Bài học

Ôn tập tổng hợp — Thuyết động học phân tử chất khí

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá lại toàn bộ nội dung của chương: thuyết động học phân tử chất khí, khí lí tưởng, cơ chế gây áp suất, công thức $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ , và kĩ năng so sánh áp suất hai mẫu khí — đồng thời luyện đúng ba định dạng câu hỏi của kỳ thi tốt nghiệp THPT 2025: trắc nghiệm nhiều lựa chọn, đúng/sai từng ý, và trả lời ngắn.

Sau bài này, em hệ thống hoá lại toàn bộ nội dung của chương: thuyết động học phân tử chất khí, khí lí tưởng, cơ chế gây áp suất, công thức $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$, và kĩ năng so sánh áp suất hai mẫu khí — đồng thời luyện đúng ba định dạng câu hỏi của kỳ thi tốt nghiệp THPT 2025: trắc nghiệm nhiều lựa chọn, đúng/sai từng ý, và trả lời ngắn.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này không dạy kiến thức mới, mà ôn lại bốn bài trước theo đúng trình tự đã học: mô hình phân tử khí và thuyết động học phân tử (Chương 1); áp suất giải thích định tính bằng va chạm (Chương 2); công thức áp suất định lượng (Chương 3); và kĩ năng so sánh áp suất hai mẫu khí, cả khi một yếu tố lẫn cả hai yếu tố cùng thay đổi (Chương 4).

Khởi động

Trước khi đọc tiếp, em hãy tự hỏi: nếu chỉ được viết MỘT công thức duy nhất lên bảng để tóm tắt cả chương này, em sẽ viết công thức nào? Kiểm tra lại câu trả lời của mình sau khi đọc hết phần ôn tập.

Hệ thống hoá kiến thức

Câu trả lời cho câu hỏi khởi động ở trên chính là $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ — công thức duy nhất gói gọn cả chương, vì mọi lập luận định tính (Chương 1, 2) đều là hệ quả trực giác của công thức này, còn mọi bài toán so sánh (Chương 4) đều chỉ là lập tỉ số hai vế của cùng công thức đó cho hai mẫu khí khác nhau.

Toàn bộ chương xoay quanh một sợi dây lập luận duy nhất. Thuyết động học phân tử chất khí khẳng định: phân tử khí rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng, chuyển động hỗn loạn không ngừng, và va chạm liên tục lên thành bình gây ra áp suất. Từ đó suy ra định tính: áp suất tăng khi mật độ phân tử tăng hoặc khi tốc độ phân tử tăng (ví dụ khi đun nóng bình khí kín). Kết quả định tính đó được định lượng chính xác bằng công thức $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ , cho phép so sánh áp suất hai mẫu khí cùng loại bằng tỉ số $\dfrac{p_1}{p_2} = \dfrac{n_{0,1}}{n_{0,2}} \times \dfrac{\overline{v^2}_1}{\overline{v^2}_2}$ , dù chỉ một yếu tố hay cả hai yếu tố cùng thay đổi.

Toàn bộ chương xoay quanh một sợi dây lập luận duy nhất. Thuyết động học phân tử chất khí khẳng định: phân tử khí rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng, chuyển động hỗn loạn không ngừng, và va chạm liên tục lên thành bình gây ra áp suất. Từ đó suy ra định tính: áp suất tăng khi mật độ phân tử tăng hoặc khi tốc độ phân tử tăng (ví dụ khi đun nóng bình khí kín). Kết quả định tính đó được định lượng chính xác bằng công thức $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$, cho phép so sánh áp suất hai mẫu khí cùng loại bằng tỉ số $\dfrac{p_1}{p_2} = \dfrac{n_{0,1}}{n_{0,2}} \times \dfrac{\overline{v^2}_1}{\overline{v^2}_2}$, dù chỉ một yếu tố hay cả hai yếu tố cùng thay đổi.

Ba cái bẫy đáng nhớ nhất xuyên suốt chương, mỗi cái gắn với một chương cụ thể: (1) ở Chương 1, đừng nghĩ khí lí tưởng "không có khối lượng" — nó chỉ bỏ qua kích thước và tương tác phân tử. (2) ở Chương 3–4, đừng lẫn tốc độ trung bình $\overline{v}$ với giá trị trung bình bình phương tốc độ $\overline{v^2}$ — nếu đề cho tỉ lệ tốc độ trung bình, phải bình phương lên trước khi đưa vào công thức áp suất. (3) ở Chương 4, đừng đoán cảm tính khi hai yếu tố thay đổi ngược chiều — chỉ phép nhân hai tỉ số mới cho kết quả đúng, một tỉ số tăng nhiều chưa chắc đã bị tỉ số kia giảm ít bù lại vừa đủ.

Ba ví dụ này minh hoạ đúng ba tình huống áp dụng công thức áp suất đã học: nén khí (chỉ n₀ đổi), một yếu tố đổi, và hai yếu tố đổi ngược chiều.

Đây là quy trình dùng chung cho mọi dạng bài của chương, từ giải thích định tính tới tính toán định lượng.

Bài tập tổng hợp theo ba định dạng của đề thi tốt nghiệp THPT 2025

Từ năm 2025, đề thi tốt nghiệp THPT môn Vật lí gồm ba phần với cách hỏi và cách chấm khác nhau. Phần I là trắc nghiệm bốn phương án, chỉ một đáp án đúng — quen thuộc với mọi học sinh. Phần II là dạng đúng/sai từng ý: mỗi câu gồm 4 ý (a), (b), (c), (d) về cùng một tình huống, thí sinh xác định đúng hay sai cho TỪNG Ý một cách độc lập, và điểm số tính theo số ý đúng chứ không phải cả câu đúng hết mới có điểm — dạng này đòi hỏi hiểu chắc từng chi tiết nhỏ, không thể đoán mò như trắc nghiệm bốn phương án. Phần III là trả lời ngắn: không có phương án cho sẵn, thí sinh tự tính ra một con số cụ thể theo đúng yêu cầu làm tròn của đề rồi điền vào. Hai bài toán tổng hợp dưới đây minh hoạ cách áp dụng toàn bộ kiến thức của chương vào cả ba định dạng này.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: từ giải thích định tính tới tính toán định lượng

1
Một bình kín cứng chứa khí có mật độ phân tử $n_0 = 2,5 \times 10^{25}$ phân tử/m³, khối lượng mỗi phân tử $m = 4 \times 10^{-26}$ kg. Ở nhiệt độ ban đầu, $\overline{v^2} = 3 \times 10^{5}$ m²/s². a) Tính áp suất khí ban đầu. b) Đun nóng bình (thể tích, số phân tử không đổi) tới khi $\overline{v^2}$ tăng gấp $1{,}5$ lần. Tính áp suất mới.
Một bình kín cứng chứa khí có mật độ phân tử $n_0 = 2,5 \times 10^{25}$ phân tử/m³, khối lượng mỗi phân tử $m = 4 \times 10^{-26}$ kg. Ở nhiệt độ ban đầu, $\overline{v^2} = 3 \times 10^{5}$ m²/s². a) Tính áp suất khí ban đầu. b) Đun nóng bình (thể tích, số phân tử không đổi) tới khi $\overline{v^2}$ tăng gấp $1{,}5$ lần. Tính áp suất mới.
2
$p_1 = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2} = \frac{1}{3} \times (2{,}5\times10^{25}) \times (4\times10^{-26}) \times (3\times10^{5})$ . Vì $n_0 m = 1$ (kg/m³), $p_1 = \frac{1}{3} \times 1 \times 3\times10^{5} = 1\times10^{5}$ Pa.
$p_1 = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2} = \frac{1}{3} \times (2{,}5\times10^{25}) \times (4\times10^{-26}) \times (3\times10^{5})$. Vì $n_0 m = 1$ (kg/m³), $p_1 = \frac{1}{3} \times 1 \times 3\times10^{5} = 1\times10^{5}$ Pa.
3
Thể tích và số phân tử không đổi nên $n_0$ không đổi; chỉ $\overline{v^2}$ tăng gấp $1{,}5$ lần. $\dfrac{p_2}{p_1} = \dfrac{\overline{v^2}_2}{\overline{v^2}_1} = 1{,}5$ , nên $p_2 = 1{,}5 \times (1\times10^{5}) = 1{,}5\times10^{5}$ Pa.
Thể tích và số phân tử không đổi nên $n_0$ không đổi; chỉ $\overline{v^2}$ tăng gấp $1{,}5$ lần. $\dfrac{p_2}{p_1} = \dfrac{\overline{v^2}_2}{\overline{v^2}_1} = 1{,}5$, nên $p_2 = 1{,}5 \times (1\times10^{5}) = 1{,}5\times10^{5}$ Pa.
4
Cả hai kết quả cùng bậc độ lớn với áp suất khí quyển chuẩn — hợp lí cho một khối khí ở điều kiện gần điều kiện thường. Xu hướng tăng khi đun nóng cũng khớp với lập luận định tính đã học ở Chương 2.
5
Vậy áp suất ban đầu là $p_1 = 1\times10^{5}$ Pa, và sau khi đun nóng, áp suất tăng lên $p_2 = 1{,}5\times10^{5}$ Pa.
Vậy áp suất ban đầu là $p_1 = 1\times10^{5}$ Pa, và sau khi đun nóng, áp suất tăng lên $p_2 = 1{,}5\times10^{5}$ Pa.

Ví dụ

Ba định dạng câu hỏi của đề thi tốt nghiệp THPT 2025, cùng một chủ đề

1
Câu hỏi: "Theo thuyết động học phân tử chất khí, áp suất chất khí lên thành bình sinh ra do đâu?" Bốn phương án cho sẵn, chọn một đáp án đúng duy nhất — đây là dạng quen thuộc đã luyện xuyên suốt chương: đáp án đúng là "va chạm liên tục của phân tử khí lên thành bình".
2
Câu hỏi cho 4 ý (a), (b), (c), (d) về cùng một tình huống, mỗi ý thí sinh phải xác định đúng hay sai độc lập với nhau — điểm số tính theo SỐ Ý đúng, không phải cả câu đúng hết mới có điểm. Ví dụ: (a) tăng $n_0$ làm tăng $p$ — đúng; (b) tăng $\overline{v}$ gấp đôi làm $p$ tăng gấp đôi — sai (phải là gấp 4, vì $p$ tỉ lệ $\overline{v^2}$ ).
Câu hỏi cho 4 ý (a), (b), (c), (d) về cùng một tình huống, mỗi ý thí sinh phải xác định đúng hay sai độc lập với nhau — điểm số tính theo SỐ Ý đúng, không phải cả câu đúng hết mới có điểm. Ví dụ: (a) tăng $n_0$ làm tăng $p$ — đúng; (b) tăng $\overline{v}$ gấp đôi làm $p$ tăng gấp đôi — sai (phải là gấp 4, vì $p$ tỉ lệ $\overline{v^2}$).
3
Câu hỏi không cho sẵn phương án, thí sinh tự tính ra một con số rồi ghi đáp số theo đúng yêu cầu làm tròn của đề. Ví dụ: "Một mẫu khí có $p_1 = 2\times10^{5}$ Pa. Nén sao cho $n_0$ tăng gấp 3, $\overline{v^2}$ không đổi. Tính $p_2$ (đơn vị $10^5$ Pa)" — đáp số cần điền là $6$ , tính từ $p_2 = 3 \times p_1 = 6\times10^{5}$ Pa.
Câu hỏi không cho sẵn phương án, thí sinh tự tính ra một con số rồi ghi đáp số theo đúng yêu cầu làm tròn của đề. Ví dụ: "Một mẫu khí có $p_1 = 2\times10^{5}$ Pa. Nén sao cho $n_0$ tăng gấp 3, $\overline{v^2}$ không đổi. Tính $p_2$ (đơn vị $10^5$ Pa)" — đáp số cần điền là $6$, tính từ $p_2 = 3 \times p_1 = 6\times10^{5}$ Pa.

Luyện tập theo ba định dạng

Ghi nhớ

Cả chương gói gọn trong một sợi dây lập luận: phân tử khí nhỏ, chuyển động hỗn loạn, va chạm gây áp suất (định tính) → $p=\frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ (định lượng) → so sánh áp suất hai mẫu khí bằng tích hai tỉ số $n_0$ và $\overline{v^2}$ . Ba định dạng câu hỏi thi tốt nghiệp THPT 2025 đều kiểm tra đúng sợi dây lập luận này, chỉ khác cách hỏi.

Cả chương gói gọn trong một sợi dây lập luận: phân tử khí nhỏ, chuyển động hỗn loạn, va chạm gây áp suất (định tính) → $p=\frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ (định lượng) → so sánh áp suất hai mẫu khí bằng tích hai tỉ số $n_0$ và $\overline{v^2}$. Ba định dạng câu hỏi thi tốt nghiệp THPT 2025 đều kiểm tra đúng sợi dây lập luận này, chỉ khác cách hỏi.

Khoá học tiếp theo — Các định luật chất khí và phương trình trạng thái — sẽ dùng chính mô hình động học phân tử này để xây dựng định luật Boyle, các quá trình đẳng tích, đẳng áp, và phương trình trạng thái khí lí tưởng. Những định luật đó thực chất chỉ là các trường hợp riêng của công thức $p = \frac{1}{3}n_0m\overline{v^2}$ khi giữ cố định một trong ba đại lượng vĩ mô — nhiệt độ, thể tích hoặc số phân tử — nên toàn bộ nội dung của chương này chính là nền tảng bắt buộc để hiểu đúng bản chất của các định luật sắp học, chứ không chỉ để nhớ công thức suông.