Vật lí 12 · Vật lí nhiệt giữa kì I THPT Việt Đức: Sáu chìa khóa, nhìn thấy phân tử
Bài giảng tương tác dựng từ đề kiểm tra giữa kì I Vật lí 12 của Trường THPT Việt Đức (Hà Nội), chương Vật lí nhiệt, theo cấu trúc 3 phần mới (18 câu nhiều…
LUKATO AI · Vật lí 12 · Chương Vật lí nhiệt
Nhìn thấy phân tử, hiểu cả chương nhiệt
Đề kiểm tra giữa kì I Vật lí 12 của Trường THPT Việt Đức (Hà Nội) gói trọn chương Vật lí nhiệt theo đúng cấu trúc đề thi tốt nghiệp mới: 18 câu nhiều lựa chọn, 4 câu đúng/sai, 6 câu trả lời ngắn. Bài học gom 28 câu ấy thành sáu chìa khóa : mô hình động học phân tử, nhiệt độ và thang đo, nội năng, định luật I của nhiệt động lực học, nhiệt dung riêng, chuyển thể. Mỗi chìa khóa có phòng lab để bạn nhìn thấy phân tử chuyển động, đun, nén, nung rồi tự kiểm chứng.
28 câu 3 phần, 10 điểm, 50 phút
6 chìa khóa và một chặng cuối
35 phòng lab quan sát, đo, đoán, tự chấm
Thi thử đúng cấu trúc 3 phần mới
Bắt đầu: thế giới phân tử › Xem bản đồ Nhảy tới định luật I Thi thử
Bản đồ bài học
Hai mươi tám câu — sáu chìa khóa
Cả chương nhiệt đứng trên một ý duy nhất: vật chất gồm các phân tử chuyển động không ngừng . Nhiệt độ đo mức chuyển động ấy; nội năng là tổng động năng và thế năng của các phân tử; công và truyền nhiệt là hai cách làm nội năng thay đổi (định luật I); nhiệt dung riêng cho biết cần bao nhiêu năng lượng để làm nóng; chuyển thể là lúc năng lượng đi vào phá liên kết mà nhiệt độ đứng yên.
Danh mục câu hỏi của đề (diễn đạt lại, không chép nguyên văn)
Phần I — nhiều lựa chọn (18 câu, 0,25 điểm/câu). C1 nhiệt độ nào không thể tồn tại (758 °C, 365 °C, −303 °C, −142 °C) · C2 thực hiện công lên vật thì nội năng thay đổi thế nào · C3 nguyên tắc của nhiệt kế chất lỏng · C4 tên gọi nhiệt độ thấp nhất · C5 mục đích đo công suất trong thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá · C6 định nghĩa nhiệt nóng chảy riêng · C7 đơn vị nhiệt dung riêng · C8 công thức đổi từ °C sang K · C9 nhiệt lượng làm hóa hơi chất lỏng ở nhiệt độ không đổi phụ thuộc vào gì · C10 thang đo lấy 0 là nhiệt độ đóng băng, 100 là nhiệt độ sôi của nước · C11 phát biểu sai về nội năng · C12 đơn vị nhiệt hóa hơi riêng · C13 nhiệt độ tăng thì tốc độ phân tử thế nào · C14 ý nghĩa của ΔU = A + Q khi Q > 0, A < 0 · C15 vì sao chất rắn có hình dạng xác định · C16 ngửi thấy mùi hoa hồng thể hiện tính chất gì của chất khí · C17 phân tử thoát khỏi mặt thoáng chất lỏng là quá trình gì · C18 nội năng phụ thuộc những yếu tố nào.
Phần II — đúng/sai (4 câu). C1 đồ thị nhiệt độ – thời gian của nước đá từ −8 °C · C2 đồ thị nung chất rắn kết tinh: 127 °C lúc bắt đầu, đến 327 °C ở phút 26, nằm ngang đến phút 51 · C3 nhóm học sinh nén khí trong xilanh có cảm biến nhiệt độ (các bước I–IV của phương pháp nghiên cứu) · C4 cung cấp 3,0 J cho khí, khí đẩy pit-tông đi đều 8 cm, lực ma sát 15 N.
Phần III — trả lời ngắn (6 câu). C1 bếp 500 W, hiệu suất 70% đun 300 g nước từ 20 °C đến sôi · C2 đổi 10 °C sang kelvin · C3 nhiệt lượng làm nóng chảy hoàn toàn 1,0 kg nhôm từ 8 °C · C4 một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử nung từ 300 K lên 500 K, sinh công 35 J · C5 vật 300 g nhận 6900 J tăng 50 °C · C6 khí nhận 20,6 J và sinh công 0,6 J.
Bản đề nhận được không kèm đáp án; mọi đáp án ở đây do LUKATO AI tự giải và kiểm chứng. Những chỗ đề viết chưa chặt (một số phương án, đồ thị mang tính sơ đồ) được ghi chú ngay tại chìa khóa liên quan.
① Ý tưởng cốt lõi Phân tử đang làm gì?
② Phòng lab Quan sát, đun, nén, nung rồi kiểm chứng.
③ Bẫy của đề Dấu của A và Q, ΔU khác U, đọc đồ thị.
④ Thử thách Biến thể ngẫu nhiên, thi thử 3 phần.
TIẾN ĐỘ TOÀN BÀI 0%
Câu I.13, I.15, I.16, I.17 (4 × 0,25 điểm) · ý a của Câu II.1 · mô hình động học phân tử
Chìa khóa 1 — Thế giới phân tử: rắn, lỏng, khí và sự bay hơi
Một cục nước đá, một cốc nước và làn hơi trên mặt cốc được tạo nên từ cùng một loại phân tử . Chúng chỉ khác nhau ở hai điều: các phân tử chuyển động mạnh đến đâu và giữ nhau chặt đến đâu . Nắm được bức tranh vi mô ấy, bạn trả lời được bốn câu trắc nghiệm và ý a của Câu II.1 mà không cần học thuộc: chỉ cần “nhìn” thấy các phân tử.
Đề diễn đạt lại · đề giữa kì I Vật lí 12 THPT Việt Đức (Hà Nội)
I.13. Khi nhiệt độ của một chất tăng, tốc độ chuyển động của các phân tử sẽ như thế nào? A. Không thay đổi. B. Tăng. C. Dao động. D. Giảm.
I.15. Tại sao chất rắn có thể giữ được hình dạng xác định? A. Do các phân tử sắp xếp trật tự và lực liên kết mạnh. B. Do các phân tử chuyển động tự do. C. Do các phân tử sắp xếp không trật tự. D. Do không có lực liên kết giữa các phân tử.
I.16. Một số chất khí có mùi thơm tỏa ra từ bông hoa hồng làm ta ngửi thấy mùi hoa. Điều này thể hiện tính chất nào của chất khí trong mô hình động học phân tử? A. Nhiệt độ càng tăng thì vận tốc phân tử càng lớn. B. Gió thổi chất khí bay đi. C. Có thể lan tỏa trong không gian theo mọi hướng do các phân tử khí chuyển động hỗn loạn. D. Không có hình dạng xác định.
I.17. Khi các phân tử chất lỏng nhận được năng lượng đủ lớn để thắng lực hút của các phân tử khác và thoát ra khỏi mặt thoáng thì xảy ra quá trình gì? A. Ngưng tụ. B. Bay hơi. C. Sôi. D. Đông đặc.
II.1 (ý a). Đun nóng một khối nước đá từ -8^\circ\mathrm C; đồ thị nhiệt độ theo thời gian tăng thẳng đến 0^\circ\mathrm C ở phút thứ 5, nằm ngang ở 0^\circ\mathrm C từ phút 5 đến phút 10, sau đó lại tăng. Nhận định: “Từ phút 0 đến phút 5, các phân tử nước chuyển động quanh các vị trí cân bằng không cố định.” Đúng hay sai?
Các ý b, c, d của Câu II.1 (thời gian nóng chảy, chất rắn kết tinh, nhiệt độ khi chuyển thể) được giải ở Chìa khóa 6.
Ý tưởng cốt lõi Mọi chất được cấu tạo từ các phân tử chuyển động không ngừng ; nhiệt độ càng cao thì chuyển động ấy (chuyển động nhiệt) càng nhanh . Giữa các phân tử có lực liên kết (gồm lực hút và lực đẩy). Thể của chất là kết quả của cuộc “giằng co” giữa hai yếu tố: lực liên kết thắng thế thì phân tử bị giữ ở vị trí cố định (rắn); hai bên cân sức thì phân tử còn gần nhau nhưng trượt được (lỏng); chuyển động nhiệt thắng hẳn thì phân tử bay tự do, chiếm đầy bình (khí).
Mô hình động học phân tử
- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử (hay nguyên tử); giữa chúng có khoảng cách.
- Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng , gọi là chuyển động nhiệt . Nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh (Câu I.13: tốc độ tăng ).
- Giữa các phân tử có lực hút và lực đẩy : ở gần quá thì đẩy, ở xa hơn một chút thì hút, ở rất xa thì lực gần như bằng 0.
Ba thể dưới góc nhìn phân tử
Rắn
Lỏng
Khí
Khoảng cách
rất gần nhau
gần nhau (xa hơn ở rắn chút ít)
rất xa so với kích thước phân tử
Sắp xếp
trật tự
kém trật tự
hỗn loạn
Chuyển động
dao động quanh vị trí cân bằng cố định
dao động quanh vị trí cân bằng không cố định , trượt qua nhau
hỗn loạn, tự do về mọi phía
Lực liên kết
rất mạnh
yếu hơn ở rắn
rất yếu
Hình dạng, thể tích
có hình dạng và thể tích riêng
có thể tích riêng, hình dạng theo bình
chiếm toàn bộ bình, dễ nén
Ngoại lệ đáng nhớ: nước đá có cấu trúc rỗng nên các phân tử ở xa nhau hơn ở nước lỏng một chút; vì thế nước đá nhẹ hơn nước và nổi trên mặt nước.
Mùi lan đi: chuyển động hỗn loạn và khuếch tán
Phân tử nước hoa bay hơi khỏi lọ rồi chen vào giữa các phân tử không khí. Chúng liên tục va chạm, đổi hướng ngẫu nhiên, nên nhích dần ra xa lọ theo mọi hướng , kể cả khi phòng hoàn toàn lặng gió. Hiện tượng các chất tự hòa lẫn vào nhau do chuyển động nhiệt gọi là khuếch tán .
Gió cũng đưa mùi đi, nhưng đó là chuyển động có hướng của cả khối không khí , một nguyên nhân bên ngoài. Câu I.16 hỏi tính chất của chính các phân tử khí, nên đáp án là C.
Nóng hơn thì lan nhanh hơn
Nhiệt độ cao thì phân tử chuyển động nhanh hơn, giữa hai lần va chạm chúng chạy nhanh hơn, nên trong cùng một khoảng thời gian chúng nhích ra xa hơn và mùi lan nhanh hơn. Vì vậy mùi thức ăn nóng bay xa hơn thức ăn nguội, và đường hòa tan trong nước nóng nhanh hơn trong nước lạnh.
Mỗi phân tử khí ở nhiệt độ phòng có tốc độ hàng trăm mét trên giây, nhưng nếu chỉ nhờ khuếch tán thì mùi lan rất chậm (qua vài mét có thể mất hàng giờ, thậm chí nhiều ngày) vì đường đi của mỗi phân tử là một đường gấp khúc: va chạm hàng tỉ lần mỗi giây. Trong phòng thật, mùi tới được sau vài phút chủ yếu nhờ các dòng không khí nhỏ (đối lưu) luôn có trong phòng; khuếch tán là cơ chế ở cấp phân tử mà Câu I.16 hỏi tới.
Sự bay hơi
Trong chất lỏng, các phân tử có tốc độ rất khác nhau. Một phân tử ở gần mặt thoáng , có động năng đủ lớn để thắng lực hút của các phân tử xung quanh, sẽ thoát ra ngoài: đó là sự bay hơi (Câu I.17: B). Bay hơi xảy ra ở mọi nhiệt độ .
Tốc độ bay hơi càng lớn khi: nhiệt độ càng cao, diện tích mặt thoáng càng lớn, có gió (thổi hơi đi, phân tử khó quay lại), và tùy bản chất chất lỏng (cồn bay hơi nhanh hơn nước).
Quá trình ngược lại, phân tử hơi trở lại chất lỏng, là sự ngưng tụ . Bay hơi và sôi đều là những hình thức của sự hóa hơi .
Bay hơi làm lạnh. Bay hơi khác sôi
Các phân tử thoát ra là những phân tử nhanh nhất ; động năng trung bình của phần còn lại giảm, nên chất lỏng lạnh đi nếu không được cung cấp nhiệt. Ra khỏi bể bơi thấy lạnh, chum đất giữ nước mát, mồ hôi giúp cơ thể hạ nhiệt: đều do bay hơi.
Sôi là sự hóa hơi xảy ra cả trên mặt thoáng và trong lòng chất lỏng (sinh ra bọt hơi), ở một nhiệt độ xác định gọi là nhiệt độ sôi (nước: 100^\circ\mathrm C ở áp suất tiêu chuẩn). Trong khi sôi, nhiệt độ chất lỏng không đổi.
Ý a của Câu II.1: đọc thể từ đồ thị
Phác họa lại đồ thị của đề (chỉ là sơ đồ, không theo tỉ lệ). Đoạn được tô đậm là phút 0 đến phút 5.
Vì sao ý a SAI
Từ phút 0 đến phút 5, nhiệt độ tăng từ -8^\circ\mathrm C lên 0^\circ\mathrm C nhưng chưa tới điểm nóng chảy: khối nước vẫn hoàn toàn là nước đá , tức thể rắn. Ở thể rắn, các phân tử dao động quanh các vị trí cân bằng cố định (các nút mạng tinh thể).
Cụm từ “vị trí cân bằng không cố định ” là đặc điểm của thể lỏng . Đề cố tình đổi một chữ: đây là bẫy “đọc lướt”. Nhận định đúng sẽ là: “các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng cố định”.
Từ phút 5 đến phút 10, nước đá đang nóng chảy (rắn và lỏng cùng tồn tại, nhiệt độ giữ ở 0^\circ\mathrm C); sau phút 10 chỉ còn nước lỏng.
Cách nhớ Rắn: đứng tại chỗ mà rung. Lỏng: chen chúc mà trượt. Khí: tự do bay khắp phòng. Gặp câu hỏi về thể, hãy hỏi hai câu: phân tử có ở gần nhau không, và chúng có vị trí cân bằng cố định không. Gặp câu hỏi về nhiệt độ, nhớ một câu: nóng hơn thì phân tử chạy nhanh hơn , nên khuếch tán nhanh hơn, bay hơi nhanh hơn.
Các bẫy của chìa khóa này
- Đổi một chữ “cố định” / “không cố định” (II.1a): rắn là cố định , lỏng là không cố định .
- Chọn “gió đưa mùi đi” (I.16): gió là nguyên nhân bên ngoài; mùi vẫn lan trong phòng kín lặng gió nhờ chuyển động hỗn loạn của phân tử.
- Chọn một phát biểu đúng nhưng lạc đề (I.16 A, D): “nhiệt độ càng tăng vận tốc phân tử càng lớn” và “chất khí không có hình dạng xác định” đều đúng, nhưng không giải thích được vì sao mùi hoa đi tới mũi ta.
- Nhầm bay hơi với sôi (I.17): chỉ ở mặt thoáng, ở mọi nhiệt độ là bay hơi ; sôi xảy ra cả trong lòng chất lỏng, ở nhiệt độ sôi.
- Nghĩ phân tử chất rắn đứng yên : chúng vẫn dao động; nhiệt độ tăng thì dao động mạnh hơn.
- Nghĩ chất lỏng nóng lên khi bay hơi : ngược lại, bay hơi lấy đi các phân tử nhanh nhất nên chất lỏng lạnh đi.
Chốt
(1) Chất cấu tạo từ phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng; nhiệt độ tăng thì tốc độ chuyển động nhiệt tăng. (2) Rắn: sắp xếp trật tự, lực liên kết rất mạnh, dao động quanh vị trí cân bằng cố định. Lỏng: vị trí cân bằng không cố định. Khí: lực liên kết rất yếu, chuyển động tự do, chiếm đầy bình. (3) Mùi lan theo mọi hướng do chuyển động hỗn loạn của phân tử khí (khuếch tán). (4) Bay hơi: ở mặt thoáng, mọi nhiệt độ, làm lạnh chất lỏng; sôi: cả trong lòng chất lỏng, ở nhiệt độ sôi.
Đáp án nhanh: I.13 B · I.15 A · I.16 C · I.17 B · II.1a Sai.
Lời giải đầy đủ — đáp án và giải thích từng câu
Câu I.13 — Đáp án B (tăng)
Theo mô hình động học phân tử, nhiệt độ của chất càng cao thì các phân tử chuyển động hỗn loạn càng nhanh. Vậy khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của phân tử tăng . A sai vì tốc độ chuyển động nhiệt gắn chặt với nhiệt độ; D sai (giảm là khi nhiệt độ giảm); C sai: từng phân tử đổi tốc độ liên tục sau mỗi va chạm, nhưng tốc độ trung bình của các phân tử tăng theo nhiệt độ chứ không “dao động”.
Câu I.15 — Đáp án A
Ở thể rắn, các phân tử ở rất gần nhau, sắp xếp có trật tự, lực liên kết rất mạnh, mỗi phân tử chỉ dao động quanh một vị trí cân bằng cố định, nên chất rắn giữ được hình dạng xác định. B sai: chuyển động tự do là đặc điểm thể khí (nên khí không có hình dạng riêng). C sai: sắp xếp kém trật tự là đặc điểm thể lỏng, chất lỏng không giữ được hình dạng. D sai: ở thể rắn lực liên kết mạnh nhất; nếu không có lực liên kết thì các phân tử tản ra. (Chất rắn vô định hình như thủy tinh không sắp xếp trật tự mà vẫn giữ hình dạng nhờ lực liên kết mạnh; đáp án A là cách nói của SGK cho chất rắn kết tinh.)