Phương pháp giải Bài toán mở nắp chai của bình chứa khí môn Vật Lý 10 năm 2021

 BÀI TOÁN MỞ NẮP CHAI CỦA BÌNH CHỨA KHÍ

1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI

- Áp dụng công thức của quá trình đẳng nhiệt:

\(\frac{{{p}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{p}_{2}}}{{{T}_{2}}}\)

Trong đó:

p₁: áp suất khí ban đầu (Pa)

p₂: áp suất khí lúc sau (Pa)

T₁: nhiệt độ khí ban đầu (K)

T₂: nhiệt độ khí lúc sau (K)

- Áp dụng công thức tính lực tác dụng:

\(\begin{array}{l}
F = mg + S\Delta p\\
 \Rightarrow F = mg + S\left( {{p_1} - {p_2}} \right)
\end{array}\)

Trong đó:

F: ngoại lực tác dụng (N)

Δp: độ chênh lệch áp suất (Pa; N/m²)

S: diện tích bị ép (m²)

2. VÍ DỤ MINH HỌA

Một bình hình trụ đặt thẳng đứng có dung tích 8 lít và đường kính trong 20 cm, được đậy kín bằng một nắp có khối lượng 2 kg. Trong bình chứa khí ở nhiệt độ 100⁰C dưới áp suất bằng áp suất khí quyển (10⁵ N/m²). Khi nhiệt độ trong bình giảm xuống còn 20⁰C thì:

a)

Áp suất khí trong bình bằng bao nhiêu?

b)

Muốn mở nắp bình cần một lực bằng bao nhiêu?

Giải

a)

Xét lượng khí trong bình.

Trạng thái đầu:

V₁ = 8 lít; T₁ = 100 + 273 = 373 K ; p₁ = 10⁵ N/m².

Trạng thái cuối:

V₂ = 8 lít; T₂ = 20 + 273 = 293 K; p₂ = ?

Vì thể tích không đổi nên:  

\(\begin{array}{l}
\frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{T_2}}}\\
 =  > {p_2} = \frac{{{p_1}{T_2}}}{{{T_1}}} = {7,86.10^4}N/{m^2}
\end{array}\)

b)

Cần tác dụng vào nắp một lực thằng được trọng lượng của nắp và lực gây ra bởi sự chênh lệch áp suất giữa không khí bên ngoài và bên trong bình:

\(\begin{array}{l}
F = mg + S\left( {{p_1} - {p_2}} \right)\\
 \Leftrightarrow F = mg + \frac{{\pi {d^2}}}{4}\left( {{p_1} - {p_2}} \right)\\
 \Leftrightarrow F = 692N
\end{array}\)

3. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1.           

Một bình hình trụ đặt thẳng đứng có đường kính trong 20 cm, được đậy kín bằng một nắp có trọng lượng 20N. Trong bình chứa khí ở nhiệt độ 100⁰C dưới áp suất bằng áp suất khí quyển 10⁵ N/m². Khi nhiệt độ trong bình giảm xuống còn 20⁰C nếu muốn mở nắp bình cần một lực tối thiểu bằng

A.692N.                           

B. 2709N.                        

C. 234N.                          

D. 672N.

Câu 2.           

Một bình đầy không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0⁰C; 1,013. 10⁵Pa) được đậy bằng một nắp có trọng lượng 20N. Biết áp suất khí quyển là p₀ = 10⁵Pa và tiết diện của miệng bình 10cm². Nhiệt độ lớn nhất của không khí trong bình để không khí không đẩy được nắp bình lên và thoát ra ngoài bằng

A. 323,4⁰C.                     

B. 54,6⁰C.                       

C. 115⁰C.^.                                

D. 50,4⁰C.

Câu 3.           

Một nồi áp suất có van có trọng lượng không đáng kể và có một lỗ tròn diện tích 1cm² luôn được áp chặt bởi một lò xo có độ cứng k = 1300N/m và luôn bị nén 1cm. Bỏ qua mọi ma sát. Hỏi khi đun khí ban đầu ở áp suất khí quyển p₀ = 10⁵Pa, có nhiệt độ 27⁰C thì đến nhiệt độ bao nhiêu van sẽ mở ra?

A. 390⁰C.                         

B. 117⁰C.                        

C. 417⁰C.                        

D. 351⁰C.

Câu 4.           

Một chai chứa không khí được nút kín bằng một nút có trọng lượng không đáng kể, tiết diện 2,5 cm². Hỏi phải đun nóng không khí trong chai lên tới nhiệt độ tối thiểu bằng bao nhiêu để nút bật ra? Biết lực ma sát giữa nút và chai có độ lớn là 12 N, áp suất ban đầu của không khí trong chai bằng áp suất khí quyển và bằng 9,8.10⁴ Pa, nhiệt độ ban đầu của không khí trong chai là -3⁰C.

A.402⁰C.                          

B. 132K.                          

C. 129⁰C.                        

D. 271K.

---(Hết)---

Trên đây là toàn bộ nội dung Phương pháp giải Bài toán mở nắp chai của bình chứa khí môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

Chúc các em học tốt!