KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG I, II TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHÂN TỬ VÀ NHIỆT HỌC

MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Nhiệm vụ nghiên cứu IV Đối tƣợng nghiên cứu V Phạm vi nghiên cứu VI Giả thuyết khoa học VII Phƣơng pháp nghiên cứu VIII Đóng góp khóa luận IX Cấu trúc khoá luận PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA KHÓA LUẬN I Khái niệm tập vật lý II Vai trò tác dụng tập vật lý III Phân loại tập vật lý Phân loại theo nội dung 1.1 Bài tập có nội dung lịch sử 1.2 Bài tập có nội dung cụ thể trừu tƣợng 1.3 Bài tập có nội dung kỹ thuật tổng hợp 1.4 Bài tập vui Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện phƣơng thức giải 2.1 Bài tập định tính 2.2 Bài tập định lƣợng Phân loại theo trình độ phát triển tƣ 3.1 Bài tập luyện tập 3.2 Bài tập sáng tạo IV Cơ sở định hƣớng giải tập vật lý Phƣơng pháp giải tập vật lý 1.1 Phƣơng pháp phân tích 1.2 Phƣơng pháp tổng hợp Các bƣớc chung giải toán vật lý Phƣơng pháp giải tập định tính V Tiểu kết CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Thuyết động học phân tử chất khí Thuyết động học chất khí - mẫu chất khí lí tƣởng Áp suất chất khí 10 Nhiệt độ 11 Phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng nhiệt độ khí lí tƣởng 12 Các định luật khí lí tƣởng 14 5.1 Định luật Bôilơ - Mariot 14 5.3 Định luật Sác lơ 14 5.3 Định luật Gay – Luýt xắc 15 5.4 Định luật Đan tôn 16 Sự phân bố vận tốc phân tử theo Maxwell 16 6.1 Hàm số phân bố 16 6.2 Các vận tốc đặc trƣng chuyển động phân tử khí 17 Sự phân bố mật độ phân tử khí đặt trƣờng trọng lực 18 7.1 Sự thay đổi áp suất khí theo độ cao cơng thức phong vũ biểu 18 7.2 Định luật phân bố mật độ phân tử khí trƣờng 20 II Sự va chạm phân tử Các tƣợng truyền chất khí 20 Quãng đƣờng tự trung bình phân tử 20 Các tƣợng truyền chất khí 21 2.1 Hiện tƣợng khuếch tán 21 2.2 Hiện tƣợng truyền nhiệt 22 2.3 Hiện tƣợng nội ma sát 22 Sự liên hệ hệ số truyền 23 CHƢƠNG III: PHÂN LOẠI CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ 25 I Bài tập định tính 25 Bài tập 25 1.1 Các định luật chất khí 25 1.1.1 Các tập giải mẫu 25 1.1.2 Các tập tự giải………………………………………………………28 1.2 Sự va chạm phân tử tƣợng truyền chất khí 29 1.2.1 Các tập giải mẫu 29 1.2.2 Các tập tự giải 30 II Bài tập định lƣợng 31 Những sở thuyết động học phân tử khí lý tƣởng 31 1.1 Các tập liên quan đến "Những định luật thực nghiệm chất khí lí tƣởng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng" 31 1.1.1 Các tập giải mẫu 31 1.1.2 Các tập tự giải 38 1.2 Các tập liên quan đến “Phân bố Maxwel phân bố Bolzman” “Vận tốc phân tử” 44 1.1.2 Bài tập giải mẫu 44 1.2.2 Các tập tự giải 46 Sự va chạm phân tử tƣợng truyền chất khí 50 2.1 Bài tập giải mẫu 50 2.2 Các tập tự giải……………………………………… ………………52 PHẦN III: KẾT LUẬN 55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài “Giáo dục chìa khóa cho phát triển”, “con người động lực, nhân tố định hàng đầu” Trong xã hội đại ngày nay, đầu tư cho giáo dục đầu tư cho phát triển Để đào tạo hệ trẻ đáp ứng yêu cầu nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, hội nhập với cộng đồng giới kinh tế thị trường cạnh tranh khốc liệt, giáo dục nước ta đổi tồn diện mục đích, nội dung phương pháp giáo dục Giáo dục đóng vai trò quan trọng nghiệp phát triển đất nước góp phần nâng cao vị đất nước ta trường quốc tế Hồ Chí Minh nói: “Non sơng Việt Nam có trở nên tươi đẹp hay khơng, dân tộc Việt Nam có sánh vai với cường quốc năm châu hay khơng, nhờ phần lớn cơng học tập cháu” Mỗi ngành khoa học có đặc điểm vị riêng nghiệp phát triển đất nước Trong vật lý ngành khoa học gắn liền với đời sống sản xuất, nhờ có vật lý mà khoa học tiến xa đường khám phá giới tự nhiên Nhiệm vụ người học môn vật lý phải hiểu vận dụng lý thuyết chung vật lý vào lĩnh vực cụ thể Một lĩnh vực giải tập vật lý Bài tập vật lý nhiều, đa dạng phong phú Một kỹ người học phân loại giải tập liên quan đến nội dung lý thuyết Trong trình học, nhiều sinh viên cịn gặp khó khăn giải tập khơng tìm hướng giải vấn đề, khơng vận dụng lý thuyết vào việc giải tập, không tổng hợp kiến thức thuộc nhiều phần chương trình học để giải vấn đề chung, hay giải tập thường áp dụng cách máy móc cơng thức mà khơng hiểu rõ ý nghĩa vật lý chúng Với lí tơi chọn đề tài: "Phân loại giải tập chương I, II chương trình vật lí phân tử nhiệt học" II Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết để phân loại giải tập vật lý chương I, II chương trình vật lý phân tử nhiệt học nhằm mục đích nâng cao kỹ học tập nhận thức thân III Nhiệm vụ nghiên cứu Hệ thống kiến thức bản, phân loại tập vật lý chương I, II phần vật lý phân tử nhiệt học IV Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết loại tập chương I, II chương trình vật lý phân tử nhiệt học V Phạm vi nghiên cứu Chỉ nghiên cứu chương: "Thuyết động học phân tử chất khí", "Sự va chạm phân tử tượng truyền chất khí" VI Giả thuyết khoa học Nếu đề tài nghiên cứu thành cơng góp phần tăng thêm kiến thức cho thân phần nghiên cứu Và tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sư phạm vật lý VII Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu xử lí tốn học VIII Đóng góp khóa luận Trong q trình hồn thiện đề tài giúp rèn thêm kỹ phân loại tập kỹ sử dụng lý thuyết vào việc giải tập cụ thể IX Cấu trúc khoá luận Khoá luận gồm phần mở đầu, phần nội dung gồm chương phần kết luận Phần nội dung bao gồm chương: Chương I: Cơ sở lý luận khóa luận Chương II: Cơ sở lý thuyết Chương III: Phân loại tập cụ thể PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA KHÓA LUẬN I Khái niệm tập vật lý Bài tập vật lý yêu cầu đặt cho người học, người học giải dựa sở lập luận lôgic, nhờ phép tính tốn, thí nghiệm, dựa kiến thức khái niệm, định luật thuyết vật lý II Vai trò tác dụng tập vật lý Xét mặt phát triển tính tự lực người học rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức lĩnh hội vai trị tập vật lý q trình học tập có giá trị lớn Bài tập vật lý sử dụng nhiều khâu trình dạy học Thông qua dạy học tập vật lí, người học nắm vững cách xác, sâu sắc toàn diện quy luật vật lí, tượng vật lí, biết cách phân tích chung ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng người học Bài tập vật lí sử dụng phương tiện độc nghiên cứu tài liệu trang bị kiến thức cho học sinh Trong trình giải tình cụ thể tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức cách sâu sắc Bài tập vật lí cịn hình thức củng cố, ơn tập, hệ thống hóa kiến thức phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ học sinh Khi giải tập vật lí, học sinh cần nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh kiến thức phải tổng hợp kiến thức đề tài, chương hay phần chương trình Bài tập phương tiện phát triển tư vật lý cho người học Việc giải tập làm phát triển tư lơgic, nhanh trí Trong q trình tư có phân tích tổng hợp mối liên hệ tượng, đại lượng vật lý đặc trưng cho chúng Bài tập phương tiện rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức người học vào thực tiễn Đối với việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp tập vật lý có ý nghĩa lớn, tập phương tiện thuận lợi để người học liên hệ lý thuyết với thực hành, học tập với đời sống Nội dung tập phải đảm bảo yêu cầu sau: + Nội dung tập phải gắn với tài liệu thuộc chương trình học + Hiện tượng nghiên cứu phải áp dụng phổ biến thực tiễn + Bài tập đưa phải vấn đề gần gũi với thực tế + Không nội dung mà hình thức tập phải gắn với điều kiện thường gặp sống Trong tập khơng có sẵn kiện mà phải tìm kiện cần thiết sơ đồ, vẽ kỹ thuật, sách báo tra cứu từ thí nghiệm Bài tập tượng vật lý sinh hoạt hàng ngày có ý nghĩa to lớn Chúng giúp cho người học nhìn thấy khoa học vật lý xung quanh chúng ta, giúp cho người học khả quan sát Với tập này, qua trình giải, người học có kỹ năng, kỹ xảo để vận dụng kiến thức vào việc phân tích tượng vật lý khác tự nhiên, kỹ thuật đời sống, đặc biệt có tập giải địi hỏi người học phải sử dụng kinh nghiệm lao động, sinh hoạt sử dụng kết quan sát thực tế hàng ngày Bài tập vật lý phương tiện để giáo dục người học Nhờ tập vật lý ta giới thiệu cho người học biết xuất tư tưởng, quan điểm tiên tiến, đại, phát minh, thành tựu khoa học nước Tác dụng giáo dục tập vật lý thể chỗ: chúng phương tiện hiệu để rèn luyện đức tính kiên trì, vượt khó, ý chí nhân cách người học Việc giải tập vật lý mang đến cho người học niềm phấn khởi sáng tạo, tăng thêm u thích mơn, tăng cường hứng thú học tập Bài tập vật lý phương tiện kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức kỹ năng, kỹ xảo người học Đồng thời cơng cụ giúp người học ơn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức III Phân loại tập vật lý Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có nhiều cách phân loại tập vật lý khác nhau: Phân loại theo mục đích, phân loại theo nội dung, phân loại theo cách giải, phân loại theo mức độ khó dễ Phân loại theo nội dung Có thể chia làm hai loại: 1.1 Bài tập có nội dung lịch sử Đó tập, câu hỏi chứa đựng kiến thức có đặc điểm lịch sử, liệu thí nghiệm, phát minh, sáng chế câu chuyện có tính chất lịch sử 1.2 Bài tập có nội dung cụ thể trừu tƣợng Bài tập có nội dung cụ thể tập liệu đầu cụ thể người học tự giải chúng dựa vào vốn kiến thức có Ưu điểm tập cụ thể tính trực quan cao gắn vào đời sống Bài tập có nội dung trừu tượng tập mà liệu cho không cụ thể, nét bật tập trừu tượng chất vật lý nêu bật lên, tách khơng lẫn lộn với chi tiết khơng 1.3 Bài tập có nội dung kỹ thuật tổng hợp Đó tập mà số liệu kiện gắn với số liệu thực tế ngành kỹ thuật, công nghiệp, tập có ứng dụng thực tế 1.4 Bài tập vui Là tập sử dụng kiện, tượng kì lạ vui Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện phƣơng thức giải Có thể chia thành hai loại: 2.1 Bài tập định tính Là loại tập đưa với nhiều tên gọi khác “câu hỏi thực hành”, “bài tập lôgic”, “câu hỏi định tính”, …Sự đa dạng phong cách gọi chứng tỏ loại tập có ưu điểm nhiều mặt, tên gọi phản ánh khía cạnh ưu điểm Loại tập dùng để vận dụng kiến thức vào đời sống, sản xuất Nó thường sử dụng làm tập mở đầu nghiên cứu tài liệu mới, giúp người học nắm vững chất vật lí tượng, tạo say mê, hứng thú học tập, rèn cho người học tư lơgic khả phán đốn, biết phân tích chất vật lí tượng 2.2 Bài tập định lƣợng: loại tập có liệu số cụ thể, học sinh phải giải chúng phép tính tốn, sử dụng cơng thức để xác lập mối quan hệ phụ thuộc định lượng đại lượng phải tìm nhận kết dạng công thức giá trị số Phân loại theo trình độ phát triển tƣ Có thể phân tập thành hai loại tập luyện tập tập sáng tạo 3.1 Bài tập luyện tập Bài tập luyện tập tập tượng xảy tuân theo quy tắc, định luật vật lý biết, muốn giải cần thực lập luận đơn giản hay áp dụng công thức biết 3.2 Bài tập sáng tạo Loại tập yêu cầu học sinh phải có đầu óc tư sáng tạo, có khả phân tích đề bài, vận dụng tổng hợp kiến thức để giải vấn đề đặt Loại tập yêu cầu học sinh phải có đầu óc tưởng tượng, biết cách suy diễn lập luận chắn để thiết lập mối quan hệ cần xác lập chặt chẽ có logic Bài tập sáng tạo có hai loại: Bài tập nghiên cứu: loại tập cần giải thích tượng chưa biết sở mơ hình trừu tượng thích hợp rút từ lí thuyết vật lí Học sinh cần trả lời câu hỏi “tại sao?” Bài tập thiết kế: loại tập vận dụng kiến thức lí thuyết biết đẻ đưa mơ hình phù hợp với mơ hình trừu tượng (định luật, công thức, đồ thị…) cho Học sinh cần trả lời câu hỏi “Làm nào?” IV Cơ sở định hƣớng giải tập vật lý Phƣơng pháp giải tập vật lý Xét tính chất thao tác tư giải tập vật lý người ta thường dùng hai phương pháp sau 1.1 Phƣơng pháp phân tích Phương pháp phân tích cách giải tập việc phân tích tập phức tạp tập đơn giản Việc giải đại lượng phải tìm, từ tìm định luật, cơng thức liên hệ ẩn số phụ xuất với kiện cho, sở tìm quan hệ ẩn số phải tìm với kiện cho để rút kết cần tìm 1.2 Phƣơng pháp tổng hợp Phương pháp tổng hợp cách giải tập lập luận đại lượng cho đề Bài tập gỡ qua việc xác lập phụ thuộc đại lượng trung gian tìm đại lượng phải tìm Kết thao tác tư duy, có chỗ khơng cần thiết, có biểu thức giúp ta xác định đại lượng phải tìm Các bƣớc chung giải tốn vật lý Từ phân tích thực chất hoạt động giải tốn, ta đưa cách khái quát bước chung tiến trình giải tốn vật lý hoạt động bước Bước 1: Đọc đề Tìm hiểu đề - Xác định ý nghĩa thuật ngữ, phân biệt đâu ẩn số phải tìm, đâu kiện cho - Dùng kí hiệu vật lí để ghi tóm tắt đề - Đổi đơn vị hệ đơn vị hợp pháp - Vẽ hình mơ tả tượng vật lí tập Bước 2: Phân tích tượng tốn để xác lập mối liên hệ - Đối chiếu liệu xuất phát phải tìm, xem xét chất vật lý tượng để nhận định luật, công thức có liên quan - Xác lập mối liên hệ cụ thể biết phải tìm (mối liên hệ bản) - Trên sở phân tích tượng tóm tắt kiện cho kiện phải tìm từ ta có mối liên hệ cần xác lập Bước 3: Luận giải tính tốn kết số Trừ trường hợp đặc biệt, tập phải bắt đầu dạng tổng quát, nữa, đại lượng cần tìm phải biểu thị qua đại lượng cho Sau tìm kết cuối chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút mối liên hệ tường minh, trực tiếp cho phải tìm cách thay đại lượng trị số chúng để tính kết số Trước thay số học sinh cần nhớ đổi trị số đại lượng tính hệ đơn vị Bước 4: Nhận xét kết Sau tìm kết quả, giáo viên cần rèn luyện cho học sinh rút số nhận xét về: - Giá trị thực kết - Phương pháp giải - Khả mở rộng tập - Khả ứng dụng tập… - Phần bị làm lạnh: p0 V0 pV2  T0 T2 V1 V2  T1 T2 Suy Đặt khoảng dịch chuyển pittong x Ta có: l0  x l0  x  T1 T2 x l0 (T1  T2 ) 20  30  1cm T1  T2 600 Bài 7: Một bình chứa khí Hiđrơ nén, thể tích 10 lít, nhiệt độ 70C, áp suất 50atm Khi nung nóng bình, bình hở nên phần khí ra; phần khí cịn lại có nhiệt độ 170C cịn áp suất cũ Tính khối lượng khí Gợi ý trả lời: Đặt khối lượng khí bình trước sau nung m1, m2 Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta có: pV  m1 pV RT1  m1    RT1 m  m2  m1  pV  1  50.10.2  1          1,47g R  T2 T1  0,084  290 280  Khí khỏi bình 1,47g Bài 8: Một phịng có kích thước 8m x 5m x 4m Ban đầu khơng khí phịng điều kiện chuẩn, sau nhiệt độ khơng khí tăng lên tới 100C, áp suất 78cmHg Tính thể tích khơng khí khỏi phịng khối lượng khơng khí lại phòng Gợi ý trả lời: V  1,6m3 ;m'  204,84kg Lượng khơng khí phịng trạng thái ban đầu (điều kiện chuẩn) p0 = 76cmHg; V0=5.8.4=160m3; T0=273K Lượng khơng khí phịng trạng thái 2: p2 = 78cmHg; V2; T2=283K 42 Ta có: p0V0 p2V2 p V T 76.160.283   V2  0   161,60m3 T0 T2 T0p 273.78 Thể tích khơng khí khỏi phịng: V  V2  V0  161,6  160  1,6m3 Thể tích khơng khí khỏi phịng điều kiện chuẩn là: p0 V0 p2 V Vp2T0 1,6.78.273   V0    1,58m3 T0 T2 T2 p0 283.76 Khối lượng khơng khí cịn lại phịng: m'  m  m  V00  V00  0 (V0  V0 ) m'  204,84kg Bài 9: Người ta dung bơm tay để bơm khơng khí vào săm Xilanh bơm có chiều cao h=4cm đường kính d=5cm Hỏi phải bơm lâu để săm có lít khơng khí áp suất 5,105N/m2 Biết thời gian lần bơm 1,5 giây, áp suất ban đầu khơng khí săm áp suất khí 105N/m2 Coi nhiệt độ khơng khí khơng đổi Gợi ý trả lời: Đây toán phần nhiệt học, kiến thức liên quan đến định luật Boilo- Mariot Gọi n số lần bơm - Lượng khí lần bơm vào săm có áp suất P0 thể tích d V1  h - Lượng khí có săm sau n lần bơm kể khí ban đầu có săm có áp suất P0 thể tích V0= (V + n.V1) -Vì nhiệt độ khơng đổi, áp dụng định luật Bôilơ-Mariot: pV=p0V0 - Thời gian bơm: t = nt1 Kết quả: n 4V(p p0 ) ; t =46s p0 d h 43 Bài 10: Hai bình cầu tích 100cm3 200cm3 nối với ống ngắn, ống có vách xốp Nhờ vách xốp mà áp suất hai bình san nhau, cịn nhiệt độ khơng Ở trạng thái ban đầu tồn hệ có nhiệt độ t=270C áp suất 760mmHg Người ta hạ nhiệt cách đặt bình cầu nhỏ vào nước đá để nhiệt độ xuống t1=00C, cịn bình cầu lớn đặt nước để có nhiệt độ t2=1000C Hỏi áp suất hệ trường hợp Bỏ qua giãn nở nhiệt bình Gợi ý trả lời: Đây toán phần nhệt học, kiến thức liên quan đến phương trình trạng thái khí lí tưởng - Phương trình trạng thái cho khối khí bình trạng thái ban đầu: p(V1  V2 )   m1  m2  RT  (1) - Phương trình cho khối khí có khối lượng m1 nhiệt độ t1=00C nghĩa T1=273K thơng có áp suất p’ là: p'V1  m1 RT1  (2) - Phương trình cho khối khí có khối lượng m2 nhiệt độ t2=1000C nghĩa T2=373K, thơng có áp suất p’ là: p'V2  m2 RT2  (3) Như vậy, ta thiết lập mối liên hệ để tìm ẩn số phải tìm p’= 845mmHg 1.2 Các tập liên quan đến “Phân bố Maxwel phân bố Bolzman” “Vận tốc phân tử” 1.1.2 Bài tập giải mẫu Bài 1: Tính áp suất cao 10km so với mặt đất Biết áp suất mặt đất 760mmHg, khối lượng kmol khơng khí 29kg/kmol Coi nhiệt độ khơng khí khơng phụ thuộc vào độ cao 00C Tóm tắt Đề cho: z  10km  104 m   29kg / kmol 44 p0  760mmHg T  273   273K Tìm: p=? Phân tích tốn: Đây dạng toán liên quan đến định luật phân bố áp suất theo độ cao trọng trường Vì vậy, ta áp dụng cơng thức liên quan:  gx  p  p0 exp     RT  Thay giá trị p0, g, R, T… vào ta tính p Giải Tính áp suất khơng khí cao 10km so với mặt đất: Áp dụng công thức:  gx  p  p0 exp     RT  (1) Thay: g  10m / s2 ;R  8,31.103 J / kmolK;z  10km  104 m;   29kg / kmol p0  760mmHg;T  273   273K vào (1) ta tìm p  2,2.102 mmHg Nhận xét kết quả: Do áp suất không khí giảm theo độ cao nên kết tính bắt buộc phải nhỏ áp suất mặt đất nên kết chấp nhận Bài 2: Tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khí Ơxi nhiệt độ 270C Tóm tắt: Đề cho: khí Ơxi t=270C Tìm: c  ? Phân tích tốn: Đây loại tập liên quan đến vận tốc phân tử Vậy ta dùng cơng thức liên quan đến vận tốc phân tử để giải loại tập Trong tập yêu cầu tìm vận tốc trung bình bình phương phân tử khí ôxi nhiệt độ 270C Tức ta vận dụng công thức sau: 45 c 3RT  R  8,31.103 J / kmolK  T  27  273  300K   32kg / kmol  Thay Vào cơng thức ta tìm kết Giải Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử: c Suy ra: 3RT  c  483m / s Nhận xét kết đơn vị phải hệ đơn vị đo 1.2.2 Các tập tự giải Bài 1: Trong buồng lái máy bay áp kế áp suất 675mmHg Máy bay bay độ cao h sân bay, áp kế áp suất 750mmHg? Coi nhiệt độ khơng khí khơng thay đổi theo độ cao 170C Gợi ý trả lời:  gx  Áp dụng công thức: P  P0 exp     RT  Thay số liệu cho tốn ta tìm h=895m Bài 2: Xác định vận tốc trung bình phân tử; số phân tử va chạm với 1cm thành bình giây Nitơ điều kiện tiêu chuẩn Gợi ý trả lời: - Vận tốc trung bình phân tử ta có:  m 8kT c 2kT m + Thay: m=28u; T=273K; k=1,38.10-23J/K ta được: c =454(m/s) - Số phân tử va chạm với 1cm2 thành bình giây 46 + Gọi số phân tử Nito có 1cm3 n0: n  N A 1cm3  2,69.1019 22,4l (phân tử) + Số phân tử có 1cm3 có vận tốc từ cz  cz  dcz dn  cz   n  c2z e dcz (theo phân bố vận tốc Macxoen)  + Số phân tử có vận tốc từ cz  cz  dcz tới gặp diện tích 1cm2 1s số phân tử hình trụ đáy 1cm2 chiều cao vz là: dn  cz   n 0cz  c2z e dcz  + Các phân tử đến va chạm theo chiều, có vận tốc: cz    ;  số lượng toàn phần phân tử tới va chạm là: n   dn  cz   n  n0   c2z   n0 n e       2    c2z e dcz  2kT  3,54.1021 (phân tử) m Bài 3: Tính vận tốc trung bình số học phân tử khí, biết vận tốc trung bình bình phương 1000m/s Gợi ý trả lời: Từ cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử: c 3RT  (1) Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình phân tử: c 8RT . (2) Thay (1) vào (2) ta tìm c  920m / s Bài 4: Một bình dung tích V=4l chứa khí có khối lượng m=0,6g áp suất 2atm Tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khí Gợi ý trả lời: Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta có: 47 pV  m RT pV RT      m (1) Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử c khí ta có: 3RT  Thay (1) vào (2) ta tìm được: c  2013m / s Bài 5: Tính mật độ phân tử Hiđrơở áp suất 200mmHg, biết vận tốc trung bình bình phương phân tử hiđrô điều kiện cho 2400m/s Gợi ý trả lời: Áp dụng công thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử hidro c Ta có: n 3RT c  T    462K  3R P kT (1) (2) Thay (1) vào (2) ta tìm n = 4,2.1024 m-3 Bài Khối lượng riêng chất khí 6.10 -2 kg/m3, vận tốc trung bình bình phương phân tử khí 500m/s Tính áp suất khí Gợi ý trả lời: Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khí: c Ta lại có: 3RT RT 500       P RT (1) (2) Thay (1) vào (2) ta tìm được: p = 5000N/m2 Bài Tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khơng khí nhiệt độ 170C coi khơng khí mà khối lượng 1kilomol   29kg / kmol Gợi ý trả lời: 48 Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khơng khí là: c 3RT  500m / s  (0.2) Bài 8: Tính vận tốc trung bình bình phương Hêli Nito nhiệt độ Gợi ý trả lời: Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khí hêli: c He  3RT  He (1) Áp dụng công thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử khí nito: c Lấy N (1) ta được: (2)  3RT N c c He N (2)  2 1  2,65 Bài 9: Trong bình dung tích lít có chứa 10g Ơxi áp suất 680mmHg Tính a) Vận tốc trung bình bình phương phân tử chất khí b) Số phân tử chất khí bình c) Khối lượng riêng khí Gợi ý trả lời: a) Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta có: pV  m pV RT  T    mT (1) Từ cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử: Thay (1) vào (2) ta tìm được: b) Ta có: n P kT c  230m / s (3) Thay (1) vào (3) ta n  1,9.1023 49 c) Khối lượng riêng khí là:   P thay số ta được: RT   5kg / m Bài 10: Vận tốc trung bình bình phương phân tử oxi lớn gấp lần so với vận tốc loại hạt bụi có khối lượng 10 -8g lẫn vào phân tử khí oxi Gợi ý trả lời: Áp dụng cơng thức tính vận tốc trung bình bình phương phân tử c khí ta có: 3RT  Từ ta xác định vận tốc trung bình bình phương phân tử oxi lớn gấp 1,37.107 lần Sự va chạm phân tử tƣợng truyền chất khí 2.1 Bài tập giải mẫu Bài 1: Tính qng đường tự trung bình phân tử khí CO nhiệt độ 100 0C áp suất 0,1mmHg Đường kính phân tử CO 3,2.10 cm Tóm tắt Đề cho: d = 3,2.10-8cm= 3,2.10-2m; k= 1,38.10-23J/K; p= 0,1mmHg= 13,33N/m2; Tìm : T=100+273=373K; ? Phân tích tốn: Đây toán liên quan đến va chạm phân tử khí Bài tốn u cầu tìm qng đường tự trung bình phân tử khí CO nhiệt độ 1000C tức tìm  là:  kT 2d p Thay giá trị k; d; p; T vào cơng thức ta tìm kết Giải Quãng đường tự trung bình phân tử khí CO2 nhiệt độ 1000C: 50 Áp dụng công thức:   kT 2d p (1) Thay d = 3,2.10-8cm= 3,2.10-10m, ; k = 1,38.10-23J/K; p= 0,1mmHg=1333N/m2; T=100+273=373K; vào (1) ta tìm được:   8,5.106 m Nhận xét kết quả: Từ công thức (1) ta thấy  phụ thuộc bậc vào T T lớn  lớn phân tử có đường kính Bài Tính hệ số khuếch tán hệ số nội ma sát khơng khí áp suất 760mmHg nhiệt độ 100C Coi khơng khí khí có   29kg / kmol đường kính phân tử 3.10-10m Tóm tắt: Đề cho: p=760mmHg=760.133,33N/m2 ;  d=3.10-10m; R=8,31.103J/K =29kg/kmol; T=10+27=283K; Tìm: D=?  Phân tích tốn Đây tốn liên quan đến tính chất chất khí mà tượng xảy khuếch tán chất khí nên để giải ta vận dụng cơng thức liên quan để tính, là: D  c Và hệ số nội ma sát là:   c Với  p kT 8RT ;  ;c  RT  2d p Từ ta tìm D  Giải Hệ số khuếch tán hệ số nội ma sát khơng khí áp suất 760mmHg nhiệt độ 100C 51 Áp dụng công thức: D  c (1)   u   Với (2) p kT 8RT ;  ;u  RT  2d 2p (3) Từ (1); (2); (3) ta được: D  kT RT 3 d p  k 3 d T R Thay p=760mmHg=760.133,33 N/m2 ;  =29kg/kmol; T=10+273=283K; d=3.10-10m; R= 8,31.103 J/K D= 1,48.10-5 m2/s  = 1,85.10- kg/ms Nhận xét kết quả: D= 1,48.10-5 m2/s Như vậy:  = 1,85.10- 5kg/ms 2.2 Các tập tự giải Bài Tính hệ số khuếch tán Hêli điều kiện chuẩn, biết đường kính phân tử Hêli 3.10-10m Gợi ý trả lời: Áp dụng cơng thức tính hệ số khuếch tán ta có: K  u  Với   kT 8RT ;u   2d p Từ ta tìm được: K = 6,6.10-5m2/s 52 Bài 2: Tính hệ số dẫn nhiệt khơng khí nhiệt độ 100C áp suất khơng q thấp Đường kính phân tử khơng khí coi 3.10 -8cm Gợi ý trả lời: Áp dụng công thức tính hệ số dẫn nhiệt ta có: k 3T m3 1 D  c v u   4r Lại có:   p p k  nm ; n  m RT kT R (1) (2) Thay (2) vào (1) ta tìm được: D = 7,84.10-3 W/mK Bài Tính hệ số nội ma sát Ôxi nhiệt độ 00C Đường kính phân tử khí Ơxi d = 3.10-10m Gợi ý trả lời: Áp dụng cơng thức tính hệ số nội ma sát ta có: 1   u   6r Ta có:   mkT 3 (1) p p k  nm ; n  m RT kT R (2) Thay (1) vào (2) ta tìm :   1,88.106 Ns m2 Bài 4: Hệ số khuếch tán hệ số nội ma sát Ôxi tương ứng K=1,22.10-5m2/s   1,95.105 kg Tính điều kiện ms a Khối lượng riêng Ơxi b Vận tốc trung bình số học phân tử Gợi ý trả lời: a Áp dụng biểu thức liên hệ hệ số nội ma sát hệ số khuếch tán ta có:   K    53  K (0.3) Suy ra:   1,6kg / m b Áp dụng công thức: c 8RT  Suy ra: c  440m / s Bài 5: Hệ số khuếch tán hệ số nội ma sát Hidro điều kiện tương ứng tương ứng K=1,42cm3/s  = 8,5.10-6 Ns/m2 Tính số phân tử Hidro 1m2 điều kiện Gợi ý trả lời: a Áp dụng biểu thức liên hệ hệ số nội ma sát hệ số khuếch tán ta có:   K Làm tương tự ta tìm số phân tử hidro 1m3 1,8.1025m-3 54 PHẦN III: KẾT LUẬN Bài tập vật lí đại cương phần quan trọng giáo trình vật lí đại cương Nó giúp cho sinh viên nắm phần kí thuyết vững vàng hơn, sâu sắc hơn, rèn luyện phương pháp vận dụng lí thuyết để phân tích, suy luận, tính toán, để khảo sát ngiên cứu tượng vấn đề vật lí cụ thể, thường gặp, rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, logic, khả độc lập suy nghĩ,… Nhưng điều cần lưu ý muốn làm tốt tập cần phải nắm vững phần lí thuyết, số điển lí thuyết (khái niệm, tượng, định nghĩa,…) không nên lao vào tập chưa đọc lĩ phần lí thuyết Bài tập vật lí phương pháp để giải đa dạng Trong phần nghiên cứu tập vật lí đại cương hai loại tập định tính tập định lượng Trong loại tập có đưa số dạng tập cụ thể tương ứng với phần sở lí thuyết nêu phần nội dung Đây số dạng tập thường gặp Ngồi ra, sinh viên tham khảo thêm loại tài liệu khác để mở rộng thêm vốn kiến thức cá nhân Tóm lại, giải tập cần phải: - Chú ý phần định tính tốn (phải phân tích kĩ ý tốn phải có tổng hợp kiến thức) - Đối với tập tính tốn cần phải nắm vững công thức thứ nguyên đơn vị đại lượng vật lí có mặt cơng thức vừa viết - Phải đổi đơn vị cho đơn vị sử dụng phải thống hệ đơn vị (SI) - Trong giải tốn, cần tìm hiểu cách khác để giải tập, sau rút cách giải hay Và cuối nên giải tốn dạng tổng qt với cơng thức chữ, đến cuối thay số vào để tính kết 55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Dun Bình (2007), Bài tập vật lí đại cương-Tập 1, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Lương Dun Bình (2010), Bài tập vật lí 10, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Đỗ Hương Trà (2009) Dạy học tập vật lí trường phổ thơng, Nhà xuất Đại học Sư phạm Giáo trình vật lí phân tử nhiệt học, Trường Đại học Tây Bắc Bùi Quang Hân (2004), Giải toán vật lí 10 - tập 2, Nhà xuất Giáo dục Lương Dun Bình (1999), Vật lí đại cương - tập 1, Nhà xuất Giáo dục Lương Duyên Bình , Vật lí 10, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 56 ... thống kiến thức bản, phân loại tập vật lý chương I, II phần vật lý phân tử nhiệt học IV Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết loại tập chương I, II chương trình vật lý phân tử nhiệt học V Phạm vi nghiên... chất lượng học tập nâng cao ta phân loại đề phương pháp giải dạng tập cách phù hợp Do đặc thù môn học nên chọn phân loại tập "Chương I, II chương trình vật lí phân tử nhiệt học" CHƢƠNG II: CƠ SỞ... tử nhiệt học" II Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết để phân loại giải tập vật lý chương I, II chương trình vật lý phân tử nhiệt học nhằm mục đích nâng cao kỹ học tập nhận thức thân III Nhiệm