Có thể sử dụng bộ thí nghiệm (hình bên) để tìm hiểu về mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi.

Câu 20:

Máy Gia tốc Hạt Lớn (LHC) là máy gia tốc hạt lớn nhất và có năng lượng cao nhất thế giới, được xây dựng bởi Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) từ năm 1998 đến 2008. LHC có chu vi 27 km và sử dụng các nam châm siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh, giúp gia tốc các hạt proton đến năng lượng rất cao. Khi cho mẫu vào máy này, hạt có khối lượng bị ion hóa sẽ mang điện tích. Sau đó, hạt được tăng tốc đến tốc độ nhờ hiệu điện thế. Tiếp theo, hạt sẽ chuyển động vào vùng từ trường theo phương vuông góc với cảm ứng từ. Lực từ tác dụng lên hạt có độ lớn, có phương vuông góc với cảm ứng từ và với vận tốc của hạt. Bán kính quỹ đạo tròn của hạt trong vùng có từ trường là. Giả sử một hạt proton có điện tích q và khối lượng m=1,67×10⁻²⁷kg đang chuyển động tròn trong từ trường B = 5 T với bán kính quỹ đạo là r = 0,4297 m. Biết độ lớn điện tích của electron là \(\left| e \right|=1,60\cdot {{10}^{-19}}\mathbf{C}\).

A.

Điện tích của proton là âm

B.

Từ trường có tác dụng lực lên hạt proton, giúp hạt này duy trì quỹ đạo tròn

C.

Tốc độ của hạt proton trong từ trường là 2,05844311,4 m/s

D.

Động năng của hạt proton là 221,125 electron-volt (eV)

Lời giải:

Đáp án đúng: Sai, Đúng, Đúng, Sai

a) SAI - Điện tích của proton là dương, q = 1,6.10^-19 C.

b) ĐÚNG - Từ trường có tác dụng lực lên hạt proton, giúp hạt này duy trì quỹ đạo tròn.

c) ĐÚNG - Lực Lorenxơ đóng vai trò chính là lực hướng tâm: \(qvB=\frac{m{{v}^{2}}}{r}\Rightarrow v=\frac{q\text{rB}}{m}=\frac{{{1,6.10}^{-19}}.0,4297.5}{{{1,67.10}^{-27}}}=205844311,4(m/s)\)

d) SAI - Động năng của proton:

\(\begin{align} & K=\frac{1}{2}m{{v}^{2}}=\frac{1}{2}{{.1,67.10}^{-27}}.{{\left( 205844311,4 \right)}^{2}} \\ & ={{3,538.10}^{-11}}\left( J \right)=221125000\left( eV \right)=221,125\left( MeV \right) \\ \end{align}\)

Câu 21:

Một nhóm học sinh tìm hiểu về mối liên hệ giữa sự thay đổi nội năng của một khối khí xác định và nhiệt độ của nó. Họ đã thực hiện các nội dung sau: (I) Chuẩn bị các dụng cụ: Xilanh có pit-tông và cảm biến nhiệt độ (hình vẽ); (II) Họ cho rằng khi làm thay đổi nội năng của khối khí trong xilanh bằng cách tăng, giảm thể tích thì nhiệt độ của khối khí thay đổi; (III) Họ đã làm thí nghiệm nén khối khí trong xilanh và thu được kết quả là nhiệt độ khối khí tăng lên; (IV) Họ kết luận rằng thí nghiệm này đã chứng minh được nội dung ở (II).

A.

Việc chuẩn bị xilanh có pit-tông và cảm biến nhiệt độ trong nội dung (I) là một phần của quá trình thực hiện thí nghiệm

B.

Nhận định rằng khi làm thay đổi nội năng của khối khí bằng cách thay đổi thể tích sẽ làm nhiệt độ thay đổi là giả thuyết của nhóm học sinh

C.

Việc nén khối khí trong xilanh và quan sát nhiệt độ tăng lên đủ để nhóm học sinh kết luận rằng giả thuyết của họ

D.

Trong thí nghiệm nén khối khí, nội năng của khối khí tăng là do khối khí đã nhận công từ bên ngoài tác động vào nó

Lời giải:

Đáp án đúng: Đúng, Đúng, Sai, Đúng

a) ĐÚNG - Chuẩn bị dụng cụ là một bước cần thiết để thực hiện thí nghiệm. Việc có xilanh với pit-tông và cảm biến nhiệt độ giúp nhóm học sinh có các công cụ cần thiết để đo đạc và quan sát sự thay đổi nhiệt độ của khối khí khi thay đổi thể tích. Đây là một phần của kế hoạch nghiên cứu và là bước đầu tiên trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

b) ĐÚNG - Giả thuyết là một phỏng đoán ban đầu về mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý, trong trường hợp này là nội năng và nhiệt độ. Nhóm học sinh cho rằng nếu thay đổi nội năng của khối khí bằng cách nén hoặc giãn thể tích, thì nhiệt độ của khối khí cũng sẽ thay đổi. Đây là giả thuyết cần kiểm chứng thông qua thí nghiệm.

c) SAI - Quan sát duy nhất về việc nhiệt độ tăng khi nén khí không đủ để đưa ra kết luận chính xác rằng giả thuyết là đúng, vì điều này có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác. Để kết luận, nhóm học sinh cần thực hiện nhiều lần thí nghiệm với các điều kiện khác nhau hoặc kiểm tra thêm các yếu tố ảnh hưởng. Một thí nghiệm đơn lẻ không thể khẳng định chắc chắn mối liên hệ giữa nội năng và nhiệt độ.

d) ĐÚNG - Khi nén khí trong xilanh, pit-tông tác động lực lên khối khí, làm cho khối khí nhận công từ bên ngoài. Công này được chuyển thành nội năng, khiến nhiệt độ của khối khí tăng lên.

Câu 22:

Để xác định máu trong cơ thể một bệnh nhân, bác sĩ tiêm vào máu người đó 10 cm³ một dung dịch chứa \({}_{11}^{24}Na\) có chu kì bán rã 15 giờ với nồng độ 10^-3 mol/lít

A.

Số mol \({}_{11}^{24}Na\) đã đưa vào trong máu bệnh nhân là n = 10^-5 mol

B.

Khối lượng \({}_{11}^{24}Na\) đã đưa vào trong máu bệnh nhân là m₀ = 2,4.10^-4 g

C.

Sau 6 giờ lượng chất phóng xạ \({}_{11}^{24}Na\) còn lại trong máu bệnh nhân là m = 1,8.10^-4 g

D.

Sau 6 giờ người ta lấy ra 10 cm³ máu bệnh nhân và đã tìm thấy 1,5.10^-8 mol của chất \({}_{11}^{24}Na\). Giả thiết rằng chất phóng xạ được phân bố trong toàn bộ thể tích máu bệnh nhân. Thể tích máu trong cơ thể bệnh nhân là V = 5 lít

Lời giải:

Đáp án đúng: Đúng, Đúng, Đúng, Đúng

a) ĐÚNG - Số mol \({}_{11}^{24}Na\) đã đưa vào trong máu bệnh nhân là \(n={{C}_{M}}.V={{10}^{-3}}{{.10.10}^{-3}}={{10}^{-5}}mol\).

b) ĐÚNG - Khối lượng \({}_{11}^{24}Na\) đã đưa vào trong máu bệnh nhân là: m0 =n.M= 2,4.10^-4 g.

c) ĐÚNG - Sau 6 giờ lượng chất phóng xạ \({}_{11}^{24}Na\) còn lại trong máu bệnh nhân là:\(m\text{ }=\text{ }{{\text{m}}_{0}}{{.2}^{\frac{-6}{15}}}\approx {{1,819.10}^{-4}}g\).

d) ĐÚNG - Sau 6 giờ người ta lấy ra 10 cm³ máu bệnh nhân và đã tìm thấy 1,5.10^-8 mol của chất \({}_{11}^{24}Na\). Thể tích máu trong cơ thể bệnh nhân là \(V\text{ }=\text{ }5\text{ }l\acute{i}t.\)

Câu 23:

Một bình oxygen y tế bệnh nhân thở trong giai đoạn phục hồi sức khỏe, bệnh nhân cần di chuyển thường xuyên hoặc bệnh nhân thở tại nhà có thể tích cố định là 10 lít chứa khí oxygen với áp suất ban đầu là 150 atm ở nhiệt độ 20 °C. Khí trong bình tuân theo định luật khí lý tưởng.

Nếu nhiệt độ của bình oxygen tăng lên đến 40 °C, áp suất của oxy trong bình sẽ thay đổi như thế nào? Tính áp suất mới của oxy trong bình (làm tròn đến chữ số hàng phần mười)

Lời giải:

Đáp án đúng:

160

\(\left\{ \begin{align} & {{T}_{1}}=20+273=293K \\ & {{T}_{1}}=39,5+273=312,5K \\ \end{align} \right.\)

Vì thể tích của bình là cố định, ta có thể sử dụng công thức biến đổi của định luật khí lý tưởng cho áp suất và nhiệt độ: \(\frac{{{p}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{p}_{2}}}{{{T}_{2}}}\Rightarrow {{p}_{2}}=150\cdot \frac{312,5}{293}\approx 159,98(atm)\approx 160\left( \text{a}tm \right)\)

Câu 24:

Một bình oxygen y tế bệnh nhân thở trong giai đoạn phục hồi sức khỏe, bệnh nhân cần di chuyển thường xuyên hoặc bệnh nhân thở tại nhà có thể tích cố định là 10 lít chứa khí oxygen với áp suất ban đầu là 150 atm ở nhiệt độ 20 °C. Khí trong bình tuân theo định luật khí lý tưởng.

Giả sử một người sử dụng bình oxygen và giảm số phân tử oxygen trong bình còn 1,505·10²⁴ phân tử ở nhiệt độ 20 °C. Khi đó, áp suất của oxygen trong bình là bao nhiêu atm? (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng đơn vị)

Lời giải:

Đáp án đúng:

6

Số mol khí oxygen là \(n=\frac{N}{{{N}_{A}}}=\frac{{{1,505.10}^{24}}}{{{6,02.10}^{23}}}=2,5(mol)\)

Dùng phương trình Calpeyron: pV=nRT \(\Rightarrow p=\frac{n\text{R}T}{V}=\frac{2,5.8,31.293}{{{10.10}^{-3}}}=608707,5(Pa)=6(atm)\)

Câu 25:

Một dây dẫn thẳng nằm ngang truyền tải dòng điện xoay chiều từ nhà máy nhiệt điện Trà Vinh đến các khu vực xung quanh. Cường độ dòng điện hiệu dụng trong dây dẫn này là I=106 A. Thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất tại khu vực Trà Vinh có độ lớn B=4×10⁻⁵ T và tạo với dây dẫn một góc sao cho lực từ đạt cực đại.

Biết dây dẫn có chiều dài L=500 m, thì tổng lực từ cực đại do từ trường Trái Đất tác dụng lên toàn bộ chiều dài dây dẫn là bao nhiêu Newton? (Làm tròn kết quả đến chữ số hàng đơn vị)

Lời giải: