Độ biế n thiên n ội năng của khí lý tưởng trong đó m là khối lượng của hệ... Tính công và nhiệt mà hệ trao đổi với môi trường và độ biến thiên nội năng của hệ trong mỗi quá trình... So
Trang 2Phần I: NHIỆT HỌC
Chương 1: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ
(Không có bài tập) -
Chương 2: NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌCI
I CÁC CÔNG TH ỨC CẦ N GHI NH Ớ
A Các định luật th c nghi m vự ệ ề chấ t khí
1 Định luậ t Boyle-Mariotte cho quá trình đẳng nhi ệt:
pV = const
trong đó p và V là áp suất và thể tích của khối khí
2 Định luật Gay-Lussac cho quá trình đẳng áp:
V = V0(1 + t) = V 0T hay V/T = const
Định luật Charles cho quá trình đẳng tích:
P = p0(1+t) = p0T hay P/T = const
trong đó V0 và p là th tích và áp su t c a kh i khí 0 C; V và p là th tích và áp 0 ể ấ ủ ố ở 0 ểsuất của kh i khí ố ở t ( C) ng v i T (K), 0 ứ ớ 1
a Phương trình trạng thái cho một Kmol khí: PV = RT
b Phương trình trạng thái cho một khối khí bất kỳ: pV m RT
t, th tích và nhi c a kh i khí có kh ng m,
là khối lượng của 1 kilômol khí đó; R là hằng số khí lý tưởng
4 Nội năng và khối lượng riêng c ủa khí lý tưởng
a Nội năng của m t khộ ối khí lý tưởng khối lượng m:
Trang 3b Kh ối lượng riêng c a khủ ối khí lý tưởng khối lượng m: m
Nó có thể viết dưới dạng vi phân: dU = A + Q
trong đó: dU là độ biến thiên nội năng của hệ, A = -pdV là công và Q là nhi ệt lượng mà hệ nhận được trong suốt quá trình biến đổi
2 Độ biế n thiên n ội năng của khí lý tưởng
trong đó m là khối lượng của hệ
- Nhi t dung phân t c a m t ch t: C = c , vệ ử ủ ộ ấ ới là khối lượng c a 1 mol chủ ất
5 Phương trình của quá trình đoạn nhiệt:
pV = const hoặc: TV-1 = const hoặc
11
m A
Trang 4II BÀI T P Ậ
Bài 1 6,5 gam Hydro ở nhiệt độ 270C, nhận được nhi t nên th tích gi n n gệ ể ả ở ấp đôi, trong điều kiện áp suất không đổi Tính :
a Công mà khí sinh ra
b Độ biến thiên nội năng của kh i khí ố
c Nhiệt lượng đã cung cấp cho kh i khí ố
Bài 2 (không gi i n u h c online)ả ế ọ 10 gam khí Oxy nhiở ệt độ 100C, áp su t 3.10 ấ 5
N/m2 Sau khi hơ nóng đẳng áp, thể tích khí tăng đến 10 lít Tìm:
a Nhiệt lượng mà kh i khí nhố ận được
b Nội năng của khối khí trước và sau khi hơ nóng
Bài 3 Cho một khí lý tưởng đơn nguyên tử có th tích 5 lít áp ể ở
suất 1 atm và nhiệt độ 300 K (A) Khí th c hi n quá trình ự ệ
biến đổi đẳng tích đến áp suất 3 atm (B), sau đó giãn đẳng
nhiệt v áp su t 1 atm (C) Cuề ấ ối cùng, khí được làm lạnh
đẳng áp đến thể tích ban đầu (A) Tính:
a Nhiệ ột đ ạ t i B và C
b Nhiệt hệ nhận và công kh i khí th c hiố ự ện trong chu trình trên
Bài 4 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Một mol khí lý tưởng được làm nóng đẳng áp t ừ
170C đến 750C, khi đó khí hấp thụ một nhiệt lượng là 1200 J Tìm:
a H s Poátxông ệ ố =Cp/CV
b Độ biến thiên nội năng U của khối khí và công mà khí sinh ra
Bài 5 Để nén 10 lít không khí đến thể tích 2 lít, người ta có thể tiến hành theo hai cách: nén
đẳng nhiệt hay nén đoạn nhiệt Hỏi cách nén nào tốn công ít hơn?
Bài 6 Một mol khí lý t ng l ng nguyên tưở ưỡ ử thực hi n biệ ến đổi nh sau: tư ừ trạng thái (1) với áp su t P ; th tích V và ấ 1 ể 1 nhiệt độ T = 27 C khí 1 o giãn đẳng nhiệt đến
trạng thái (2) có ểth tích V = 2V Sau 2 1 đó, khí lý tưởng ăng áp ng tích n t đẳ đếtrạng thái (3) có P = 2P 3 1
a V ẽ đồ thị biến đổi trên giản đồ (P,V)
b Tính trong toàn bộ qu trá ình: Nhi t mà ệ khối khí nhận được và công kh i khí ốsinh ra
Bài 7 (không gi i n u h c online)ả ế ọ 0,32 mol khí lý t ng ưở
đơn nguyên tử thực hiện biến đổi như sau: từ trạng
thái (A) v áp su t p = 2,4 atm, th tích V = 2,2 lit ới ấ 1 ể 1
được nung nóng và giãn đẳng áp n tr ng thái (B) đế ạ
có thể tích V = 2V Sau ó, kh2 1 đ ối khí được làm
lạnh đẳng tích n tr ng thái (C) có P = P 2 = 1,2 đế ạ 3 1/
Trang 5atm Từ (C) nén đẳng nhi t thì kh i khí tr vệ ố ở ề trạng thái (A) Hãy xác định:
a Nhiệ ột đ ạ t i các tr ng thái A, B, và C ạ
b Công h sinh, nhi t hệ ệ ệ nhận, và độ biến thiên nội năng trong mỗi quá trình
Bài 8 Một chất khí lưỡng nguyên t có th tích V = 0,5lít, áp su t p = 0,5 at ử ể 1 ở ấ 1
Nó b ị nén đoạn nhiệt t i thớ ể tích V và áp su t p2 ấ 2 Sau đó người ta gi nguyên ữ
thể tích V và làm l2 ạnh nó đến nhiệt đ ộban đầu Khi đó áp suấ ủa khí là pt c 0 =
1at
a Vẽ đồ thị ủa quá trình đó c
b Tìm th tích V và áp su t p ể 2 ấ 2
Bài 9 (không gi i n u h c online)ả ế ọ Một kh i khí lý ố
tưởng thực hi n quá trình ệ biến đổi như hình
bên Từ A đến B là quá trình đoạn nhi t; tệ ừ C
đến D là quá trình đẳng nhiệt Trong quá trình
đẳng áp t B đến C, h nh n nhiừ ệ ậ ệt lượng 345
kJ Trong quá trình đẳng áp từ D đến A, hệ toả
nhiệt lượng 371 kJ Hãy xác định độ ếbi n thiên nội năng của h trong quá trình ệ
từ A đến B
Bài 10 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Một mol khí lưỡng
nguyên tử thực hi n mệ ột chu trình (như được
minh họa ở hình bên) gồm 2 quá trình đẳng nhiệt
A
P
P P
P
b Tính công và nhiệt mà hệ trao đổi với môi
trường và độ biến thiên nội năng của hệ trong
mỗi quá trình
Trang 6Chương 3: NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Trong đó Q1là nhiệt mà tác nhân nhận được của nguồn nóng và Q'2là nhiệt
mà tác nhân nhả cho nguồn lạnh
2 Hiệu suất của chu trình Carnot: 2
Đối với máy làm lạnh hoạt động theo chu trình Carnot: 2
Bài 1 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Cacnô có
công suất P = 73.600W Nhiệt độ của nguồn nóng là 100 C nhiệt độ của nguồn 0
lạnh là 00C Tính:
a Hiệu suất của động cơ
b Nhiệt mà tác nhân thu được từ nguồn nóng trong 1 phút
c Nhiệt mà tác nhân nhả cho nguồn lạnh trong 1 phút
Bài 2 Một máy hơi nước có công suất 14,7KW, tiêu thụ 8,1 kg than trong 1 giờ Năng
suất tỏa nhiệt của than là 7800 kcal/kg Nhiệt độ của nguồn nóng là 200 C, nhiệt 0
độ của nguồn lạnh là 58 C Tìm hiệu suất thực tế của máy So sánh hiệu suất đó 0
với hiệu suất lý tưởng của máy nhiệt làm việc theo chu trình Carnot với những nguồn nhiệt kể trên
Bài 3 (không gi i n u h c online)ả ế ọ Một máy làm lạnh làm việc theo chu trình Carnot
nghịch, tiêu thụ công suất 36800W Nhiệt độ của nguồn lạnh là -100C, nhiệt độ của nguồn sóng là 170C Tính:
a Hệ số làm lạnh của máy
b Nhiệt lượng lấy được từ nguồn lạnh trong 1 giây
c Nhiệt lượng tỏa ra cho nguồn nóng trong 1 giây
Bài 4 Một máy hơi nước chạy theo chu trình Stilin gồm hai quá trình đẳng nhiệt và
hai quá trình đẳng tích
Trang 7a Tính hiệu suất của chu trình
b So sánh hiệu suất này với hiệu suất của chu trình Carnot có cùng nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh
Bài 5 Một động cơ nhiệt có nhiệt độ của nguồn nóng là 200 C và nhio ệt độ của nguồn lạnh là 57oC Động cơ nhận nhiệt lượng 45000 kJ trong 1 gi và có công su t là ờ ấ2,5 kW
một nhiệt lượng 63 kcal từ nguồn nóng trong 1 Tính: s
a) Hiệu suất của máy
b) Nhiệt lượng tỏa ra cho nguồn lạnh trong 1 giây
c) Công suất của máy
Bài 7 Tua bin hơi của nhà máy phát điện nguyên tử công suất 1000MW nhận nhiệt từ
nguồn hơi ở nhiệt độ 7270C và thải nhiệt ra môi trường ở nhiệt độ 127 Giả 0Cthiết hiệu suất thực tế của tua bin hơi bằng 50% hiệu suất của chu trình Carnot Hãy tính:
a) Hiệu suất thực tế của chu trình tuabin hơi
b) Nhiệt do nhà máy thải ra nguồn nước (sông) làm lạnh trong 1 giây
c) Nhiệt độ tăng của nước sông nếu dòng chảy có lưu lượng 106kg/s Cho nhiệt dung riêng của nước là: c = 4,19 J/kg độ.k
Bài 8 (không gi i n u hả ế ọc online) Động cơ đốt trong 4 thì
hoạt động theo chu trình Otto (Đồ thị)
Hút: O→A hỗn h p nhiên li u và không khí hút vào ợ ệ
xi lanh, thể tích tăng từ V n V2đế 1
Nén đoạn nhiệt từ A→B
Đốt, tỏa nhiệ Qt 1 từ B→C
Sinh công: giãn đoạn nhiệt từ C→D
Xả ừ t D→A→O, tỏa nhiệt Q 2 cho môi trường
a) Hãy tính hi u su t c a chu trình ệ ấ ủ Otto, bi u di n hi u su t thông qua nhiể ễ ệ ấ ệt độ
TA , T B , T C, TD và h s nén ệ ố r = V1/V2
b) So sánh v i hi u su t chu trình Carnot ớ ệ ấ
Trang 8Bài 9 Cho 0,401 mol khí đơn nguyên tử thực hiện chu
trình như hình vẽ Quá trình AB là quá trình giãn đẳng
nhiệt Tính:
a) Hiệu suất chu trình
b) So sánh hiệu suất trên với hiệu suất của động cơ hoạt
động theo chu trình Carnot với nhiệt độ nguồn nóng và
nguồn lạnh lần lượt là nhiệt độ cực đại và cực tiểu của
chu trình trên
-
Chương : KHÍ THỰC (SV tự đọc)4
(Không có bài tập) -
Trang 9k (k= 0, 1; 1, 2; 2, – – –3…)
Với: L 1 , L 2là quang lộ của tia sáng từ nguồn thứ nhất và thứ hai tới điểm quan sát
là bước sóng của ánh sáng trong chân không
k là bậc vân giao thoa (khái niệm bậc vân giao thoa chỉ dùng cho vân sáng, vân
tối không có khái niệm bậc giao thoa)
2 Giao thoa gây bởi bản mỏng:
a Bản mỏng có độ dày thay đổi vân cùng độ dày:
Hiệu quang lộ giữa hai tia phản xạ trên hai mặt của bản:
L =
∆
2 sin
1 2
với là góc tới, là chi u suế ất bản m ng và ỏ là bề dày của bản mỏng
b Nêm không khí và bản cho vân tròn Newton:
- Vị trí của các vân tối:
(trường hợp chiếu gần như vuông góc mặt nêm)
( Với d là chiều dày của nêm, là góc của nêm)
* Đối với bản cho vân tròn Newton thì bán kính vân tối thứ k là:
k
Với R là bán kính mặt cong của thấu kính
Chú ý: Với bài toán nêm thủy tinh (d, n) thì:
Vị trí vân tối:
2
T
k d
Trang 10II BÀI TẬP
Bài 1 Chiếu m t chùm ánh sáng tr ng (ộ ắ ) lên một màng nước
xà phòng có chi t su t n = 1,33 ế ấ
a) Chiếu theo phương vuông góc với màng xà phòng Cho b dày c a màng xà phòng ề ủ
e = 0,6 µm H i trong ph m vi quang phỏ ạ ổ thấy được c a chùm sáng tr ng, nh ng ủ ắ ữ
chùm tia ph n xả ạ có bước sóng nào sẽ được tăng cường
b) Chiếu theo phương xiên góc 450 lên màng xà phòng Tìm b dày nhề ỏ nhấ ủt c a màng
để tia ph n x có màu vàng vả ạ ới bước sóng λ = 0,6 µm
Bài 2 Một màng mỏng có bề dày d, chiết suất n = 1,3 Một chùm ánh sáng đơn sắc
song song có bước sóng = 0,65m chiếu vào màng mỏng dưới góc tới i = 30 Hỏi 0
bề dày nhỏ nhất của màng phải bằng bao nhiêu để ánh sáng phản xạ giao thoa có
cường độ:
a) Cực đại
b) Cực tiểu
Bài 3 Trên bề mặt của mắt kính (coi là một bản mỏng thủy tinh phẳng có chiết suất n =
1,5), nhà sản xuất thường phủ một màng rất mỏng một chất khử phản xạ có chiết suất n’
= 1,4 Một chùm tia sáng đơn sắc, song song có bước sóng = 0,6m được chiếu thẳng
góc với bản mặt Xác định bề dày nhỏ nhất của màng mỏng khi hiện tượng giao thoa
cho chùm tia phản xạ có:
a) cường độ cực tiểu
b) cường độ cực đại
Bài 4 Một nêm th y ti có góc nghiêng = 2 chi t ủ nh ’, ế suất n Ng i ta chi u ườ ế thẳng
góc v i nêm ánh sáng ớ đơn ắ có ướ s c b c sóng 0,54 m
a) V hình và thiẽ ết lập bi u thể ức điều kiện độ dày để có vân t i ố
b) Tìm chiế suấ ủt t c a nêm, biế ằt r ng khoảng cách giữa 2 vân t i liên ti p trên b ố ế ề
mặt c a nêm bủ ằng 0,3 mm
c) Độ dày nêm tại vị trí có vân tối thứ 4;
Bài 5 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Chiếu một chùm tia sáng đơn sắc, song song và
thẳng góc với mặt dưới của một nêm không khí Ánh sáng tới có bước sóng λ =
0,6µm
a) Xác định bề dày lớp không khí tại vân sáng thứ 5?
b) Xác định góc nghiêng của nêm, biết rằng trên 1cm chiều dài của mặt nêm, người ta
quan sát thấy 10 vân giao thoa?
c) Nếu chiếu đồng thời hai chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là λ1 = 0,6 µm
và λ = 0,48 µm xuống mặt nêm thì tại một số vị trí có sự trùng nhau của 2 hệ vân Xác 2
định vị trí trên mặt nêm mà tại đó các vân tối của hai hệ thống vân trùng nhau?
Comment [WU1]: Liên hệ ý nghĩa th
Trang 11d) Dựa vào nguyên tắc trên, người ta có thể kiểm tra độ phẳng
của một bề mặt trong suốt (ví dụ bề mặt một tấm kính xây dựng,
bề mặt của màn hình phẳng của tivi…) bằng cách ghép nghiêng
nó với một bề mặt phẳng chuẩn để tạo thành một nêm không khí
(như hình) và chiếu chùm sáng thẳng góc tới nó Hình ảnh vân giao thoa sẽ thay đổi như thế nào tại vị trí mà bề mặt không phẳng (bị lồi hoặc lõm)?
Bài 6 (không gi i n u h c online)ả ế ọ Một thấu kính hội tụ phẳng lồi được đặt trên một bản
thủy tinh để tạo thành hệ thống cho vân tròn Newton Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng = 0,64 µm thẳng góc vào mặt phẳng của thấu kính thì khoảng cách giữa vân tối thứ 9 và thứ 4 là 1,6 mm
a) Tìm bán kính cong của mặt lồi thấu kính
b) Tìm bề dày của lớp không khí tại vị trí vân tối thứ 5
Bài 7 Một chùm sáng đơn sắc song song chiếu vuông góc với một mặt phẳng của bản
mỏng không khí nằm giữa bản thủy tinh đặt tiếp xúc với mặt cong của thấu kính phẳng – lồi Bán kính của mặt lồi thấu kính là R = 6,4 m Quan sát hệ vân tròn Newton trong chùm tia sáng phản xạ, người ta đo được bán kính của 2 vân tối kế tiếp lần lượt là 4mm và 4,38mm Hãy xác định:
a) Bước sóng của chùm sáng chiếu tới
b) Số thứ tự của các vân tối
c) Bề dày của lớp không khí ở vị trí vân tối thứ 8
Trang 122 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp Cách tử nhiễu xạ:-
Cực đại nhiễu xạ: sin = m
là số khe trên một đơn vị dài của cách tử
3 Nhiễu xạ trên mạng tinh thể:
Công thức nhiễu Bragg cho cực đại nhiễu xạ:
2d sin = k với k = 0, 1, 2
d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng nguyên tử liên tiếp
là góc nhiễu xạ theo phương phản xạ gương
II BÀI TẬP
Bài 1 Chiếu chùm sáng song song đơn sắc bước sóng = 0,6m vuông góc với một khe hẹp àn quan sát hình ảnh nhiễu xạ đặt M cách khe khoảng 2m Khi đó, bề rộng cực đại giữa của hình nhiễu xạ trên màn là 2,4cm Tính bề rộng của khe hẹp
Bài 2 (không gi i n u h c online)ả ế ọ Chiếu chùm sáng song song đơn sắc bước sóng =
0,64m vuông góc với một khe hẹp bề rộng b = 0,1mm Màn quan sát đặt cách khe khoảng 2 m Xác định khoảng cách giữ hai cực đại nhiễu xạ bậc 1 trên màn
Bài 3: Chiếu một chùm tia sáng ( = 0,5m) thẳng góc với một cách tử nhiễu xạ Khoảng cách từ màn ảnh tới cách tử bằng 1m Khoảng cách giữa 2 cực đại chính bậc 1
là 20,2 cm Hãy xác định:
a Chu kỳ d của cách tử
b Số vạch n trên 1cm chiều dài cách tử
c Tổng số vạch sáng cực đại ứng với góc lệch lớn nhất cho bởi cách tử
d Góc nhiễu xạ maxứng với vạch quang phổ ngoài cùng
Bài 4 Trên một đĩa CD (coi như 1 cách tử) có 20.000 vạch trên chiều dài 4cm Chiếu
chùm ánh sáng trắng song song, thẳng góc với cách tử có bước sóng từ 3,9.10 m tới -7
Trang 137,7.10-7m Tìm sự tách góc của toàn bộ phổ nhìn thấy đối với quang phổ bậc 1 và bậc
2
(Ghi chú: Sự tách góc của quang phổ bậc k là góc tạo bởi tia nhiễu xạ ứng với bước sóng lớn nhất và bước sóng nhỏ nhất của cực đại nhiễu xạ bậc k)
Bài 5 Chiếu sáng vuông góc với mặt phẳng của một cách tử nhiễu xạ truyền qua, quan
sát hình nhiễu xạ bằng một thị kính Khi quay thị kính một góc nào đó, người ta quan sát thấy vạch quang phổ bậc ba ứng với bước sóng = 4,4.10-4 mm Hỏi dưới cùng một góc đó, người ta có thể quan sát thấy vạch quang phổ ứng với bước sóng nào nằm trong giới hạn từ 1 = 4.10-4mm đến 2 = 7,5.10-4mm Vạch đó thuộc quang phổ bậc mấy?
Bài 6 (không gi i n u h c online)ả ế ọ Một cách tử nhiễu xạ có chu kỳ cách tử d = 2.10 m -6
Chiếu chùm tia sáng đơn sắc song song có b c sóng b ng 0,60 µm th ng góc ướ ằ ẳvới cách tử
a) Hãy xác nh s v ch cđị ố ạ ực đại chính tối đa cho b i cách t ở ử
b) N u thay ánh sáng nói trên b ng ánh sáng khác thì b c sóng l n nh t có th ế ằ ướ ớ ấ ểquan sát được nhi u x là bao nhiêu? ễ ạ
Bài 7 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Chiếu vuông góc một chùm tia sáng đơn sắc song
song bước sóng = 0,7 m vào bề mặt của một cách tử truyền qua Trên mặt phẳng tiêu diện của một thấu kính hội tụ đặt sát phía sau cách tử, người ta quan sát thấy vạch quang phổ bậc 3 có góc lệch là = 48036’ Xác định:
a) Chu kì cách t và sử ố khe trên 1cm chi u dài cách t ề ử
b) Số cực đại chính n m trong kho ng giằ ả ữa hai c c ti u chính b c nh t trong nh ự ể ậ ấ ảnhiễu xạ Biết m i khe c a cách tỗ ủ ử có độ ộng b = 0,8 r m
Bài 8 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Cho một cách tử phẳng có chu kì d = 2m Ngay sau
cách tử đặt một thấu kính hội tụ Trên màn quan sát đặt tại mặt phẳng tiêu diện của một thấu kính, người ta quan sát thấy khoảng cách giữa hai quang phổ bậc nhất ứng với bước sóng 1 = 0,404 m và = 0,405 2 m là 0,5mm Xác định tiêu cụ của thấu
b Tìm số vạch trên 1 cm chiều dài của cách tử
c Tìm góc lệch để vạch quang phổ của 2 ánh sáng trên trùng nhau
Bài 10 (không gi i n u h c online).ả ế ọ Một chùm tia Rơnghen hẹp tới đập vào mặt tự nhiên của đơn tinh thể NaCl thu được góc nhiễu xạ theo phương phản xạ gương bằng
300 Theo phương phản xạ gương trên mặt tinh thể người ta quan sát thấy cực đại
Trang 14nhiễu xạ bậc hai Xác định khoảng cách giữa hai mặt phẳng nguyên tử liên tiếp, biết rằng ánh sáng tới có bước sóng là 1,41.10-10m
-
Chương 7: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
Không có bài tập -
Phần V: VẬT LÍ HIỆN ĐẠII
Chương : CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI8
(Không có bài tập) -
K m
e
h c
h T
với h = 6,625.10 J.s : hằng số Planck;-34 c = 3.10 m/s 8
B TÍNH CHẤT HẠT CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ
1 Photon
