngược chiều kim đồng hồ II Bài tập Bài (Đề 2020): mol khí lí tưởng lưỡng nguyên tử thực chu trình hình bên Hãy tính cơng mà khí thực chu trình hiệu suất chu trình - Cơng mà khí thực chu trình 𝐴 = 𝐴12 + 𝐴23 + 𝐴34 + 𝐴41 - Hiệu suất chu trình: |𝐴| 𝐴′ 𝜂= = 𝑄1 𝑄12 + 𝑄23 Trong đó: + 𝑝1 = 𝑝4 = 105 𝑁/𝑚2 ; 𝑝2 = 𝑝3 = 2.105 𝑁/𝑚2 + 𝑉1 = 𝑉2 = 3𝑚3 : 𝑉3 = 𝑉4 = 6𝑚3 + Xét tình (1)  (2): đẳng tích 𝐴12 = 𝑄12 = (𝑝2 − 𝑝1 )𝑉1 = (2 − 1).105 = 7,5.105 (𝐽) 2 + Xét trình (2)  (3): đẳng áp 𝐴23 = −𝑝2 (𝑉3 − 𝑉2 ) = −2.105 (6 − 3) = −6.105 (𝐽) Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑄23 = 𝑖+2 5+2 𝑝2 (𝑉3 − 𝑉2 ) = 2.105 (6 − 3) = 21.105 (𝐽) 2 + Xét trình (3)  (4): đẳng tích 𝐴34 = 𝑄34 = (𝑝4 − 𝑝2 )𝑉3 = (105 − 2.105 ).6 = −15.105 (𝐽) 2 + Xét trình (4)  (1): đẳng áp 𝐴41 = −𝑝4 (𝑉1 − 𝑉4 ) = −105 (3 − 6) = 3.105 (𝐽) 𝑄41 = 𝑖+2 5+2 𝑝4 (𝑉1 − 𝑉4 ) = 105 (3 − 6) = −10,5.105 (𝐽) 2 - Cơng mà khí thực chu trình 𝐴 = 𝐴12 + 𝐴23 + 𝐴34 + 𝐴41 = + (−6.105 ) + + (3.105 ) = −3.105 (𝐽) - Hiệu suất chu trình: 𝜂= |𝐴| 𝐴′ 3.105 = = = 0,105 = 10,5% 𝑄1 𝑄12 + 𝑄23 7,5.105 + 21.105 Bài (Đề 2019): Một mol chất khí lí tưởng lưỡng nguyên tử thực chu trình sinh cơng sau: Từ trạng thái A với áp suất 𝑝𝐴 = 105 𝑃𝑎, nhiệt độ 𝑇𝐴 = 600𝐾, dãn nở đẳng nhiệt đến trạng thái B có 𝑝𝐵 = 2,5.104 𝑃𝑎; bị nén đẳng áp đến trạng thái C có 𝑇𝐶 = 300𝐾, bị nén đẳng nhiệt đến trạng thái D trở lại trạng thái A q trình đẳng tích a) Vẽ đồ thị chu trình hệ tọa độ OpV Tính thơng số trạng thái VA, VB, VC, VD b) Tính hiệu suất chu trình Giải a - Vẽ đồ thị chu trình - Tính thơng số trạng thái Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑝𝐴 = 105 𝑃𝑎 𝑇𝐴 = 600𝐾 = 𝑇𝐵 𝑃𝐵 = 2,5.104 𝑃𝑎 = 𝑃𝐶 𝑇𝐶 = 300𝐾 = 𝑇𝐷 𝑖=5 + Tại A: 𝑝𝐴 𝑉𝐴 = 𝑛𝑅𝑇𝐴 ⇒ 𝑉𝐴 = 𝑛𝑅𝑇𝐴 1.8,31.600 = = 0,05𝑚3 = 𝑉𝐷 𝑝𝐴 105 + Xét trình A - B: đẳng nhiệt 𝑝𝐴 𝑉𝐴 = 𝑝𝐵 𝑉𝐵 ⇒ 𝑉𝐵 = 𝑝𝐴 𝑉𝐴 𝑝𝐵 105 0,05 ⇒ 𝑉𝐵 = = 0,2(𝑚3 ) 2,5.104 + Tại C: 𝑝𝐶 𝑉𝐶 = 𝑛𝑅𝑇𝐶 ⇒ 𝑉𝐶 = 𝑛𝑅𝑇𝐶 1.8,31.300 = = 0,1(𝑚3 ) 𝑝𝐶 2,5.104 b) - Tính hiệu suất chu trình: 𝜂 = + 𝑄2 𝑄1 𝑄𝐴𝐵 > 𝑄𝐵𝐶 < 𝑄𝐶𝐷 < 𝑄𝐷𝐴 >  { 𝑄1 = 𝑄𝐴𝐵 + 𝑄𝐷𝐴 𝑄2 = 𝑄𝐵𝐶 + 𝑄𝐶𝐷 Ta có: 𝜂 = 𝐴′ 𝑄1 =1+ 𝑄2 𝑄1 𝑄1 = 𝑄𝐴𝐵 + 𝑄𝐷𝐴 = 𝑛𝑅𝑇𝐴 𝑙𝑛 𝑄2 = 𝑄𝐵𝐶 + 𝑄𝐶𝐷 = 𝑛 𝑉𝐵 𝑖 + 𝑛 𝑅(𝑇𝐴 − 𝑇𝐷 ) 𝑉𝐴 𝑖+2 𝑉𝐷 𝑅(𝑇𝐶 − 𝑇𝐵 ) + 𝑛𝑅𝑇𝐶 𝑙𝑛 𝑉𝐶 𝑖+2 𝑉 (𝑇𝐶 − 𝑇𝐵 ) + 𝑇𝐶 𝑙𝑛 𝐷 𝑄2 𝑉𝐶 ⇒𝜂 =1+ =1+ 𝑉 𝑖 𝑄1 𝑇𝐴 𝑙𝑛 𝐵 + (𝑇𝐴 − 𝑇𝐷 ) 𝑉𝐴 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 5+2 0,05 (300 − 600) + 300 𝑙𝑛 0,1 =1+ = 0,2 0,2 600 𝑙𝑛 + (600 − 300) 0,05 Bài (Đề thi 2020): động nhiệt hoạt động theo chu trình gồm trình đẳng nhiệt q trình đẳng tích Biết tác nhân khí lí tưởng lưỡng ngun tử, nhiệt độ nguồn nóng 𝑡0𝑚𝑎𝑥 nhiệt độ nguồn lạnh 𝑡0𝑚𝑖𝑛 Trong giới hạn chu trình, tỉ số thể tích lớn thể tích nhỏ 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 1) Vẽ đồ thị biểu diễn chu trình OpV 2) Tính hiệu suất động Giải Vẽ đồ thị biểu diễn chu trình OpV 𝑖=5 𝑉𝑚𝑎𝑥 =3 𝑉𝑚𝑖𝑛 T1=T2=Tmax T3=T4=Tmin Tính hiệu suất động cơ: 𝜂 = + 𝑄2 𝑄1 𝑄12 > + Ta có: 𝑄23 < 𝑄34 < 𝑄41 >  { 𝑄1 = 𝑄12 + 𝑄41 𝑄2 = 𝑄23 + 𝑄34 ⇒𝜂 =1+ 𝑄2 𝑄1 + Ta có: Tham gia group FB: “GĨC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑖 𝑉4 𝑄2 = 𝑄23 + 𝑄34 = 𝑛 𝑅(𝑇3 − 𝑇2 ) + 𝑛𝑅𝑇4 𝑙𝑛 𝑉3 𝑖 𝑉2 𝑄1 = 𝑄41 + 𝑄12 = 𝑛 𝑅(𝑇1 − 𝑇4 ) + 𝑛𝑅𝑇2 𝑙𝑛 𝑉1 𝑖 𝑉 𝑖 𝑉 𝑛 𝑅(𝑇3 − 𝑇2 ) + 𝑛𝑅𝑇4 𝑙𝑛 (𝑇3 − 𝑇2 ) + 𝑇4 𝑙𝑛 𝑉3 𝑉3 𝜂 =1+ =1+ 𝑖 𝑉 𝑖 𝑉 𝑛 𝑅(𝑇1 − 𝑇4 ) + 𝑛𝑅𝑇2 𝑙𝑛 (𝑇 − 𝑇4 ) + 𝑇2 𝑙𝑛 2 𝑉1 𝑉1 (290 − 500) + 290 𝑙𝑛 = 0,21 = 21% =1+2 (500 − 290) + 500 𝑙𝑛 Bài (Đề thi 2019): khối khí có 𝑉1 = 50(𝑙); 𝑝1 = 3.105 (𝑁/𝑚2 ) hơ nóng đẳng tích để áp suất tăng lên lần Sau dãn đẳng nhiệt tới áp suất ban đầu cuối làm lạnh đẳng áp trở thể tích ban đầu 1) Biểu diễn q trình biến đổi giản đồ OpV 2) Tính cơng mà khí thực chu trình + Xét trình (2)  (3): đẳng nhiệt 𝑝2 𝑉2 = 𝑝3 𝑉3 ⇒ 𝑉3 = 𝑝2 𝑉2 𝑝3 6.105 0,05 ⇒ 𝑉3 = = 0,1(𝑚3 ) 3.105 𝐴23 𝑝3 3.105 = 𝑝2 𝑉2 𝑙𝑛 = 6.10 0,05 𝑙𝑛 𝑝2 6.105 = −20795(𝐽) + Xét trình (3)  (1): đẳng áp 𝐴31 = −𝑝1 (𝑉1 − 𝑉3 ) = −3.105 (0,05 − 0,1) = 15000(𝐽) + Xét q trình (1)  (2): đẳng tích 𝐴12 =  Cơng mà khối khí thực chu trình: 𝐴 = 𝐴12 + 𝐴23 + 𝐴31 = + (−20795) + 15000 = −5795(𝐽) Bài (Đề thi 2019): mol khí Nitơ thực chu trình gồm trình giãn đẳng áp, giãn đoạn nhiệt, nén đẳng nhiệt 800C Biết tỉ số áp suất lớn áp suất nhỏ Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD chu trình Vẽ đồ thị biểu diễn trình biến đổi đồ thị OpV tính hiệu suất chu trình Khí Nitơ  i = t = 800C  𝑇1 = 𝑇3 = 80 + 273 = 353𝐾 𝑃𝑚𝑎𝑥 =5 𝑃𝑚𝑖𝑛 - Xét trình (2)  (3): đoạn nhiệt 𝛾 1−𝛾 𝑝2 𝑇2 = 𝛾 1−𝛾 𝑝3 𝑇3 1,4 𝑇2 1−1,4 𝑝3 ) ⇒( = = 353 𝑝2 ⇒ 𝑇2 = 559(𝐾) Q12>0 Q23=0 =>Q1=Q12 ,Q2=Q31 Q31 𝐴 = 𝑃𝑡 = 36800 ∗ = 36800(𝐽) 𝜀= 3) 𝜀 = 𝑄2 ′ 𝑄1 ′−𝑄2 ↔ 9,74 = 𝑄2 => 𝑄2 = 9,74.36800 = 358432(𝐽) 𝐴 358422 𝑄1 ′−358432 => 𝑄1 ′ = 395232(𝐽) Bài 10 (đề thi 2019) khối khí nito đựng xilanh người ta cho khí dẫn đoạn nhiệt từ v1 = lít đến v2 = lít sau dãn đẳng áp đến V3=12 lít Biết áp suất ban đầu khối khí p1 = 9,1.105 N/m2 Vẽ đồ thị mô tả trình giản đồ OpV, tính cơng khối khí thực 𝑉1 = 4.10−3 𝑚3 𝑉2 = 8.10−3 𝑚3 𝑉3 = 12.10−3 𝑚3 𝑝1 = 9,1.10−5 𝑁/𝑚2 -Xét trình (1) => (2) đoạn nhiệt Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑉1 𝑝1 𝑉1 𝛾 = 𝑝2 𝑉2 𝛾 => 𝑝2 = 𝑝1 ( )𝛾 𝑉2 4.10−3 1,4 => 𝑝2 = 9,1.10 ( ) = 344825,52(𝑁/𝑚2 ) = 𝑝3 8.10−3 𝑖 𝐴12 = (𝑝2 𝑣2 − 𝑝1 𝑣1 ) = (344825,52.8.10−3 − 9,1.10−5 4.10−3 ) = −2203,4(𝐽) 2 -Xét trình (2) => (3) đẳng áp 𝐴23 = −𝑝2 (𝑣3 − 𝑣2 ) = −344825,52(12.10−3 − 8.10−3 ) = −1379,3(𝐽) => Cơng khối khí thực 𝐴12 + 𝐴23 = −2203,4 − 1379,3 = −3582,7(𝐽) Bai 11(đề thi 2019) bình kín chưa 2,5 (l) hidro nhiệt độ 17oC & áp suất 15.103 N/m2 Người ta làm lạnh hidro đến 0oC tính: 1) Lượng nhiệt Q’ mà chất khí nhả 2) Độ tăng nội ∆𝑈 khối khí ∆𝑈 = Qúa trình đẳng tích A= 0, ∆𝑈 = 𝑄 𝑚 𝑖 𝑖 𝑖 𝑇 𝜇 2 𝑇1 R(𝑇2 -T1 ) = (𝑝2 V-p1 𝑉) = 𝑉( 𝑝1 -p1 ) 𝑖 𝑇 𝑇1 =>∆𝑈 = 𝑝1 𝑉( − 1) = −5,4(𝐽) 𝑄′ = − 𝑄 = 5,4(𝐽) Bài 12 (đề thi 2019) kmol khí nhiệt độ T1 =300K làm lạnh đẳng tích tới áp suất nửa áp suất ban đầu Sau khí dẫn đẳng áp cho nhiệt độ nhiệt độ ban đầu Vẽ q trình giản đồ PV Tính 1) Nhiệt lượng Q mà khí hấp thụ 2) Cơng A mà khí thực 3) Độ tăng nội ∆𝑈 khối khí 2) Cơng mà khối khí thực 10 Tham gia group FB: “GĨC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD Bài làm - Gợi R1, R2 điện trở hai dây S1, S2 diện tích bề mặt hai dây l chiều dài mối dây - Ta có: P1 =  σ.T14.S1 = I2.R1 P2 =  σ.T24.S2 = I2.R2 P R æT S ị = =ỗ ữ P2 R2 è T2 ø S2 l r ổ d1 p ỗ ữ ổ ử4 T ố2ứ =ỗ ữ l ố T2 ứ r ổd p ỗ ữ ố2ứ ổd ổT d ổT d ịỗ ữ =ỗ ữ ị = ỗ ÷ d1 è d1 ø è T2 ø d2 è T2 ø 4 ỉT Þ d2 = ỗ ữ d1 = 0, 58.0,1 = 0, 058mm è T2 ø Bài 9: Một cầu thép có nhiệt độ T Trong giây, cm2 xạ lượng 5,12J Xác định nhiệt độ T cầu Biết hệ số hấp thụ so với VĐTĐ nhiệt độ cho bước sóng 0,91 Cho số Stefan-Boltmann σ =5,67.10-8W/m2K4 Bài làm - Trong giây, cm2 xạ lượng A = 5,12 A=P.t=R 𝑡 S.t=𝛼 𝜎.T S.t ⇒ T=√ 𝐴 5,12 =√ =315.62 (𝐾) α.σ.S.t 0,91.5,67.10-8.10-2.1 PHẦN 2- ĐÁP ÁN CÁC CÂU LÝ THUYẾT TRONG ĐỀ THI Chương 1: Thuyết động học phân tử chất khí 39 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD Câu 1: Nêu nội dung viết phương trình thuyết động học phân tử chất khí Giải thích đại lượng chương trình nêu ý nghĩa thuyết động học phân tử chất khí * Nội dung thuyết động học phân tử chất khí: - Các phân tử chất khí chuyển động hỗn loạn khơng ngừng Nhiệt độ cao phần tử chất khí chuyển động nhanh, chuyển động hỗn loạn phân tử chất khí gọi chuyển động nhiệt - Chất khí bao gồm phân tử có kích thước nhỏ so với khoảng cách chúng - Khi chuyển động nhiệt phân tử chất khí va chạm với va chạm với bình chứa gây nên áp suất cho thành bình * Phương trình thuyết động học phân tử chất khí p: áp suất va chạm phân tử khí lên thành bình 𝑝 = 𝑛 𝑚 ⃗⃗⃗⃗ 𝑣2 m: khối lượng phân 𝑜 tử khí v: tốc độ TB chuyển động phân tử khí * Ý nghĩa: Thuyết động học phân tử chất khí cho biết giả thuyết hồn tồn với khí lí tưởng để từ nghiên cứu trạng thái chất khí lí tưởng khí thực Câu 2: Viết biểu thức tính động trung bình chất khí nêu ý nghĩa nhiệt độ tuyệt đối Giải thích đại lượng biểu thức * Động trung bình chất khí: i: bậc tự chất khí (i = khí đơn nguyên tử; i = khí lưỡng nguyên tử; i = 6𝑖 khí đa nguyên tử) 𝑊𝑑 = 𝐾𝑏 𝑇 J Kb: số Boltzmanm; Kb 1,38.10 23 K T: nhiệt độ tuyệt đối khí (K) * Ý nghĩa nhiệt độ tuyệt đối: Khi vật chất 00K phân tử vật chất ngừng chuyển động khơng có nhiệt độ 00K Câu 3: Phát biểu định luật phân bố lượng theo bậc tự Thiết lập biểu thức nội U khối khí lí tưởng Từ rút kết luận gì? - Định luật phân bố lượng theo bậc tự do: động trung bình phân tử phân bổ cho bậc tự phân tử có giá trị 40 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑊𝑑 = 𝐾 𝑇 𝑏 - Nội khí lí tưởng: 𝑈 = 𝑊𝑑 + 𝑊𝑡 Do khí lí tưởng tương tác với va chạm 𝑖 𝑚 𝑖 𝑀  𝑊𝑡 =  𝑈 = 𝑊𝑑 = 𝑁 𝐾𝑏 𝑇 = 𝑅 𝑇  KL: Nội khí lí tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ khối khí Chương 2: Nguyên lý thứ nhiệt động lực học Câu 1: Nêu định nghĩa trạng thái cân q trình cân Cho hai ví dụ q trình cân - Trạng thái cân hệ trạng thái có thơng số trạng thái hồn tồn xác định Nếu mơi trường xung quanh khơng tác dụng lên hệ trạng thái tồn mãi - Quá trình cân trình biến đổi hệ qua chuỗi liên tiếp trạng thái cân - VD: + Quá trình đẳng áp biến đổi từ trạng thái (1)  (2) + Quá trình đẳng nhiệt biến đổi từ trạng thái (1)  (2) Câu 2: So sánh khái niệm công nhiệt hệ trao đổi với môi trường Chỉ dấu hiệu nhận biết đồ thị chu trình chất khí giản đồ PoV sinh công hay nhận công - Trao đổi lượng dạng động chuyển động có hướng hệ Phần lượng trao đổi gọi công - Trao đổi lượng dạng động chuyển động hỗn loạn phân tử hệ Phần lượng trao đổi gọi nhiệt 41 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD - Dấu hiệu nhận biết: + Sinh cơng: tăng thể tích + Nhận cơng: giảm thể tích Sinh công: thuận chiều kim ĐH - Nhận biết chu trình kín Nhận cơng: ngược chiều kim ĐH Câu 3: Phát biểu viết biểu thức Nguyên lý I nhiệt động lực học Nêu hệ - Phát biểu: Trong trình biến đổi, độ biến thiên nội hệ có giá trị tổng cơng nhiệt mà hệ nhận q trình - Hệ quả: + Nội hệ lập bảo tồn + Trong chu trình, cơng mà hệ nhận có giá trị nhiệt hệ tỏa hay công hệ sinh có giá trị nhiệt mà hệ nhận vào Câu 4: Áp dụng nguyên lý thứ nhiệt động học để khảo sát trình chuẩn bị khí lý tưởng * Q trình đẳng tích 𝑉 =const 𝑃 𝑇 =const  𝑃1 𝑇1 = 𝑃2 𝑇2 - Trên giản đồ (P,V) biểu diễn đoạn thẳng song song với OP (1)  (2): q trình hơ nóng đẩy tích (1)  (2’): q trình làm lạnh đẩy tích 𝑉 - Cơng: 𝐴𝑑 = − ∫𝑉 𝑝𝑑𝑣 = (2) - Nhiệt: 𝑄 = ∫(1) 𝛿𝑄 = 𝑚 𝜇 𝑇 𝑚 𝜇 𝐶𝑣 ∫𝑇 𝑑𝑇 = 𝐶𝑣 (𝑇2 − 𝑇1 ) = * Quá trình đẳng áp: 𝑉 𝑇 =const  𝑉1 𝑇1 = 𝑉2 𝑇2 hay 𝑃 =const (1)  (2): dãn đẳng áp (1)  (2’): nén đẳng áp 𝑉 - Công: 𝐴 = − ∫𝑉 𝑝𝑑𝑉 = 𝑃(𝑉1 − 𝑉2 ) 42 𝑚 𝑖 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) 𝜇 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD - Nhiệt: 𝑄 = 𝑚 𝜇 𝑇 𝑚 𝑖+2 𝜇 𝐶𝑝 ∫𝑇 𝑑𝑇 = 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) * Quá trình đẳng nhiệt 𝑃𝑉 =const  𝑃1 𝑉1 = 𝑃2 𝑉2 hay 𝑇 =const (1)  (2): dãn đẳng nhiệt (1)  (2’): nén đẳng nhiệt 𝑉 𝑚 𝜇 - Công: 𝐴 = − ∫𝑉 𝑃𝑑𝑉 = - Nhiệt: 𝑄 = −𝐴 = 𝑛𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉2 𝑉1 = 𝑝1 𝑉1 𝑙𝑛 𝑉2 𝑉1 = 𝑚 𝜇 𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝑉1 𝑉2 𝑃1 𝑃2 * Quá trình đoạn nhiệt: 𝛾 𝑝𝑉 𝛾 =const ; 𝑃𝑇 1−𝛾 = const ; 𝑇𝑉 𝛾−1 =const 𝑖 𝑖 𝐴12 = 𝑛 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) = (𝑝2 𝑉2 − 𝑝1 𝑉1 ) 2 𝑄12 = Chương 3: Nguyên lý nhiệt động lực học Câu 1: Nêu hạn chế nguyên lý I nhiệt động lực học? Phát biểu nguyên lý nhiệt động học - Hạn chế: + NL1 không cho ta biết chiều diễn biến trình + NL1 khơng khác chuyển hóa cơng nhiệt + NL1 khơng chất lượng nhiệt - Phát biểu NL2: + Trao claodiut: nhiệt truyền từ vật lạnh sang vật nóng + Theo Thomson: khơng thể chế tạo máy nhiệt hoạt động tuần hoàn liên tục biến đổi nhiệt thành công nhờ làm lạnh vật mà môi trường xung quanh không chịu thay đổi Hay nói cách khác: khơng thể chế tạo động vĩnh cửu loại Câu 2: Nêu định nghĩa cho ví dụ minh họa trình thuận nghịch, bất thuận nghịch Nêu ý nghĩa việc nghiên cứu q trình 43 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD - Đ/n: + trình biến đổi từ trạng thái sang trạng thái gọi thuận nghịch tiến hành theo chiều ngược lại q trình ngược lại hệ qua tất trạng thái trung gian trình thuận - VD: lắc đơn dao động + Quá trình bất thuận nghịch trình mà tiến hành theo chiều ngược lại hệ không qua đầy đủ trạng thái trung gian trình thuận -VD: Q trình dãn nén khí xi-lanh - Ý nghĩa: việc nghiên cứu ta rút q trình có lợi mặt lượng, từ nhằm tìm chu trình làm việc động nhiệt, máy lạnh gồm nhiều trình thuận nghịch cho hiệu suất động lớn để ứng dụng rộng rãi sống Nhưng thực tế khơng có động làm việc theo chu trình thuận nghịch mà làm việc gần sát với q trình thuận nghịch mà thơi Câu 3: Động nhiệt gì? Nêu nguyên tắc hoạt động chung ĐCN Viết biểu thức tính hiệu suất ĐCN - ĐCN loại máy biến nhiệt thành công - Nguyên tắc hoạt động: Sẽ nhận nhiệt từ q trình đốt xăng để biến đổi thành cơng nhằm phục vụ hoạt động máy thiết bị - Biểu thức tính hiệu suất ĐCN: 𝜂 = 𝑄1 −𝑄2′ 𝑄1 =1+ 𝑄2′ 𝑄1 Câu 4: Máy lạnh gì? Nêu nguyên tắc hoạt động chung máy lạnh Viết biểu thức tính hệ số làm lạnh máy lạnh - Máy lạnh loại máy nhiệt tiêu thụ công để vận chuyển nhiệt từ nguồn lạnh sang nguồn nóng - Nguyên tắc hoạt động: Máy lạnh nhận cơng từ biến đổi nhiệt từ mơi trường thấp sang mơi trường có nhiệt độ cao - Biểu thức tính hệ số làm lạnh: 𝜀 = 𝑄2 𝐴 Câu 5: Định nghĩa chu trình carnot? Thiết lập biểu thức xác định hiệu suất ĐCN carnot thuận nghịch khí lí tưởng - Chu trình carnot chu trình kín gồm q trình đẳng nhiệt thuận nghịch trình đoạn nhiệt thuận nghịch - Thiết lập biểu thức xác định hiệu suất: 44 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑉3 𝑉4 𝜂 =1− =1− 𝑉 𝑄1 𝑇1 𝑙𝑛 𝑉1 𝑇2 𝑙𝑛 𝑄2′ 𝛾−1 mà { 𝑇1 𝑉2 𝛾−1 𝑇1 𝑉1 𝛾−1 = 𝑇2 𝑉3 = 𝛾−1 𝑇2 𝑉4 𝑉 ⇒ ( 2) ⇒𝜂 =1− 𝛾−1 𝑉1 𝑉 = ( 3) 𝑉4 𝛾−1 ⇒ 𝑉2 𝑉1 = 𝑉3 𝑉4 𝑇2 𝑇1 Câu 6: Phát biểu viết biểu thức định lí carnot Nêu hệ - Định lý carnot: Hiệu suất tất động thuận nghịch chạy theo chu trình carnot với nguồn nóng nguồn lạnh nhau, khơng phụ thuộc vào tác nhân cách chế tạo máy Hiệu suất động khơng thuận nghịch nhỏ hiệu suất động thuận nghịch: 𝜂 ≤1− 𝑇2 𝑇1 Ở đây: dấu (=) ứng với chu trình carnot thuận nghịch dấu ( 𝑛2 ) Câu 2: Viết biểu thức hiệu quang lộ thí nghiệm giao thoa vân độ nghiêng ánh sáng đơn sắc bước sóng 𝜆 cho chùm sáng phản xạ Với mỏng có chiết suất n, bề dày khơng đổi d góc tới chùm sáng 00 < 𝑖 < 900 Hiệu quang lộ tia tia là: 𝜆 𝐿2 − 𝐿1 = (𝑆𝐼 + IJ + 𝐽𝐾) − (𝑆𝐼 + 𝐼𝐻 + ) = 2IJ − 𝐼𝐻 − Có: 𝑠𝑖𝑛 𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑟 𝜆 = 𝑛 ⇒ 𝑠𝑖𝑛 𝑟 = 𝑠𝑖𝑛 𝑖 𝑛 ̂ = 𝐼𝐾 𝑠𝑖𝑛 𝑖 - Ta có: 𝐼𝐻 = 𝐼𝐾 𝑠𝑖𝑛 𝐼𝐾𝐻 = 2𝑑 𝑡𝑎𝑛 𝑟 𝑠𝑖𝑛 𝑖 = Mà 𝐼𝐽 = 𝐽𝐾 = 2𝑑.𝑠𝑖𝑛2 𝑖 𝑛.𝑐𝑜𝑠 𝑟 𝑑 𝑐𝑜𝑠 𝑟 𝑛𝑑 2𝑑 𝑠𝑖𝑛2 𝑖 𝜆 2𝑑(𝑛2 − 𝑠𝑖𝑛2 𝑖) 𝜆 ⇒ 𝐿2 − 𝐿1 = − − = − 𝑐𝑜𝑠 𝑟 𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝑟 𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝑟 = 2𝑑(𝑛2 −𝑠𝑖𝑛2 𝑖) 𝑛√1−𝑠𝑖𝑛2 𝑖 𝜆 2𝑑(𝑛2 −𝑠𝑖𝑛2 𝑖) 𝑠𝑖𝑛2 𝑖 𝑛√1− 𝑛 − = − 𝜆 ⇒ 𝐿2 − 𝐿1 = 2𝑑 √𝑛2 − 𝑠𝑖𝑛2 𝑖 − 𝜆 Câu 3: Nêm khơng khí gì? Thiết lập biểu thức hiệu quang lộ hai tia sáng phản xạ mặt mặt giao thoa nên khơng khí vị trí có bề dày d - Đặt thủy tinh phẳng, suốt ∑1 lên thủy tinh ∑2và nghiêng góc𝛼rất nhỏ so với ∑2 Phần khơng khí hai thủy tinh tạo thành mỏng có dạng hình nêm, gọi nêm khơng 46 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD khí - Hiệu quang lộ: 𝜆 𝛥𝐿 = 𝐿2 − 𝐿1 = (𝑆𝐼 + 𝐼𝐽 + 𝐽𝐼 + 𝐼𝐹 + ) − (𝑆𝐼 + 𝐼𝐹 ) 𝜆 𝜆 2 = 2𝑛𝑑 + = 2𝑑 + (do n = 1) Câu 4: Thiết lập cơng thức bán kính vân sáng, vân tối thí nghiệm giao thoa anhs vân trịn Newton với ánh phản xạ bước sóng 𝜆 Biết thấu kính phẳng lồi, bán kính R, đặt tiếp xúc với thủy tinh phẳng - Hiệu quang lộ: 𝛥𝐿 = 𝐿2 − 𝐿1 𝜆 = (𝑆𝐼 + 𝐼𝐽 + 𝐽𝐼 + ) − 𝑆𝐼 = 2𝑑𝑘 + - Xét 𝛥𝑂𝐵𝐼 𝑂𝐼2 = 𝑂𝐵2 + 𝐵𝐼2 ⇒ 𝑅2 = (𝑅 − 𝐼𝐽)2 + 𝑟𝑘2 ⇒ 𝑟𝑘2 = 𝑅2 − (𝑅2 − 2𝑅𝐼𝐽 + 𝐼𝐽2 ) ⇒ 𝑟𝑘2 = 2𝑅 𝐼𝐽 (do 𝐼𝐽 𝑎3 > > 𝑎𝑛 ⇒ 𝑎𝑘 = (𝑎𝑘−1 + 𝑎𝑘+1 )  Biên độ dao động sáng M: 𝑎𝑀 = 𝑎1 ± 𝑎𝑛 Trong công thức trên, lấy dấu “-” n chẵn lấy dấu “+” n lẻ 49 2𝜋 𝐿 ) 𝜆 𝑂𝑀 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD - Giả sử không bị chắn: 𝑛 = ⇒ 𝑎𝑛 = 1 2 2 ⇒ 𝑎𝑀 = 𝑎1 ⇒ 𝐼𝑀 = 𝑎𝑀 = ( 𝑎1 ) = 𝑎12 = 𝐼0 + Điều kiện để M sáng nhất: 𝑟 = 𝑟1 ; 𝑎𝑀 = 𝑎1 ⇒ 𝐼𝑀 = 𝑎𝑀 = 𝑎12 = 4𝐼0 + Điều kiện để M tối nhất: ⇒ 𝑎𝑀 ≈ ⇒ 𝐼𝑀 = Câu 3: Hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp: viết công thức xác định cực đại nhiễu xạ, cực tiểu nhiễu xạ? Hỏi biểu thức có khác biểu thức xác định CĐC, CTC qua khe hẹp? - Điều kiện cực đại nhiễu xạ: 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝜆 - Điều kiện cực đại hai bên: 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = (𝑘 + ) (𝑘 = ±1; ±2 ) 𝑏 - Điều kiện cực tiểu nhiễu xạ:𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑘𝜆 (𝑘 = ±1; ±2 ) 𝑏 - So sánh: NX qua khe hẹp Nhiễu xạ qua khe hẹp CĐTT 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑘 CT CĐ 𝜆 𝑏 (𝑘 = ±1; ±2 ) 𝜆 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = (𝑘 + ) (𝑘 = 1; ±2 ) 𝑏 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑘 𝜆 𝑏 𝜆 𝑑 (𝑘 = ±1; ±2 ) (𝑘 = 1; ±2 ) Câu 4: Viết biểu thức xác định cực đại, cực tiểu NX trường hợp NX qua nhiều khe hẹp Vẽ đồ thị phân bố cường độ sáng I theo 𝑠𝑖𝑛 𝜑 trường hợp NX qua khe hẹp 𝑑 biết tỉ số = 𝑏 - CĐTT: 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = - CTC: 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 𝑘 𝜆 𝑏 (𝑘 = ±1; ±2 ) 𝜆 - CĐC: 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = (𝑘 + ) 𝑏 (𝑘 = ±1; ±2 ) 𝑑 - Giữa CTC bậc có − = 2.3 − = CĐC 𝑏 Giữa CĐC có: 𝑁 − = − = CĐP Câu 5: Trình bày cách tử nhiễu xạ: định nghĩa, phân loại, chu kỳ cách tử, ứng dụng loại cách tử - Đ/n: Tập hợp khe hẹp giống song song cách nằm mặt phẳng gọi cách tử nhiễu xạ 50 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD - Phân loại: loại + Cách tử truyền qua: Dùng mũi dao kim cương rạch mặt thủy tinh rãnh nhỏ song song Khi rọi ánh sáng lên mặt cách tử, khoảng phẳng rãnh ánh sáng truyền qua nhiễu xạ phương, khoảng phẳng đóng vai trị khe Cịn rãnh phần khơng suất Đó cách tử truyền qua Dùng để nghiên cứu ánh sáng nhìn thấy + Cách tử phản xạ: tạo kim loại phẳng, nhẵn bóng có hệ số phát xạ cao, mặt vạch rãnh nhỏ cách Ứng dụng dùng để nghiên cứu tia tử ngoại - Chu kỳ cách tử: khoảng cách khe hẹp liên tiếp Chương 7: Quang học lượng tử Câu 1: Định nghĩa xạ nhiệt cân Viết biểu thức nêu ý nghĩa đại lượng: suất phát xạ toàn phần suất phát xạ đơn sắc, hệ số hấp thụ đơn sắc xạ nhiệt cân nhiệt độ T - Năng lượng mà vật nhận vào dạng nhiệt trình xạ gọi xạ nhiệt Bức xạ nhiệt tự tiến đến trạng thái cân bằng, nhiệt độ vật xạ khơng thay đổi, gọi BXN cân - Năng suất phát xạ toàn phần: 𝑅(𝑇) = - Năng suất phát xạ đơn sắc: 𝑟(𝑓, 𝑇) = - Hệ số hấp thụ đơn sắc: 𝑎(𝑓, 𝑇) = 𝑑𝑊 𝑑𝑡.𝑑𝑆 ( 𝑊 𝑚2 ) 𝑑𝑊(𝑓) 𝑑𝑡.𝑑𝑆 𝑑𝑊ℎ𝑡 (𝑓) 𝑑𝑊(𝑓) Câu 2: Định nghĩa vật đen tuyệt đối, nêu mơ hình VĐTĐ - ĐN: VĐTĐ vật có khả hấp thụ hồn tồn tất xạ điện từ chiếm đến nó, bước sóng - Mơ hình VĐTĐ: bình kín, rỗng, cách nhiệt có kht lỗ trịn nhỏ, mặt phủ chất xốp đen (bồ hóng) tia xạ vào bị phản xạ nhiều cách coi bị hấp thụ hồn toàn Câu 3: Phát biểu viết biểu thức định luật Kirchhoff Nêu ý nghĩa hàm phổ biến - Phát biểu: Tỉ số suất phát xạ đơn sắc hệ số hấp thụ đơn sắc vật nhiệt độ định hàm số phụ thuộc vào tần số xạ T vật, không phụ thuộc vào chất vật: 51 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝑉1 (𝑓, 𝑇) 𝑉2 (𝑓, 𝑇) = = = 𝑔(𝑓, 𝑇) 𝑎1 (𝑓, 𝑇) 𝑎2 (𝑓, 𝑇) - Hàm số 𝑔(𝑓, 𝑇) gọi hàm phổ biến Đối với vật đen tuyệt đối suất phát xạ đơn sắc Câu 4: Phát biểu định luật thực nghiệm phát xạ vật đen tuyệt đối Viết biểu thức giải thích đại lượng - Định luật Stefan - Boltmann: suất phát xạ toàn phần vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc nhiệt độ tuyệt đối vật R(T ) : suất phát xạ W / m2 𝑅(𝑇) = 𝜎𝑇 5,67.10 (W / m2k ) : số Boltzmann: T: nhiệt độ tuyệt đối (K) - Định luật Wien: xạ vật đen tuyệt đối bước sóng chùm xạ mang nhiều lượng tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối vật : bước sóng ứng với giá trị cực đại suất 𝑏 xạ đơn sắc VĐTĐ 𝜆𝑚 =(m) 𝑇 b = const = 2,896.10-3 (mK) m Câu 5: Phát biểu thuyết lượng tử Planck Viết công thức Planck giải thích đại lượng - Phát biểu: phân tử, nguyên tử vật chất hấp thụ hay xạ lượng xạ điện từ không liên tục mà thành phần gián đoạn, phần nhỏ gọi lượng tử lượng - Đối với xạ điện từ xác định lượng tử lượng có giá trị: 𝜀 = ℎ𝑓 = - Công thức Flanck: 𝜀𝑓,𝑇 = 2𝜋𝑓2 𝑐2 = ℎ𝑐 𝜆 ℎ𝑓 ℎ𝑓 𝑒 𝑘𝐵 𝑇 −1 với : 𝑐 = 3.108 𝑚/𝑠 ℎ = 6,625.10−34 𝐽𝑠 𝑘𝐵 = 1,38.10−23 𝐽/𝐾 Câu 6: Trình bày nội dung hiệu ứng Compton Tại coi hiệu ứng Compton chứng thực nghiệm xác nhận trọn vẹn tính hạt ánh sáng 𝜆′ = 𝜆 + 𝛥𝜆 52 Tham gia group FB: “GÓC HỌC TẬP ĐHXD” để nhận tài liệu môn từ đại cương đến chuyên ngành XD 𝜃 𝛥𝜆 = 2𝜆𝑐 𝑠𝑖𝑛2 ( ) 𝜆𝑐 = 2,426.10−12 𝑚 ; - Giải thích: Chỉ giải thích hiệu ứng Compton cách coi ánh sáng hạt proton tới va chạm vào e tinh thể { ⃗ = ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ ℎ 𝑃𝜀 + 𝑃𝜀′ + ⃗⃗⃗ 𝑃𝜀 ⇒ 𝜆𝑐 = = 2,426.10−12 𝑚 ′ 𝑚0 𝑐 ℎ𝑓 + 𝑚0 𝑐 = ℎ𝑓 + 𝑚𝑐 Câu 7: Phát biểu nêu ý nghĩa thuyết photon Einstein - Bức xạ điện từ cấu tạo vô số hạt gọi lượng tử ánh sáng hay photon - Với ánh sáng có tần số bước sóng xác định photon có lượng: 𝜀 = ℎ𝑓 = ℎ𝑐 𝜆 (ℎ = 6,625.10−34 𝐽𝑠) - Photon truyền với vận tốc c môi trường - Cường độ chùm xạ tỉ lệ với mật độ photon - Vật chất hấp thụ hay xạ xạ điện từ hấp thụ hay xạ photon * Ý nghĩa: Khẳng định chất hạt ánh sáng 53