Bài 3 sự nở vì nhiệt của chất khí

CHƯƠNG 2: NHIỆT HỌC CHỦ ĐỀ 4: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CÁC CHẤT BÀI 3: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT KHÍ Mục tiêu  Kiến thức + Nêu ví dụ thực tế chứng tỏ chất khí nở nhiệt + Mơ tả tượng nở nhiệt chất khí + Nêu chất khí khác nở nhiệt giống + So sánh nở nhiệt chất rắn, lỏng, khí  Kĩ + Vận dụng kiến thức nở nhiệt chất khí giải thích số tượng đơn giản nở nhiệt chất khí + Biết đọc bảng biểu để rút kết luận Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Sự nở nhiệt chất khí Nếu chất khí chứa bình kín khơng dãn Chất khí nở nóng lên, co lại lạnh nở nhiệt, đun nóng (làm lạnh) có lực Nghĩa là: tác dụng chất khí lên thành bình tăng (giảm) - Khi nhiệt độ tăng: cịn thể tích + Thể tích  V  chất khí tăng + Khối lượng  m , trọng lượng  P  V , khối lượng  m , trọng lượng  P  , khối lượng riêng  D  , trọng lượng riêng  d  chất khí chất khí khơng thay đổi khơng đổi + Khối lượng riêng  D  , trọng lượng riêng  d  chất khí giảm - Khi nhiệt độ giảm: + Thể tích  V  chất khí giảm + Khối lượng  m , trọng lượng  P chất khí khơng đổi + Khối lượng riêng  D  , trọng lượng riêng  d  chất khí tăng SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HĨA Sự nở nhiệt chất khí Đặc điểm Lạnh Nóng lên Nở Co lại tăng Thể tích, chiều dài giảm giảm Khối lượng riêng, trọng lượng riêng tăng không đổi Khối lượng, trọng lượng không đổi Sắp xếp nở nhiệt từ đến nhiều: chất rắn, chất lỏng, chất khí Chất khí khác nở nhiệt giống Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Các khái niệm nở nhiệt chất khí Phương pháp giải Ví dụ: Tại bóng bàn bị móp nhúng vào nước nóng lại phồng lên cũ? Bước 1: Xác định kiện cho (nhiệt độ, dụng Bước 1: Bài tốn cho biết: Quả bóng bị móp, tăng cụ chứa chất khí ) yêu cầu đề nhiệt, trở lại hình dạng cũ u cầu giải thích Bước 2: Dựa đặc điểm nở nhiệt: Bước 2: Xác định kiến thức liên quan + Chất khí tăng (giảm) thể tích tăng (giảm) nhiệt độ Các chất khí nở nóng lên, co lại lạnh + Các chất khí khác nhau, nở nhiệt giống Chất khí nở nhiệt nhiều chất rắn + Chất khí nở nhiệt nhiều nhất, chất rắn nở Vận dụng kiến thức liên quan trả lời: nhiệt Khi nhúng vào nước nóng vỏ bóng Rút câu trả lời cho tốn nêu khơng khí bóng nóng lên, nở Tuy nhiên khơng khí bóng nở nhiệt nhiều vỏ bóng khơng ngồi nên đẩy vào bóng làm vỏ bóng phồng lên cũ Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Giải thích bóng bay nhúng vào nước đá bị xẹp xuống Hướng dẫn giải Khi nhúng bóng bay vào nước đá, khơng khí bóng gặp lạnh, co lại làm bóng bay xẹp Ví dụ 2: So sánh nở nhiệt chất: nước, khí xi, khơng khí A xi nở nhiều khơng khí nước B Khơng khí nở nhiều ô xi nước C Giống D Khác Hướng dẫn giải Các chất khí khác nở nhiệt giống Hơi nước, khí xi, khơng khí Đều chất khí  Đáp án C Ví dụ 3: Các chất rắn, lỏng khí dãn nở nhiệt Chất dãn nở nhiều nhất? A Rắn B Lỏng C Khí D Dãn nở Hướng dẫn giải Chất khí nở nhiệt nhiều chất lỏng, chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn  Chất khí nở nhiệt nhiều Đáp án A Lưu ý: Đối với chất khí Trang - Khi tăng nhiệt độ: + Thể tích V khí tăng + Khối lượng  m  , trọng lượng  P  không đổi m  + Khối lượng riêng  D   , trọng lượng riêng V  m   d 10  giảm V  - Khi giảm nhiệt độ: + Thể tích  V  khí giảm + Khối lượng  m  , trọng lượng  P  không đổi m m   + Khối lượng riêng  D   , trọng lượng riêng  d 10  tăng V V   - Khi chất khí bị nhốt bình khơng dãn nở nhiệt: V, m, P, D, d không đổi nhiệt độ thay đổi Chỉ có lực khí tác dụng lên thành bình thay đổi Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Kết luận sau nói thể tích khối khí bình thủy tinh đậy kín đun nóng? A Thể tích khơng thay đổi bình thủy tinh đậy kín B Thể tích tăng C Thể tích giảm D Khối lượng khí giảm Câu 2: Khi chất khí nóng lên đại lượng sau thay đổi? A Cả thể tích, khối lượng riêng trọng lượng riêng thay đổi B Chỉ có trọng lượng riêng thay đổi C Chỉ tích thay đổi D Chỉ có khối lượng riêng thay đổi Câu 3: Kết luận sau so sánh nở nhiệt chất rắn, lỏng, khí? A Chất khí nở nhiệt nhiều chất lỏng, chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn B Chất rắn nở nhiệt nhiều chất lỏng, chất lỏng nở nhiệt nhiều chất khí C Chất khí nở nhiệt nhiều chất rắn, chất rắn nở nhiệt nhiều chất lỏng D Chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn, chất rắn nở nhiệt nhiều chất khí Câu 4: Điền từ Khi giảm nhiệt độ, thể tích …………sẽ giảm thể tích của……… A chất khí, chất lỏng B chất khí, chất rắn C chất lỏng, chất rắn D chất rắn, chất lỏng Câu 5: Kết luận sau nói nở nhiệt khơng khí khí oxi? A Khơng khí nở nhiệt nhiều oxi B Khơng khí nở nhiệt oxi Trang C Khơng khí oxi nở nhiệt D Cả ba kết luận sai Câu 6: Phát biểu sau khơng đúng? A Chất khí nở nóng lên, co lại lạnh B Các chất khí khác nở nhiệt giống C Chất khí nở nhiệt nhiều chất lỏng, chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn D Khi nung nóng chất khí thể tích chất khí giảm Câu 7: Hãy chọn cụm từ thích hợp điền vào chỗ trống: Các khối nước bốc lên từ mặt biển, sông, hồ bị ánh nắng mặt trời chiếu vào nên……………, ……………, ……………và bay lên tạo thành mây A nở ra, nóng lên, nhẹ B nhẹ đi, nở ra, nóng lên C nóng lên, nở ra, nhẹ D nhẹ đi, nóng lên, nở Câu 8: Hiện tượng sau xảy hơ nóng khơng khí đựng bình kín làm kim loại gần khơng dãn nở nhiệt? A Thể tích khơng khí tăng B Khối lượng riêng khơng khí tăng C Khối lượng riêng khơng khí giảm D Cả tượng không xảy Câu 9: Chọn từ hay cụm từ thích hợp để điền vào chỗ trống câu sau a Thể tích khơng khí  1 ………… nóng lên,   ………… khơng khí khơng thay đổi nên khối lượng riêng khơng khí khí  3 ………… nhiệt độ tăng b Trong ba chất rắn, lỏng, khí,   …………nở nhiệt nhất, cịn  3 …………nở nhiệt nhiều c Chất khí khác nở nhiệt   ………… Câu 10: Hãy mô tả tượng xảy a Xoa hay tay vào áp chặt tay vào bình cầu b Áp khăn lạnh vào bình cầu Câu 11: Cho hệ thống bình chứa hình vẽ a Cho bình chứa khơng khí Đun nóng bình A giọt nước màu dịch chuyển nào? b Hút hết khơng khí bình Đun nóng bình A giọt nước màu dịch chuyển nào? Dạng 2: Giải thích tượng Phương pháp giải Ví dụ: Tại vào ngày nắng gắt, bánh xe đạp bơm căng bị nổ? Hướng dẫn giải Bước 1: Bài toán cho biết: Bánh xe bơm căng bị nổ Bước 1: Xác định kiện cho yêu cầu đề để trời nắng Yêu cầu giải thích Bước 2: Liên hệ nội dung kiến thức với tượng thực tế Trang Bước 2: Liên hệ nội dung kiến thức với tượng thực tế Ngày hè, nhiệt độ tăng, thể tích khí lốp xe tăng Vào ngày trời nắng gắt, nhiệt độ cao, khơng khí lốp nóng lên, nở mức cho phép làm nổ lốp xe Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Tại khơng phép để bình chứa khí gas gần lửa, nơi có nhiệt độ cao? Hướng dẫn giải Nếu bình chứa khí gas gần lửa, nơi có nhiệt độ vỏ thép khí gas bình nóng lên, nở Chất khí nở nhiệt nhiều chất rắn nhiều nên khí gas bình nở nhiều vỏ thép bên ngồi bình, vượt giới hạn chịu đựng vỏ bình gây nổ, vỡ bình Ví dụ 2: Tại máy lạnh ln đặt phía gần sát trần nhà? Hướng dẫn giải Khơng khí co lại nhiệt độ giảm mà khối lượng khí khơng đổi nên khối lượng riêng khơng khí lạnh lớn khối lượng riêng khơng khí nóng Khối khơng khí lạnh nặng chìm xuống làm mát vùng khơng khí bên phịng nhiều Ví dụ 3: Tại đốt lửa khinh khí cầu bay lên cao? Hướng dẫn giải Khi đốt lửa khinh khí cầu, khơng khí khinh khí cầu nóng lên, nở mà khối lượng khí khí cầu khơng thay đổi nên trọng lượng riêng khinh khí cầu nhỏ trọng lương riêng khơng khí xung quanh khinh khí cầu bay lên cao Ví dụ 4: Tại nấu cháo không ý cháo dễ bị tràn ngoài? Hướng dẫn giải Khi nấu cháo, cháo sơi tạo bọt khí Các bọt khí nóng lên, nở bị tinh bột ngồi ngăn cản nên khơng dễ vỡ Nhiệt độ cao, bọt khí nhiều tràn Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Ở xứ lạnh, người ta thường gắn lị sưởi sát mặt đất A dễ xử lý cố nhiệt B dễ tiếp thêm nhiên liệu (than, củi, gas ) C gắn máy lạnh cao lị sưởi phải gắn Trang D khơng khí nóng nhẹ nên bốc lên cao Gắn lị sưởi gắn dưới, khơng khí nóng lan tỏa khắp phịng nhiều Câu 2: Khi nhúng bóng bàn bị móp vào nước nóng, phồng trở lại Vì vậy? A Vì nước nóng làm vỏ bóng co lại B Vì nước nóng làm vỏ bóng nở C Vì nước nóng làm cho khí bóng co lại D Vì nước nóng làm cho khí bóng nở Câu 3: Bánh xe đạp bơm căng, để trưa nắng dễ bị nổ Giải thích sao? A Nhiệt độ tăng làm cho vỏ bánh xe co lại B Nhiệt độ tăng làm cho ruột bánh xe nở C Nhiệt độ tăng làm cho khơng khí ruột bánh xe co lại D Nhiệt độ tăng làm cho khơng khí ruột bánh xe nở Câu 4: Cần điều kiện để bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng phồng lên cũ? Câu 5: Tại nắp bình xăng xe thường có lỗ nhỏ? Câu 6: Một phịng chứa loại khơng khí khơng khí 0°C khơng khí 30°C Trong phịng, loại khơng khí phía Em dự đốn xem vào phịng này, cảm thấy lạnh chân hay đầu? Câu 7: Tại thông thường ngăn đá tủ lạnh lắp phía trên? Bài tập nâng cao Câu 8: Trên hình mơ hình dụng cụ đo nóng lạnh lồi người nhà bác học Galileo sáng chế Nhiệt kế khơng khí Galileo gồm bóng đèn thủy tinh có kích thước tương đương với trứng gà gắn vào ống dài, mỏng nhúng vào bình nước Hơ nóng bình cầu, mực nước ống thủy tinh giảm làm lạnh bình cầu, mực nước ống thủy tinh tăng lên Dựa vào mực nước ống thủy tinh ta biết thời tiết nóng hay lạnh, sao? Trang Dạng 3: Bài tập tính thể tích chất khí nhiệt độ thay đổi Phương pháp giải Bước 1: Xác định kiện cho yêu cầu đề Ví dụ: Quả bóng cao su tích 100 cm3 nhiệt độ 20°C Khi nhúng bóng vào chậu Bước 2: Cơng thức tính độ tăng (giảm) thể tích nước nóng 70°C cm3 khí nở thêm 0,2 cm3 V x.V0 Tính thể tích bóng cao su nhiệt độ 70°C? Trong V : độ tăng (giảm) thể tích chất Hướng dẫn giải khí Bước 1: V0 10 cm , nhiệt độ tăng từ 20°C đến x: độ tăng (gỉảm) thể tích cm3 chất khí tăng (giảm) t  C 70°C cm3 khí nở thêm 0,2 cm3 Tính V 70°C Bước 2: Thể tích khí tăng thêm nhiệt độ V0 : thể tích ban đầu Bước 3: Tính thể tích sau tăng (giảm) nhiệt độ V V0 V Dấu “+” nhiệt độ tăng Dấu “–” nhiệt độ giảm Bước 4: Thay số tính bóng 70°C: V x.V0 Bước 3: Thể tích khí nhiệt độ bóng 70°C V V0  V Bước 4: Thay số tính Thể tích khí tăng thêm nhiệt độ bóng 70°C: V x.V0 0, 2.100 20cm Thể tích khí nhiệt độ bóng 70°C: V V0  V 100  20 120cm3 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: So sánh độ tăng thể tích 100 cm3 ba chất sau đồng, nước sữa tăng nhiệt độ từ 25°C đến 60°C Hướng dẫn giải Trang Chất khí nở nhiệt nhiều chất lỏng, chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn Vì vậy, tăng lượng nhiệt độ nước tăng thể tích nhiều sau đến sữa cuối đồng Ví dụ 2: Khi nhiệt độ tăng từ 20°C đến 100°C cm3 khơng khí nở thêm 0,12 cm3 Tính độ tăng thể tích 1000 cm3 khơng khí ban đầu 20°C làm nóng tới 100°C Hướng dẫn giải Độ tăng thể tích 1000 cm3 khơng khí ban đầu 0°C làm nóng tới 100°C là: V x.V0 0,12.1000 120cm Ví dụ 3: Khi nhiệt độ tăng thêm 1°C thể tích khơng khí tăng thêm 0,004 lần so với thể tích ban đầu 0°C Tính khối lượng riêng khơng khí 90°C, biết khối lượng riêng khơng khí 0°C 1,29kg/ m3 Hướng dẫn giải Vì khối lượng riêng khơng khí 0°C 1,29kg/ m3 Nên m3 khơng khí 0°C có khối lượng 1,29kg Độ tăng thể tích khơng khí tăng từ 0°C lên 90°C: V 0, 004V0 90 0,36V0 Thể tích khơng khí 90°C là: V V0  0,36V0 1,36V0 Khối lượng riêng khơng khí 90°C là: D  m 1, 29  0,95kg / m V 1,36 Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Khi nhiệt độ tăng từ 20°C đến 70°C cm3 khơng khí nở thêm 0,07 cm3 Tính độ tăng thể tích 50 dm3 khơng khí ban đầu 20°C làm nóng tới 70°C Câu 2: Khi nhiệt độ tăng thêm 1°C thể tích khơng khí tăng thêm 0,08 lần so với thể tích ban đầu 0°C Tính khối lượng riêng khơng khí 60°C, biết khối lượng riêng khơng khí 0°C 1,25kg/ m3 Trang ĐÁP ÁN Dạng Các khái niệm nở nhiệt chất khí 1-B 2-A 3-A 4-D 5-C 6-D 7-C 8-D Câu 1: Khi đun nóng, bình thủy tinh nở ra, khí bình nở ra, thể tích khí tăng; Câu 4: Chất lỏng nở nhiệt nhiều chất rắn, nên giảm nhiệt độ, chất lỏng co lại nhiều chất rắn làm cho thể tích chất lỏng giảm nhiều thể tích chất rắn; Câu 5: Khơng khí khí oxi chất khí nên nở nhiệt nhau; Câu 9: a  1 tăng;   khối lượng;  3 giảm b   chất rắn;   chất khí c   giống Câu 10: a Xoa hay tay vào áp chặt tay vào bình cầu: + Hình 1: Ban đầu giọt nước màu di chuyển bên trái chút, sau dịch chuyển sang phải Do áp tay vào bình cầu, ban đầu, bình cầu nóng lên trước, nở làm giọt nước màu di chuyển bên trái chút Sau đó, khí bình nóng lên, nở nhiều bình cầu đẩy giọt nước màu di chuyển sang phải + Hình 2: Trên mặt nước xuất bọt khí áp tay vào bình cầu làm khí bình nóng lên, nở ra, ngồi dạng bọt khí b Nhúng áp khăn lạnh vào bình cầu: + Hình 1: Ban đầu giọt nước màu di chuyển bên phải chút, sau dịch chuyển sang trái Do áp khăn lạnh vào bình cầu, ban đầu, bình cầu lạnh trước, co lại làm giọt nước dịch chuyển sang phải Sau khí bình lạnh đi, co lại nhiều bình cầu làm giọt nước màu di chuyển sang trái + Hình 2: Nước bị hút vào bình cầu áp khăn lạnh vào bình cầu làm khí bình lạnh đi, co lại, hút nước ngồi vào bình Câu 11: a Cho bình chứa khơng khí Đun nóng bình A giọt nước màu dịch chuyển sang phía bình B đun nóng, khí bình A nóng lên, nở đẩy giọt nước màu sang phải b Hút hết khơng khí bình Đun nóng bình A giọt nước màu dịch chuyển đứng yên bình khơng cịn khơng khí để nở Dạng Giải thích tượng Trang 10 1-D 2-D 3-D Câu 4: Để bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng phồng lên cũ bóng khơng rách, thủng bóng bị thủng nhúng vào nước nóng, khí bóng nở theo lỗ thủng hết ngồi khơng làm bóng phồng lại Câu 5: Vì khơng có lỗ thủng nhiệt độ tăng khí xăng bình xăng nở bị ngăn cản gây áp lực lên bình xăng, gây nguy hiểm Câu 6: Trọng lượng riêng khơng khí xác định cơng thức d 10 m Ở 0°C chất khí tích V V nhỏ thể tích khí 30°C khối lượng m khơng khí khơng đổi Do đó, trọng lượng riêng khơng khí lạnh lớn trọng lượng riêng khơng khí nóng Nghĩa phịng khơng khí lạnh 0°C nặng khơng khí nóng 30°C nên chìm xuống dưới, cịn khơng khí nóng 30°C nhẹ bay lên Vì vào phịng này, ta thấy lạnh chân Câu 7: Ngăn đá tủ lạnh lắp phía khơng khí tủ đá phía nặng hơn, chìm xuống đáy tủ Khí đáy tủ nóng hơn, nhẹ bay lên chỗ cho phần khí lạnh chìm xuống Như có di chuyển liên tục khơng khí lạnh khơng khí nóng làm cho tồn khơng khí tủ lạnh dễ bị lạnh Nếu lắp ngăn đá đáy tủ lạnh khơng khí lạnh tiếp tục đáy tủ, khơng khí nóng tiếp tục phía trên, nên khơng khí tủ lạnh lạnh phía cịn phần phía nóng Câu 8: Khi thời tiết nóng lên, khơng khí bình cầu nóng lên, nở đẩy mực nước ống thủy tinh giảm xuống Khi thời tiết lạnh đi, khơng khí bình cầu lạnh đi, co lại mực nước ống thủy tinh dâng lên Nếu gắn lên ống thủy tinh băng giấy có chia vạch biết lúc mực nước hạ xuống, dâng lên nghĩa trời nóng, trời lạnh Dạng Bài tập tính độ thay đổi thể tích chất khí nhiệt độ thay đổi Câu 1: Đổi 50dm3 50 000cm3 Độ tăng thể tích 50 dm3 khơng khí ban đầu 20°C làm nóng tới 70°C: V x.V0 0, 07.50000 3500cm3 Câu 2: Nên m3 không khí 0°C có khối lượng 1,25kg Trang 11 Độ tăng thể tích khơng khí tăng từ 0°C lên 60°C: V 0, 08V0 60 4,8V0 Thể tích khơng khí 60°C là: V V0  V V0  4,8V0 5,8V0 Khối lượng riêng không khí 60°C là: D  m 1, 25  0, 228kg / m3 V 5, 48 Trang 12