Định luật Bôi Lơ Mariôt là một trong những khái niệm cơ bản nhất trong vật lý, mô tả mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí lý tưởng ở nhiệt độ không đổi. Mặc dù nội dung định luật khá đơn giản, nhưng việc áp dụng nó để giải quyết các bài tập khó có thể là một thách thức đối với nhiều học sinh. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những Bài Tập Khó Về định Luật Bôi Lơ Mariôt, giúp bạn nâng cao hiểu biết và kỹ năng giải bài tập vật lý.
Các bài tập khó về định luật Bôi Lơ Mariôt
Bài tập 1:
Một xi lanh kín chứa một lượng khí lý tưởng ở áp suất 2 atm và thể tích 10 lít. Giữ nhiệt độ không đổi, nén khí đến thể tích 5 lít.
a. Tính áp suất của khí sau khi nén.
b. Tính công do khí thực hiện trong quá trình nén.
Bài tập 2:
Một quả bóng bay được bơm căng ở áp suất 1.5 atm và có thể tích 2 lít ở nhiệt độ phòng. Khi mang quả bóng lên cao, nhiệt độ giảm xuống còn một nửa và áp suất khí quyển giảm còn 0.8 atm.
a. Tính thể tích của quả bóng ở trên cao.
b. Giải thích tại sao thể tích quả bóng thay đổi.
Bài tập 3:
Một ống nghiệm hình trụ, dài 1m, bị úp ngược trong một chậu chứa thủy ngân. Phần ống nghiệm nhô ra khỏi mặt thoáng thủy ngân có chiều cao là 20 cm. Áp suất khí quyển là 760 mmHg.
a. Tính áp suất của không khí trong ống nghiệm.
b. Tính chiều cao của cột thủy ngân trong ống nghiệm nếu ta bơm thêm không khí vào ống nghiệm cho đến khi thể tích phần khí trong ống nghiệm tăng gấp đôi.
Bài tập về định luật Bôi Lơ Mariôt
Phân tích và hướng dẫn giải bài tập
Bài tập 1:
a. Áp dụng định luật Bôi Lơ Mariôt: P1V1 = P2V2
Ta có: P1 = 2 atm, V1 = 10 lít, V2 = 5 lít
Suy ra: P2 = P1V1/V2 = 2*10/5 = 4 atm
Vậy áp suất của khí sau khi nén là 4 atm.
b. Công do khí thực hiện được tính theo công thức: A = -P.ΔV
Trong đó: ΔV = V2 – V1 = 5 – 10 = -5 lít
Suy ra: A = -4*(-5) = 20 atm.lít
Bài tập 2:
a. Để tính thể tích của quả bóng ở trên cao, ta cần kết hợp định luật Bôi Lơ Mariôt với định luật Gay-Lussac: (P1V1)/T1 = (P2V2)/T2
Ta có: P1 = 1.5 atm, V1 = 2 lít, T1 = T, P2 = 0.8 atm, T2 = T/2
Suy ra: V2 = (P1V1T2)/(P2T1) = (1.52T/2)/(0.8*T) = 1.875 lít
Vậy thể tích của quả bóng ở trên cao là 1.875 lít.
b. Thể tích quả bóng thay đổi do sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ. Khi quả bóng được đưa lên cao, áp suất khí quyển giảm và nhiệt độ cũng giảm. Theo định luật Bôi Lơ Mariôt, khi áp suất giảm thì thể tích tăng. Theo định luật Gay-Lussac, khi nhiệt độ giảm thì thể tích cũng giảm. Trong trường hợp này, sự giảm áp suất có ảnh hưởng lớn hơn sự giảm nhiệt độ, dẫn đến việc thể tích quả bóng tăng lên.
Bài tập 3:
a. Áp suất của không khí trong ống nghiệm bằng áp suất khí quyển cộng với áp suất do cột thủy ngân trong ống nghiệm gây ra.
Áp suất do cột thủy ngân gây ra được tính bằng: P = d.g.h
Trong đó: d là khối lượng riêng của thủy ngân (13600 kg/m3), g là gia tốc trọng trường (9.8 m/s2), h là chiều cao cột thủy ngân (0.8 m).
Suy ra: P = 136009.80.8 = 106496 Pa = 800 mmHg
Vậy áp suất của không khí trong ống nghiệm là: 760 + 800 = 1560 mmHg
b. Khi bơm thêm không khí vào ống nghiệm, thể tích phần khí tăng gấp đôi, đồng nghĩa với việc chiều cao phần khí trong ống nghiệm tăng gấp đôi, trở thành 40 cm.
Chiều cao cột thủy ngân lúc này sẽ là: 100 cm – 40 cm = 60 cm = 0.6 m
Áp dụng định luật Bôi Lơ Mariôt: P1V1 = P2V2
Ta có: P1 = 1560 mmHg, V1 = Sh1 (S là diện tích mặt đáy ống nghiệm, h1 = 80 cm), V2 = Sh2 (h2 = 40 cm)
Suy ra: P2 = P1V1/V2 = 1560(S80)/(S*40) = 3120 mmHg
Áp suất do cột thủy ngân gây ra lúc này là: 3120 – 760 = 2360 mmHg
Chiều cao cột thủy ngân lúc này là: 2360/800 = 2.95 m
Minh họa áp suất khí quyển
Kết luận
Bài viết đã trình bày một số bài tập khó về định luật Bôi Lơ Mariôt, giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về định luật này và cách áp dụng nó để giải quyết các vấn đề thực tế. Việc luyện tập thường xuyên các dạng bài tập này sẽ giúp bạn nâng cao khả năng tư duy logic và kỹ năng giải bài tập vật lý.
FAQ
Câu hỏi 1: Định luật Bôi Lơ Mariôt áp dụng cho loại khí nào?
Trả lời: Định luật Bôi Lơ Mariôt áp dụng cho khí lý tưởng, là loại khí mà các phân tử được coi là chất điểm và không tương tác với nhau.
Câu hỏi 2: Điều gì xảy ra nếu nhiệt độ không được giữ không đổi?
Trả lời: Nếu nhiệt độ thay đổi, ta cần sử dụng phương trình tổng quát của khí lý tưởng để tính toán.
Câu hỏi 3: Làm thế nào để phân biệt giữa định luật Bôi Lơ Mariôt và định luật Gay-Lussac?
Trả lời: Định luật Bôi Lơ Mariôt mô tả mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi, trong khi định luật Gay-Lussac mô tả mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ khi thể tích không đổi.
Tình huống thường gặp
Tình huống 1: Bạn gặp khó khăn trong việc xác định đại lượng nào không đổi trong bài toán.
Gợi ý: Hãy đọc kỹ đề bài và xác định các thông tin đã cho, từ đó suy ra đại lượng nào được giữ không đổi.
Tình huống 2: Bạn không chắc chắn về công thức cần sử dụng.
Gợi ý: Ôn tập lại các công thức liên quan đến định luật Bôi Lơ Mariôt và các định luật khí khác.
Bài viết liên quan
Để tìm hiểu thêm về các định luật khí khác, bạn có thể tham khảo bài viết về định luật saclo.
Cần hỗ trợ?
Nếu bạn cần hỗ trợ thêm về vấn đề này, hãy liên hệ Số Điện Thoại: 0936238633, Email: [email protected] Hoặc đến địa chỉ: 408 An Tiêm, Hà Khẩu, Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam. Chúng tôi có đội ngũ chăm sóc khách hàng 24/7.
