Đề Thi Chuyên Sâu Vật Lý THPT: Áp Suất Phân Tử & Động Năng Trung Bình

Một bình chứa 1 mol khí Neon, xảy ra quá trình như hình vẽ. Từ trạng thái 1 qua trạng thái 2 là đẳng nhiệt. Động năng trung bình của các phân tử khí Neon ở trạng thái 3 bằng

Một bình chứa khí lí tưởng có áp suất bằng $2,2\cdot 10^5\mathrm{Pa}$, thể tích $0,5{\mathrm{m}}^3$ và khối lượng mỗi phân tử khí chứa trong bình bằng $6,6\cdot 10^{-24}\mathrm{kg}$. Trung bình của bình phương tốc độ phân tử khí $\overline{v^2}=400^2$ ($v$ tính bằng m/s). Số phân tử khí $N$ chứa trong bình bằng bao nhiêu?

Một xe tải đi qua sa mạc Sahara. Vào sáng sớm, nhiệt độ ngoài trời là $3,0^{\circ }\mathrm{C}$. Thể tích khí trong mỗi lốp xe là $1,5{\mathrm{m}}^3$, áp suất ban đầu trong lốp là $3,42\cdot 10^5\mathrm{Pa}$. Giả sử nhiệt độ khí trong lốp bằng nhiệt độ ngoài trời và thể tích lốp không thay đổi khi nhiệt độ, áp suất biến thiên. Đến giữa trưa, nhiệt độ tăng lên $42^{\circ }\mathrm{C}$. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhóm học sinh nhận định rằng áp suất chất khí tăng khi mật độ phân tử khí tăng trong điều kiện nhiệt độ thay đổi không đáng kể. Để kiểm tra nhận định đó nhóm học sinh đã tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ sau (Hình a):

+ Một bình thủy tinh khô có nút vừa khít để khí không thể lọt qua.

+ Một lọ chứa ete gắn kim có kích thước phù hợp.

+ Một bình thông nhau (ống chữ U) có kích thước nhỏ, chứa nước màu vừa đủ được giữ cố định trên giá.

+ Một ống cao su mềm kích thước hợp lí nối thông khí trong bình thủy tinh với ống chữ U, một nhánh ống chữ U nối thông khí quyển.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một chiếc xe bán tải chạy trên đường cao tốc Bắc - Nam hướng đi từ Hà Nội đến Thành phố Hồ Chí Minh trong một ngày mùa hè. Xe đi vào sáng sớm với nhiệt độ ngoài trời là $27^{\circ }\mathrm{C}$. Thể tích khí chứa trong mỗi lốp xe là $120\mathrm{L}$ và áp suất trong các lốp xe là $240\mathrm{kPa}$. Coi gần đúng nhiệt độ của không khí trong lốp xe bằng với nhiệt độ ngoài trời.

Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Bộ thí nghiệm gồm các dụng cụ lắp đặt như hình vẽ. Ống thuỷ tinh đầu dưới bịt kín, đầu trên hở, bên trong có giọt acid sulfuric ngăn khí trong ống không thoát ra ngoài. Nhóm tiến hành đo chiều cao của cột khí trong ống ở các nhiệt độ khác nhau và ghi lại kết quả như sau:

Đông trùng hạ thảo tươi có hàm lượng nước chiếm từ $85\%$ đến $90\%$ khối lượng. Sau quy trình chế biến, độ ẩm thành phẩm được đưa về mức $5\%$ đến $8\%$. Để giữ dược tính của đông trùng hạ thảo thì có hai phương pháp phổ biến được áp dụng là sấy lạnh và sấy thăng hoa.

Phương pháp sấy lạnh dựa trên nguyên lý tách ẩm bằng không khí khô, giảm áp suất để nước hóa hơi ở nhiệt độ thấp ($20^{\circ }\mathrm{C}$ đến $30^{\circ }\mathrm{C}$). Phương pháp sấy thăng hoa thực hiện trong điều kiện áp suất rất thấp, khiến nước đá chuyển trực tiếp sang dạng hơi ở nhiệt độ âm ($-20^{\circ }\mathrm{C}$ đến $-5^{\circ }\mathrm{C}$) mà không qua thể lỏng. Quy trình sấy chung gồm 3 bước:

Bước 1: Xử lý nhiệt độ phù hợp cho sản phẩm và đưa vào buồng sấy kín.

Bước 2: Hệ thống bơm chân không thiết lập áp suất phù hợp, đồng thời bộ gia nhiệt cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình chuyển pha của nước.

Bước 3: Hơi nước thoát ra được thu hồi tại bộ ngưng tụ để chuyển lại thành thể lỏng, phần khí còn lại được bơm chân không loại bỏ ra ngoài môi trường.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí là $x\cdot 10^{-21}\mathrm{J}$. Giá trị của $x$ là bao nhiêu (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Để đảm bảo điều kiện thi đấu, mật độ phân tử khí tối thiểu trong quả bóng chuyền bằng $y\cdot 10^{25}$ phân tử/${\mathrm{m}}^3$. Giá trị của $y$ là bao nhiêu (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Khi có người lái đè lên túi khí thì áp suất khí trong túi là $1,2\cdot 10^5\mathrm{Pa}$, trường hợp người lái không đè lên túi khí thì áp suất khí là $a\cdot 10^5\mathrm{Pa}$. Giá trị của $a$ bằng bao nhiêu (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Khi túi khí bung ra, động năng chuyển động tịnh tiến trung bình của một phân tử ${\mathrm{N}}_2$ là $b\cdot 10^{-21}\mathrm{J}$. Giá trị của $b$ là bao nhiêu (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?