(TIỂU LUẬN) TUYỂN tập bài tập vật lý 2 (NHIỆT , QUANG, vật lý HIỆN đại) năm học 2021 2022

Phương trình trạng thái cho một khối khí bất kỳ: pV = m RT trong đó p, V và T là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí có khối lượng m, là khối lượng của 1 kilômol khí đó; R là hằn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

TUYỂN TẬP BÀI TẬP VẬT LÝ 2

(NHIỆT , QUANG, & VẬT LÝ HIỆN ĐẠI)

Phần I: NHIỆT HỌC

Chương 1: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ

(Không có bài tập) - Chương 2: NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

I CÁC CÔNG THỨC CẦN GHI NHỚ

pV = consttrong đó p và V là áp suất và thể tích của khối khí

Claperon):

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

trong đó p, V và T là áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối khí có khối lượng m,

là khối lượng của 1 kilômol khí đó; R là hằng số khí lý tưởng

J

= 8, 31J / mol K

kmol K

4 Nội năng và khối lượng riêng của khí lý tưởng

2

v

1

B Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và các hệ quả

U=A+Q

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 nhiệt

lượng mà hệ nhận được trong suốt quá trình biến đổi

- Nhiệt dung phân tử của một chất: C = c , với là khối lượng của 1 mol chất đó

- Nhiệt dung phân tử đẳng tích và nhiệt dung phân tử đẳng áp của một chất khí

p v

áp suất và thể tích của khối khí ở nhiệt độ T2

II BÀI TẬP

trong điều kiện áp suất không đổi Tính :

2

a Công mà khí sinh ra

b Độ biến thiên nội năng của khối khí

c Nhiệt lượng đã cung cấp cho khối khí

đẳng áp, thể tích khí tăng đến 10 lít Tìm:

a Nhiệt lượng mà khối khí nhận được

b Nội năng của khối khí trước và sau khi hơ nóng

Bài 3 Cho một khí lý tưởng đơn nguyên tử có thể tích 5 lít ở áp suất

1 atm và nhiệt độ 300 K (A) Khí thực hiện quá trình biến đổi

đẳng tích đến áp suất 3 atm (B), sau đó giãn đẳng nhiệt về

áp suất 1 atm (C) Cuối cùng, khí được làm lạnh đẳng áp đến

thể tích ban đầu (A) Tính:

a Nhiệt độ tại B và C

b Nhiệt hệ nhận và công khối khí thực hiện trong chu trình trên

thụ một nhiệt lượng là 1200 J Tìm:

a Hệ số Poátxông =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 tưởng lưỡng nguyên tử thực hiện biến đổi như sau: từ trạng thái

(3) có P3 = 2P1

a Vẽ đồ thị biến đổi trên giản đồ (P,V)

b Tính trong toàn bộ quá trình: Nhiệt mà khối khí nhận được và công khối khí sinh ra

Bài 7 0,32 mol khí lý tưởng đơn nguyên tử thực hiện biến đổi như sau: từ trạng thái

(A) với áp suất p1 = 2,4 atm, thể tích V1 = 2,2 lit được nung nóng và giãn đẳng

áp đến trạng thái (B) có thể tích V2 = 2V1 Sau đó, khối khí được làm lạnh đẳng tích đếntrạng thái (C) có P3 = P1/2 = 1,2 atm Từ (C) nén

đẳng nhiệt thì khối khí trở về trạng thái (A) Hãy

xác định:

a Nhiệt độ tại các trạng thái A, B, và C

b Công hệ sinh, nhiệt hệ nhận, và độ biến thiên nội

năng trong mỗi quá trình

3

Bài 8.Một chất khí lưỡng nguyên tử có thể tích V1 = 0,5lít, ở áp suất p1 = 0,5 at Nó

bị nén đoạn nhiệt tới thể tích V2 và áp suất p2 Sau đó người ta giữ nguyên thểtích V2 và làm lạnh nó đến nhiệt độ ban đầu Khi đó áp suất của khí là p0 =1at

a Vẽ đồ thị của quá trình đó

b Tìm thể tích V2 và áp suất p2

Bài 9 Một khối khí lý tưởng thực hiện quá trình biến

đổi như hình bên Từ A đến B là quá trình đoạn

nhiệt; từ C đến D là quá trình đẳng nhiệt Trong

quá trình đẳng áp từ B đến C, hệ nhận nhiệt

lượng 345 kJ Trong quá trình đẳng áp từ D đến

A, hệ toả nhiệt lượng 371 kJ Hãy xác định độ

biến thiên nội năng của hệ trong quá trình từ A đến B

Bài 10 Một mol khí lưỡng nguyên tử thực hiện một chu trình (như được minh họa ở hình bên) gồm 2

quá trình đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ T 1 = 700 K, T 2 = 300 K; và 2 quá trình đẳng tích

ứng với thể tích V 1 và V 2 = 2V 1

a Chứng minh rằng: PA

b Tính công và nhiệt mà hệ trao đổi với môi

trường và độ biến thiên nội năng của hệ trong

mỗi quá trình

4

Chương 3: NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC I CÁC CÔNG THỨC CẦN GHI NHỚ

2

Q

1 Q

1Trong đó Q1 là nhiệt mà tác nhân nhận được của nguồn nóng và Q'2 là nhiệt màtác nhân nhả cho nguồn lạnh

Đối với máy làm lạnh hoạt động theo chu trình Carnot:=

Nhiệt độ của nguồn nóng là 1000C nhiệt độ của nguồn 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 2000C, nhiệt

độ của nguồn lạnh là 580C Tìm hiệu suất thực tế của máy So sánh hiệu suất đóvới hiệu suất lý tưởng của máy nhiệt làm việc theo chu trình Carnot với nhữngnguồn nhiệt kể trên

Bài 3 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

a Tính hiệu suất của chu trình

5

b So sánh hiệu suất này với hiệu suất của chu trình Carnot có cùng nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh

lạnh là 57oC Động cơ nhận nhiệt lượng 45000 kJ trong 1 giờ và có công suất là2,5 kW

a Tính hiệu suất thực của động cơ

b Giả sử động cơ nhiệt đó hoạt động theo chu trình Carnot thì công suất của nó tăng lên bao nhiêu lần

Bài 6 Một máy nhiệt lý tưởng chạy theo chu trình Carnot thuận nghịch có nguồn nóng

ở nhiệt độ 1270C và nguồn lạnh ở 270C Máy nhận một nhiệt lượng 63 kcal từ nguồn nóng trong 1 s Tính:

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 1270C Giảthiết 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 kJ/kg độ

Bài 8 Động cơ đốt trong 4 thì hoạt động theo chu trình

• Sinh công: giãn đoạn nhiệt từ C→D

• Xả từ D→A→O, tỏa nhiệt Q 2 cho môi trường

a) Hãy tính hiệu suất của chu trình Otto, biểu diễn hiệu suất thông qua nhiệt độ

T A , T B , T C , T D và hệ số nén r = V 1 /V 2

b) So sánh với hiệu suất chu trình Carnot

6

Bài 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 Carnotvới nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh lần lượt là nhiệt độ cực đại và cực tiểu của chutrình trên

-Chương 4: KHÍ THỰC (SV tự đọc)

(Không có bài tập) -

7

Phần III: QUANG HỌC Chương 5: GIAO THOA ÁNH SÁNG

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:

với là góc tới, là chiếu suất bản mỏng và là bề dày của bản mỏng

b Nêm không khí và bản cho vân tròn Newton:

- Vị trí của các vân tối: d T = k

(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:

r k = R k

Với R là bán kính mặt cong của thấu kính.

Chú ý: Với bài toán nêm thủy tinh (d, n) thì:

k

8

II BÀI TẬP

Bài 1 Chiếu một chùm ánh sáng trắng (0,4 μm ≤ λ ≤ 0,75 μmm ≤ λ ≤ 0,75 μm ≤ λ ≤ 0,75 μmm) lên một màng nước xà phòng có chiết suất n = 1,33.

a) Chiếu theo phương vuông góc với màng xà phòng Cho bề dày của màng xà phòng e

= 0,6 µm Hỏi trong phạm vi quang phổ thấy được của chùm sáng trắng, những chùm tiaphản xạ có bước sóng nào sẽ được tăng cường

b) Chiếu theo phương xiên góc 450 lên màng xà phòng Tìm bề dày nhỏ nhất của màng

để tia phản xạ có màu vàng với 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 = 0,65 m chiếu vào màng mỏng dưới góc tới i = 300 Hỏi bề dày nhỏ nhất của màng phải bằng bao nhiêu để ánh sáng phản xạ giao thoa có cường độ:

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 = 0,6 m được chiếu thẳnggóc với bản mặt Xác định bề dày nhỏ nhất của màng mỏng khi hiện tượng giao thoa chochùm tia phản xạ có:

a) cường độ cực tiểu

b) cường độ cực đại

Bài 4 Một nêm thủy tinh có góc nghiêng = 2’, chiết suất n Người ta chiếu thẳng góc

với nêm ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,54 m

a) Vẽ hình và thiết lập biểu thức điều kiện độ dày để có vân tối

b) Tìm chiết suất của nêm, biết rằng khoảng cách giữa 2 vân tối liên tiếp trên bềmặt của nêm bằng 0,3 mm

c) Độ dày nêm tại vị trí có vân tối thứ 4;

Bài 5 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 λ2 = 0,48 µm xuống mặt nêm thì tại một số vị trí có sự trùng nhau của 2 hệ vân Xácđịnh vị trí trên mặt nêm mà tại đó các vân tối của hai hệ thống vân trùng nhau?

(ví dụ bề mặt một tấm kính xây dựng, bề mặt của màn hình phẳng của tivi…) bằng cách

9

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 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 gócvào 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 trongchùm tia sáng phản xạ, người ta đo được bán kính của 2 vân tối kế tiếp lần lượt là4mm 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

10

2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp - Cách tử nhiễu xạ:

Cực đại nhiễu xạ: sin = m d ; m = 0, 1, 2 d là chu kỳ cách tử

n = d1 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

Bài 1 Chiếu chùm sáng song song đơn sắc bước sóng = 0,6 m vuông góc với một khe

hẹp Màn quan sát hình ảnh nhiễu xạ đặt cách khe khoảng 2m Khi đó, bề rộng cực đạigiữa của hình nhiễu xạ trên màn là 2,4cm Tính bề rộng của khe hẹp

Bài 2 Chiếu chùm sáng song song đơn sắc bước sóng = 0,64 m vuông góc với một khe

hẹp bề rộng b = 0,1mm Màn quan sát đặt cách khe khoảng 2 m Xác định khoảng cáchgiữ hai cực đại nhiễu xạ bậc 1 trên màn

Bài 3: Chiếu một chùm tia sáng ( = 0,5 m) 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 max ứng với vạch quang phổ ngoài cùng

11

Bài 4 Trên một đĩa CD (coi như 1 cách tử) có 20.000 vạch trên chiều dài 4cm Chiếu

(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 quansát thấy vạch quang phổ bậc ba ứng với bước sóng = 4,4.10-4 mm Hỏi dưới cùng mộtgóc đó, người ta có thể quan sát thấy vạch quang phổ ứng với bước sóng nào nằmtrong giới hạn từ 1 = 4.10-4mm đến 2 = 7,5.10-4mm Vạch đó thuộc quang phổ bậc mấy?

sắc song song có bước sóng bằng 0,60 µm thẳng góc với cách tử

a) Hãy xác định số vạch cực đại chính tối đa cho bởi cách tử

b) Nếu thay ánh sáng nói trên bằng ánh sáng khác thì bước sóng lớn nhất có thể quan sát được nhiễu xạ là bao nhiêu?

bề mặt của một cách tử truyền qua Trên mặt phẳng tiêu diện của một thấu kính hội tụđặt 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 tử và số khe trên 1cm chiều dài cách tử

b) Số cực đại chính nằm trong khoảng giữa hai cực tiểu chính bậc nhất trong ảnh nhiễu xạ Biết mỗi khe của cách tử có độ rộng b = 0,8 m

hội tụ Trên màn quan sát đặt tại mặt phẳng tiêu diện của một thấu kính, người ta quansát thấy khoảng cách giữa hai quang phổ bậc nhất ứng với bước sóng 1 = 0,404 m và 2

= 0,405 m là 0,5mm Xác định tiêu cụ của thấu kính

phẳng thì góc lệch ứng với quang phổ bậc 1 là 1708’

a Tìm góc lệch ứng với vạch quang phổ bậc 2 của ánh sáng đơn sắc có bước sóng

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

trên mặt tinh thể người ta quan sát thấy cực đại nhiễu xạ bậc hai Xác định khoảng cách

12

giữa hai mặt phẳng nguyên tử liên tiếp, biết rằng ánh sáng tới có bước sóng là 1,41.10

-10 m.

-Chương 7: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

Không có bài tập -

Phần IV: VẬT LÍ HIỆN ĐẠI

Chương 8: CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI

(Không có bài tập) -

Chương 9: QUANG LƯỢNG TỬ

13

a) Bước sóng có năng suất phát xạ cực đại của vật thay đổi như thế nào ?

b) Năng suất phát xạ toàn phần của nó tăng lên bao nhiêu lần sau khi nung nóng?

Bài 2 Bước sóng của bức xạ mang nhiều năng lượng nhất được phát ra từ mặt trời là

m = 0,48 m Xem mặt trời là một vật đen tuyệt đối Hãy tính

a Nhiệt độ của mặt trời

b Công suất phát xạ toàn phần của mặt trời

Biết rằng mặt trời có bán kính R0 = 7.105km

Bài 3 Dây tóc Vônfram trong đèn điện có đường kính là d = 0,03cm và độ dài là l =

5cm, khi mắc vào mạch điện thì nhiệt độ của nó là 2626 K Tìm công suất củabóng đèn Nếu tỉ số giữa năng suất phát xạ toàn phần của Vônfram và năng suấtphát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối ở cùng một nhiệt độ là = 0,31 Giả sử ởtrạng thái cân bằng nhiệt tất cả nhiệt do đèn phát ra đều ở dạng bức xạ

công thức dùng cho vật đen tuyệt đối với giả thiết RT của người chỉ bằng 10%vật đen tuyệt đối Hãy tính:

a) Bước sóng bức xạ mang nhiều năng lượng nhất do con người phát xạ

b) Tổng năng lượng phát xạ của một người trong một ngày đêm

Bài 5 Nhiệt độ của sợi dây tóc của bóng đèn điện luôn biến đổi vì được đốt nóng bằng

dòng điện xoay chiều Hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất là 80 K, nhiệt độ trung

14