Bài 13: Bài tập về khí lí tưởng - Trắc Nghiệm Online
⏱ Thời gian: 45 phút | Thang điểm: 10,0
Thí sinh: ---
Thời gian còn lại:45:00
THÔNG TIN HỌC SINH
Vui lòng nhập Họ tên và Lớp để bắt đầu làm bài và lưu kết quả học tập.
PHẦN I. Câu hỏi trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn (4,5 điểm - 18 câu)
Thí sinh trả lời từ Câu 1 đến Câu 18. Mỗi câu trả lời đúng được 0,25 điểm.
0,25 điểm
Câu 1: Đơn vị nào sau đây KHÔNG PHẢI là đơn vị của áp suất chất khí?
💡 Lời giải chi tiết: $\text{J/m}^2$ là đơn vị năng lượng trên diện tích mặt, không phải đơn vị áp suất ($\text{N/m}^2 = \text{Pa}$). $\Rightarrow$ Đáp án D.
0,25 điểm
Câu 2: Phương trình nào sau đây biểu diễn phương trình trạng thái của một lượng khí lí tưởng xác định?
💡 Lời giải chi tiết: Phương trình trạng thái khí lí tưởng Clapeyron: $\frac{p \cdot V}{T} = \text{const} \iff \frac{p_1 V_1}{T_1} = \frac{p_2 V_2}{T_2}$. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 3: Hằng số khí lí tưởng $R$ trong phương trình Clapeyron - Mendeleev có giá trị xấp xỉ bằng bao nhiêu khi các đại lượng tính theo hệ SI ($\text{J/(mol}\cdot\text{K)}$)?
💡 Lời giải chi tiết: Trong hệ SI, $R \approx 8,31\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 4: Khi nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí lí tưởng tăng lên 2 lần và thể tích tăng lên 3 lần thì áp suất của chất khí sẽ:
💡 Lời giải chi tiết: $p = \frac{nRT}{V} \implies p' = \frac{nR(2T)}{3V} = \frac{2}{3}p$. Áp suất giảm xuống còn $\frac{2}{3}$ ban đầu, tức giảm 1,5 lần. $\Rightarrow$ Đáp án B.
0,25 điểm
Câu 5: Cho một lượng khí lí tưởng biến đổi trạng thái theo chu trình kín $1 \rightarrow 2 \rightarrow 3 \rightarrow 1$ trên hệ tọa độ $(p, V)$, trong đó (1)-(2) là quá trình dãn đẳng nhiệt, (2)-(3) là quá trình nén đẳng áp, (3)-(1) là quá trình đun nóng đẳng tích. Nhận xét nào sau đây về dạng các đường biểu diễn là chuẩn xác nhất?
💡 Lời giải chi tiết: Trên hệ $(p, V)$, đường đẳng nhiệt (1)-(2) là hypebol dốc xuống, đẳng áp (2)-(3) là đoạn ngang song song $V$, đẳng tích (3)-(1) là đoạn thẳng đứng song song $p$. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 6: Một bình kín bằng thép dung tích không đổi chứa một lượng khí lí tưởng. Khi đun nóng bình khí này, nhận định nào sau đây về các thông số và tính chất của chất khí là đúng?
💡 Lời giải chi tiết: Thể tích $V = \text{const}$, khi $T$ tăng làm động năng trung bình phân tử tăng $\implies$ tốc độ và lực va chạm vào thành bình tăng $\implies p \sim T$ tăng. $\Rightarrow$ Đáp án C.
0,25 điểm
Câu 7: Khi xe máy chạy đường dài với tốc độ cao, lốp xe nóng lên làm nhiệt độ không khí bên trong lốp tăng đáng kể. Coi thể tích lốp xe không đổi, áp suất không khí trong lốp tăng lên chủ yếu là do:
💡 Lời giải chi tiết: Nhiệt độ $T$ tăng làm động năng chuyển động nhiệt trung bình của phân tử tăng, tăng tần số và cường độ va chạm vào mặt trong của lốp. $\Rightarrow$ Đáp án B.
0,25 điểm
Câu 8: Nén đẳng nhiệt một khối khí lí tưởng xác định làm thể tích khí giảm đi. Kết luận nào sau đây về đặc điểm của khối khí là SAI?
💡 Lời giải chi tiết: Quá trình đẳng nhiệt có $T = \text{const}$ nên động năng chuyển động nhiệt trung bình $\bar{E}_d = \frac{3}{2}kT$ giữ nguyên không đổi, do đó phát biểu C là SAI. $\Rightarrow$ Đáp án C.
0,25 điểm
Câu 9: Biểu thức tính khối lượng riêng $\rho$ của khí lí tưởng từ phương trình Clapeyron - Mendeleev là $\rho = \frac{p \cdot M}{R \cdot T}$. Từ biểu thức này, khẳng định nào sau đây là ĐÚNG?
💡 Lời giải chi tiết: Từ $\rho = \frac{p \cdot M}{R \cdot T}$: $p$ ở tử số tăng và $T$ ở mẫu số giảm đều làm khối lượng riêng $\rho$ tăng lên. $\Rightarrow$ Đáp án B.
0,25 điểm
Câu 10: Khi mở van xả của một bình khí nén kín ở nhiệt độ không đổi, một lượng khí thoát ra ngoài môi trường. Nhận định nào sau đây là ĐÚNG về khối lượng khí còn lại trong bình và áp suất khí trong bình?
💡 Lời giải chi tiết: Khi xả khí, khối lượng $m$ giảm $\implies$ mật độ phân tử $\mu = \frac{N}{V}$ giảm $\implies$ số va chạm phân tử vào thành bình giảm $\implies p$ giảm. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 11: Trong quá trình dùng ống bơm nén không khí vào một quả bóng rổ ở nhiệt độ không đổi, nhận xét nào sau đây là ĐÚNG?
💡 Lời giải chi tiết: Thể tích quả bóng $V = \text{const}$, mỗi lần bơm nạp thêm khối lượng khí $\Delta m$ làm tăng số mol $n$ và mật độ phân tử $\mu$, do đó áp suất $p = \mu kT$ tăng. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 12: Khảo sát một xi-lanh đặt thẳng đứng có pít-tông khối lượng $m$ đậy kín một lượng khí bên trong. Khi đun nóng xi-lanh từ từ để pít-tông di chuyển đi lên, quá trình biến đổi trạng thái của khối khí là đẳng áp vì:
💡 Lời giải chi tiết: Cân bằng lực tác dụng lên pít-tông: $p \cdot S = p_0 \cdot S + mg \implies p = p_0 + \frac{mg}{S} = \text{const}$ không đổi trong suốt quá trình giãn nở. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 13: Khái niệm Khí lí tưởng được xây dựng dựa trên mô hình đơn giản hóa chất khí. Khẳng định nào sau đây là SAI khi nói về khí lí tưởng?
💡 Lời giải chi tiết: Khí lí tưởng bỏ qua lực tương tác phân tử nên thế năng tương tác coi như bằng 0, nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ (tổng động năng nhiệt của các phân tử). Phát biểu D là SAI. $\Rightarrow$ Đáp án D.
0,25 điểm
Câu 14: Nối hai bình kín $V_1$ và $V_2$ chứa cùng một loại khí lí tưởng ở áp suất $p_1$ và $p_2$ bằng ống nối có khóa. Khi mở khóa để hai bình thông nhau ở nhiệt độ không đổi, áp suất $p$ của hệ khi đạt trạng thái cân bằng thỏa mãn:
💡 Lời giải chi tiết: Bảo toàn số mol ở nhiệt độ không đổi: $p(V_1 + V_2) = p_1 V_1 + p_2 V_2 \implies p = \frac{p_1 V_1 + p_2 V_2}{V_1 + V_2}$, giá trị này luôn nằm kẹp giữa $p_1$ và $p_2$. $\Rightarrow$ Đáp án B.
0,25 điểm
Câu 15: Vào những ngày trời nắng nóng, nhiệt độ không khí trong một căn phòng tăng lên làm một lượng không khí thoát ra khỏi phòng qua các khe cửa. Nguyên nhân chính khiến không khí thoát ra ngoài là:
💡 Lời giải chi tiết: Căn phòng thông với khí quyển nên áp suất $p = p_0 = \text{const}$. Khi $T$ tăng, thể tích dãn nở tỉ lệ với $T$, lượng dãn nở vượt quá dung tích phòng tràn qua khe cửa ra ngoài. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 16: Một bọt khí nhỏ tích tụ từ đáy hồ nước sâu từ từ nổi lên mặt nước. Coi nhiệt độ nước hồ tăng nhẹ từ đáy lên mặt nước. Kích thước (thể tích) của bọt khí tăng lên khi nổi gần đến mặt nước là do:
💡 Lời giải chi tiết: Áp suất tại độ sâu $h$: $p = p_0 + \rho g h$. Khi nổi lên, $h$ giảm $\implies p$ giảm mạnh, kết hợp $T$ tăng nhẹ $\implies V = \frac{nRT}{p}$ tăng lên rõ rệt. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 17: Trên hệ tọa độ $(p, T)$, đường đẳng tích của một lượng khí lí tưởng xác định là một đường thẳng kéo dài đi qua gốc tọa độ $O$. Nếu xét hai đường đẳng tích ứng với thể tích $V_1$ và $V_2$ sao cho đường $V_1$ nằm phía trên (độ dốc lớn hơn) đường $V_2$, mối quan hệ giữa hai thể tích là:
💡 Lời giải chi tiết: Hệ số góc đường đẳng tích trên đồ thị $(p, T)$ là $\frac{p}{T} = \frac{nR}{V}$. Đường nào dốc hơn (hệ số góc lớn hơn) thì thể tích $V$ tương ứng phải nhỏ hơn $\implies V_1 < V_2$. $\Rightarrow$ Đáp án A.
0,25 điểm
Câu 18: Một ống thủy tinh hẹp, dài, đặt thẳng đứng đầu dưới kín, đầu trên mở, chứa một cột không khí bị giam bởi một cột thủy ngân phía trên. Khi lộn ngược ống thủy tinh để đầu mở hướng xuống dưới ở nhiệt độ không đổi, cột thủy ngân di chuyển xuống dưới làm cột không khí dãn nở ra. Lực trực tiếp làm cột không khí dãn nở là do:
💡 Lời giải chi tiết: Khi lộn ngược ống, trọng lượng cột thủy ngân kéo xuống làm áp suất khí giam giảm từ $p_1 = p_0 + h$ xuống $p_2 = p_0 - h$. Theo định luật Boyle đẳng nhiệt, áp suất giảm thì thể tích khí tăng lên. $\Rightarrow$ Đáp án A.
PHẦN II. Câu hỏi trắc nghiệm Đúng / Sai (4,0 điểm - 4 câu)
Thí sinh trả lời từ Câu 1 đến Câu 4. Trong mỗi ý a, b, c, d ở mỗi câu, chọn Đúng hoặc Sai. (Đúng 1 ý: 0,1đ | Đúng 2 ý: 0,25đ | Đúng 3 ý: 0,5đ | Đúng 4 ý: 1,0đ).
1,0 điểm
Câu 1: Khảo sát một bình thép kín dung tích không đổi chứa một khối lượng khí lí tưởng xác định. Đun nóng bình từ nhiệt độ $T_1$ đến $T_2$ làm áp suất khí tăng lên. Nếu áp suất vượt quá ngưỡng an toàn $p_{\text{an toàn}}$, van xả tự động mở ra giữ áp suất không đổi ở $p_{\text{an toàn}}$.
Phát biểu
Đúng
Sai
a) Trong giai đoạn đun nóng trước khi van xả mở, quá trình biến đổi trạng thái của khối khí trong bình là quá trình đẳng tích ($V = \text{const}$).
b) Khi chưa mở van xả, áp suất chất khí trong bình tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối $T$ do động năng trung bình của phân tử khí tăng lên.
c) Ngay tại thời điểm áp suất vừa đạt ngưỡng an toàn $p_{\text{an toàn}}$ và van vừa chớm mở, khối lượng khí thoát ra ngoài đã chiếm ngay $50\%$ khối lượng ban đầu.
d) Khi van xả đang mở và giữ áp suất không đổi ở $p_{\text{an toàn}}$, nếu tiếp tục đun nóng làm nhiệt độ $T$ tăng lên thì khối lượng khí còn lại trong bình sẽ giảm xuống.
💡 Lời giải chi tiết:
• a) ĐÚNG: Bình thép kín cố định $\implies V = \text{const}$.
• b) ĐÚNG: Đẳng tích có $p \sim T$.
• c) SAI: Ngay lúc chớm mở khí chưa kịp thoát ra.
• d) ĐÚNG: $m = \frac{p \cdot V \cdot M}{R \cdot T}$, với $p, V$ không đổi, $T$ tăng thì $m$ còn lại trong bình giảm.
1,0 điểm
Câu 2: Dùng một ống bơm tay để nén không khí vào một quả bóng chuyền có dung tích cố định ở nhiệt độ môi trường không đổi.
Phát biểu
Đúng
Sai
a) Trong quá trình nén khí vào bóng ở nhiệt độ không đổi, tích $p \cdot V$ của lượng khí đưa vào tuân theo định luật Boyle.
b) Số lần nén bơm cần thiết để đạt một áp suất nhất định tỉ lệ thuận với dung tích quả bóng và áp suất cần đạt.
c) Nếu trước khi bơm, trong bóng đã có sẵn không khí ở áp suất khí quyển thì số lần bơm cần thiết sẽ ít hơn so với trường hợp bóng ban đầu bị xẹp hoàn toàn.
d) Khi áp suất khí trong bóng tăng gấp 2 lần ở nhiệt độ không đổi, mật độ phân tử khí $\mu$ trong bóng cũng tăng lên gấp 2 lần.
💡 Lời giải chi tiết:
• a) ĐÚNG: Quá trình đẳng nhiệt tuân theo định luật Boyle.
• b) ĐÚNG: $p_0(V_0 + n \Delta V) = p V_b \implies n \propto V_b \cdot p$.
• c) ĐÚNG: Lượng khí có sẵn đã tạo ra một phần áp suất $p_0$.
• d) ĐÚNG: Mật độ $\mu = \frac{N}{V} = \frac{p}{kT}$, tỉ lệ thuận với áp suất $p$.
1,0 điểm
Câu 3: Khảo sát không khí trong một phòng học kín có các khe cửa thông với môi trường khí quyển bên ngoài ở áp suất $p_0 = \text{const}$. Khi bật điều hòa sưởi ấm làm nhiệt độ trong phòng tăng lên:
Phát biểu
Đúng
Sai
a) Quá trình biến đổi của không khí trong phòng là quá trình đẳng áp vì phòng thông với khí quyển bên ngoài ($p = p_0$).
b) Khi nhiệt độ tuyệt đối trong phòng tăng lên, thể tích của toàn bộ lượng không khí ban đầu bị dãn nở ra.
c) Phần thể tích dãn nở vượt quá dung tích phòng sẽ tràn qua các khe cửa thoát ra ngoài, làm khối lượng không khí còn lại trong phòng giảm xuống.
d) Mật độ phân tử không khí trong phòng tăng lên khi nhiệt độ trong phòng tăng lên.
💡 Lời giải chi tiết:
• a) ĐÚNG: Phòng thông với bên ngoài nên $p = p_0 = \text{const}$.
• b) ĐÚNG: Đẳng áp có $V \propto T$.
• c) ĐÚNG: Phần dãn nở tràn qua khe cửa làm khối lượng không khí còn lại trong phòng giảm.
• d) SAI: Mật độ $\mu = \frac{p_0}{kT}$, khi $T$ tăng thì mật độ phân tử trong phòng giảm xuống chứ không tăng.
1,0 điểm
Câu 4: Xét một xi-lanh đặt thẳng đứng có pít-tông khối lượng $m$, diện tích đáy $S$, đậy kín một lượng khí lí tưởng ở nhiệt độ $T_1$. Pít-tông có thể di chuyển không ma sát dọc theo thành xi-lanh.
Phát biểu
Đúng
Sai
a) Áp suất chất khí giam trong xi-lanh lớn hơn áp suất khí quyển bên ngoài một lượng bằng $\frac{mg}{S}$.
b) Khi đun nóng xi-lanh từ từ, lực áp suất khí đẩy pít-tông di chuyển đi lên, quá trình biến đổi trạng thái của khối khí là quá trình đẳng áp.
c) Độ dịch chuyển đi lên của pít-tông $\Delta h$ tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ tuyệt đối $\Delta T$ của khối khí.
d) Chiều di chuyển của pít-tông khi đun nóng ngược chiều với lực do áp suất chất khí tác dụng lên pít-tông.
💡 Lời giải chi tiết:
• a) ĐÚNG: $p = p_0 + \frac{mg}{S}$.
• b) ĐÚNG: Quá trình đun nóng đẩy pít-tông di chuyển tự do là đẳng áp $p = \text{const}$.
• c) ĐÚNG: $\Delta V = S \cdot \Delta h = \frac{V_1}{T_1} \Delta T \implies \Delta h \propto \Delta T$.
• d) SAI: Lực áp suất khí đẩy pít-tông hướng lên cùng chiều chuyển động đi lên của pít-tông.
PHẦN III. Câu hỏi trắc nghiệm trả lời ngắn (1,5 điểm - 6 câu)
Thí sinh trả lời từ Câu 1 đến Câu 6. Mỗi câu trả lời đúng được 0,25 điểm. Đáp số tối đa 4 ký tự.
0,25 điểm
Câu 1: Một lốp xe ô tô chứa không khí ở áp suất $2,0\text{ bar}$ và nhiệt độ $27^\circ\text{C}$. Sau khi chạy trên đường cao tốc nắng nóng, áp suất trong lốp tăng lên $2,4\text{ bar}$. Coi thể tích lốp xe không đổi, tính nhiệt độ không khí trong lốp lúc này theo đơn vị $^\circ\text{C}$.
Câu 2: Dùng ống bơm tay dung tích $125\text{ cm}^3$ mỗi lần nén để bơm khí vào quả bóng rổ dung tích $2,5\text{ lít}$ ban đầu chưa có khí. Áp suất khí quyển là $1\text{ atm}$. Sau bao nhiêu lần bơm thì áp suất trong bóng đạt $2,5\text{ atm}$? (Nhiệt độ giữ không đổi).
(lần)
💡 Lời giải chi tiết: $p_0 \cdot (N \cdot V_0) = p \cdot V_b \implies 1 \cdot (N \cdot 125) = 2,5 \cdot 2500 \implies N = 50\text{ lần}$. $\Rightarrow$ Đáp số: 50.
0,25 điểm
Câu 3: Một bình kín dung tích $16,62\text{ lít}$ chứa khí Oxygen ($\text{O}_2, M = 32\text{ g/mol}$) ở nhiệt độ $27^\circ\text{C}$ ($300\text{ K}$) và áp suất $1,5 \cdot 10^5\text{ Pa}$. Tính khối lượng khí Oxygen chứa trong bình theo đơn vị gam ($\text{g}$). Cho $R = 8,31\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$.
Câu 4: Nén $12\text{ lít}$ khí ở áp suất $1\text{ atm}$ vào một bình chứa dung tích $3\text{ lít}$ ở cùng nhiệt độ. Tính áp suất khí trong bình sau khi nén theo đơn vị atm.
(atm)
💡 Lời giải chi tiết: Định luật Boyle: $p_2 = p_1 \cdot \frac{V_1}{V_2} = 1 \cdot \frac{12}{3} = 4\text{ atm}$. $\Rightarrow$ Đáp số: 4.
0,25 điểm
Câu 5: Một căn phòng dung tích $60\text{ m}^3$ ở $17^\circ\text{C}$ ($290\text{ K}$) và áp suất $10^5\text{ Pa}$. Khi đun nóng phòng lên $27^\circ\text{C}$ ($300\text{ K}$) ở áp suất $1,02 \cdot 10^5\text{ Pa}$, tính khối lượng không khí thoát ra khỏi phòng theo đơn vị kg (làm tròn đến hàng phần mười). Cho $M = 29\text{ g/mol}, R = 8,31\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$.
Câu 6: Một xi-lanh đặt thẳng đứng có pít-tông khối lượng $m = 2\text{ kg}$, diện tích $S = 20\text{ cm}^2$, giam một cột khí cao $h_1 = 30\text{ cm}$ ở $27^\circ\text{C}$ ($300\text{ K}$). Khi đun nóng khí đến $87^\circ\text{C}$ ($360\text{ K}$), pít-tông dịch chuyển lên phía trên một đoạn bao nhiêu cm?
(cm)
💡 Lời giải chi tiết: Quá trình đẳng áp: $h_2 = h_1 \cdot \frac{T_2}{T_1} = 30 \cdot \frac{360}{300} = 36\text{ cm} \implies \Delta h = 36 - 30 = 6\text{ cm}$. $\Rightarrow$ Đáp số: 6.