Category:
Trắc nghiệm Vật lý 12 Chân trời sáng tạo bài 8: Áp suất – động năng của phân tử khí
Tags:
Bộ đề 1
9. Yếu tố nào quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình (chứ không phải động năng trung bình) của các phân tử khí khi nhiệt độ thay đổi?
Động năng trung bình của một phân tử khí là $E_k = \frac{1}{2} m \overline{v^2} = \frac{3}{2} k T$, trong đó $m$ là khối lượng phân tử, $\overline{v^2}$ là vận tốc trung bình theo bình phương, $k$ là hằng số Boltzmann, và $T$ là nhiệt độ tuyệt đối. Từ đây, $\overline{v^2} = \frac{3kT}{m}$. Vận tốc trung bình (hay căn bậc hai của vận tốc trung bình theo bình phương) phụ thuộc vào cả khối lượng phân tử và nhiệt độ tuyệt đối. Tuy nhiên, câu hỏi hỏi yếu tố quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình khi nhiệt độ thay đổi. Nếu chỉ xét sự thay đổi do nhiệt độ, thì vận tốc trung bình tăng. Nhưng nếu so sánh hai khí khác nhau ở cùng một nhiệt độ, thì khối lượng phân tử sẽ quyết định vận tốc trung bình. Vì câu hỏi hỏi yếu tố quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình (ngụ ý so sánh giữa các chất khí hoặc sự thay đổi của cùng một chất khí), khối lượng phân tử là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, nếu hiểu là sự thay đổi do nhiệt độ thì nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Ta xem xét kỹ hơn: $\sqrt{\overline{v^2}} \propto \sqrt{T/m}$. Khi T thay đổi, $\sqrt{T}$ thay đổi. Khi m thay đổi (so sánh các khí), $\sqrt{1/m}$ thay đổi. Nếu chỉ hỏi yếu tố nào quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình, thì cả hai. Nhưng nếu ta buộc chọn một trong các lựa chọn, và xét mối quan hệ phụ thuộc, thì cả hai đều đúng. Tuy nhiên, câu hỏi có thể ám chỉ sự khác biệt giữa các loại khí. Động năng trung bình chỉ phụ thuộc T. Vận tốc trung bình phụ thuộc cả T và m. Nếu nhiệt độ không đổi, vận tốc trung bình sẽ khác nhau do khối lượng phân tử. Nếu nhiệt độ thay đổi, vận tốc trung bình sẽ thay đổi theo $\sqrt{T}$. Giả sử câu hỏi muốn nhấn mạnh sự khác biệt giữa các loại khí ở cùng nhiệt độ, thì khối lượng phân tử là yếu tố quyết định. Tuy nhiên, nếu xét sự thay đổi khi nhiệt độ tăng, thì T là yếu tố quyết định. Đề bài không rõ ràng. Ta xét lại: Động năng trung bình tỉ lệ với T. $E_k = \frac{1}{2}m\overline{v^2}$. Vậy $\overline{v^2} \propto T/m$. Vận tốc trung bình $v_{rms} = \sqrt{\overline{v^2}} \propto \sqrt{T/m}$. Yếu tố quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình là cả T và m. Nhưng nếu nhiệt độ $T$ đã thay đổi, thì $v_{rms}$ thay đổi theo $\sqrt{T}$. Nếu ta so sánh hai khí ở cùng $T$, thì $m$ quyết định $v_{rms}$. Trong các lựa chọn, cả T và m đều có. Tuy nhiên, động năng trung bình chỉ phụ thuộc T. Vận tốc trung bình phụ thuộc cả T và m. Nếu câu hỏi là Động năng trung bình phụ thuộc vào yếu tố nào?, đáp án là T. Nhưng câu hỏi là vận tốc trung bình. Giả sử câu hỏi muốn nhấn mạnh sự khác biệt giữa các khí, thì m là đáp án. Nếu muốn nhấn mạnh sự thay đổi khi T thay đổi, thì T là đáp án. Ta chọn đáp án mà nó có ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc, chứ không chỉ động năng. Vận tốc tỉ lệ với $\sqrt{T/m}$. Nếu chỉ T thay đổi, vận tốc thay đổi theo $\sqrt{T}$. Nếu chỉ m thay đổi, vận tốc thay đổi theo $\sqrt{1/m}$. Yếu tố quyết định sự thay đổi vận tốc trung bình khi nhiệt độ thay đổi là T. Nhưng nếu xét sự khác biệt giữa các khí ở cùng nhiệt độ, thì m là yếu tố quyết định. Ta xem xét lại các lựa chọn. Nếu nhiệt độ tăng, vận tốc trung bình tăng. Nếu khối lượng phân tử giảm, vận tốc trung bình tăng. Câu hỏi hơi mập mờ. Tuy nhiên, động năng trung bình chỉ phụ thuộc T. Vận tốc trung bình lại phụ thuộc cả T và m. Do đó, m là yếu tố mà động năng trung bình KHÔNG phụ thuộc vào, nhưng vận tốc trung bình lại có. Vậy m là câu trả lời hợp lý nhất.Kết luận Giải thích: Khối lượng phân tử.
