Bài 7. Bài tập về vật lí nhiệt – Vật lí 12 Kết nối tri thức

Dể giải các bài tập Vật lí nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản nào?

Một số lưu ý trong việc giải bài tập về vật lí nhiệt

Phần vật lí nhiệt bao gồm ba nội dung chính: Cấu trúc của chất và sự chuyến thể; định luật 1 của Nhiệt động lực học; các khái niệm nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng và nhiệt hoá hơi riêng.

Lưu ý khi giải bài tập định tính

Các bài tập này thường yêu cầu vận dụng các kiến thức cơ bản của ba nội dung chính kế trên vào việc giải thích các hiện tượng, các ứng dụng thực tế giúp học sinh hiểu rõ bản chất vật lí của hiện tượng.

Lưu ý khi giải bài tập định lượng

Các bài tập này thường yêu cầu vận dụng định luật 1 của Nhiệt động lực học và định luật bảo toàn năng lượng vào các quá trình biến đổi nội năng của vật.

Trong việc giải các bài tập này cần phải xác định được cách làm biến đổi nội năng của vật trong đề bài để lựa chọn được các hệ thức thích hợp.

a) Khi nội năng của vật biến đổi chỉ bằng cách truyền nhiệt: $Δ W = Q$
Nếu quá trình truyền nhiệt chỉ làm thay đổi nhiệt độ của vật:
$Q = m c Δ T$
Nếu quá trình truyền nhiệt làm vật chuyển từ thế này sang thế khác ở nhiệt độ không đổi:
$Q = λ m$ ; $Q = L m$
Trong các quá trình này nếu có nhiều vật chỉ truyền nhiệt cho nhau không truyền nhiệt ra bên ngoài thì độ lớn của nhiệt lượng các vật toả ra bằng độ lớn nhiệt lượng của các vật thu vào:
$∣ Q_{\cos} ∣ = ∣ Q_{c o s u} ∣ \Rightarrow Q_{\cos} + Q_{c o s u} = 0$

b) Khi nội năng của vật biến đổi bằng cả hai cách truyền nhiệt và thực hiện công thì ngoài công thức: $△ I J = Q + A,$ các công thức tính nhiệt lượng nêu trên còn phải sử dụng các công thức tính công cơ học đã học ở lớp 10 như: A = Fscosa; $A = W_{42} - W_{d 1}$ A = mgh; $A = {.0}^{0} l, . . .$

Lưu ý khi giải bài tập thí nghiệm

Các bài tập này có thể yêu cầu từ thiết kế phương án dến tiến hành thí nghiệm và xử lí số liệu để rút ra kết luận cần thiết hoặc chỉ yêu cầu xử lí các số liệu đã cho tử thí nghiệm để rút ra kết luận cần thiết

Chương I vật lí nhili

Bài tập ví dụ

1.

Một lượng khí được truyền 10 kJ nhiệt năng để nóng lên đồng thời bị nên bởi một công có độ lớn 100 kJ. Tính độ biến thiên nội năng của lượng khí này.

Lời giải

Giải
Vì khí nhận dược năng lượng và công nên: $Q = + 10 k J$ và $A = + 100 k J$ .
Theo định luật I của nhiệt động lực học : $Δ U = A + Q = 100 + 10 = 110 k J$ .
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $Δ U = 110 k J$ .

2.

Người ta cung cấp nhiệt lượng 25 J cho một lượng khí trong một xi-lanh đặt nằm ngang. Lượng khí nở ra đấy pit-tông chuyển động trong xi-lanh được 10 cm. Tính độ biến thiên nội năng của lượng khí. Biết lực ma sát giữa pít-tông và xi-lanh có độ lớn là 20 N và coi chuyển động của pít-tông trong xi lanh là đều.

Lời giải

Giải
Công mà lượng khí thực hiện để thắng lực ma sát có độ lớn là: $A = F s = 20.0, 1 = 2 J$
Áp dụng định luật 1 của nhiệt động lực học : $Δ U = A + Q .$ Vì lượng khí thực hiện công nên $A = - 2 J$ vì lượng khí nhận nhiệt lượng nên $Q = + 2.5 J$
Do đó: $Δ U = - 2 + 25 = 23 J$ .
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $Δ U = 23 J$ .

3.

Muốn có 30 lít nước ở nhiệt độ $40^{\circ} C$ thì cần phải đố bao nhiêu lít nước dang sối ở áp suất tiêu chuẩn vào bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ $10^{\circ} C ?$ Lấy khối lượng riêng của nước là $1 k g / l f t;$ bỏ qua sự thay đổi khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ và sự trao đổi nhiệt. với bên ngoài.

Lời giải

Giải
Gọi $m_{1}$ là khối lượng của nước dang sôi ở $100^{\circ} C$ ; $t m_{2}$ là khối lượng của nước ở $10^{\circ} C$ .
Nhiệt lượng nước sôi toả ra: $Q_{1} = m c Δ t_{2} = m_{1} c (100 - 40) = 60 m_{1} c$ .
Nhiệt lượng nước ở $10^{\circ} C$ thu vào: $Q_{z} = m_{z} c Δ t_{z} = m_{z} c (40 - 10] = 30 m_{z} c$
Vì không có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài nên: $Q_{2} = Q_{2}$ suy ra: $2 m_{1} = m_{2} .$ (1)
Vì lượng nước muốn có là 30 lít, khối lượng riêng của của nước được coi là không đổi và bằng $1 k g / l l l$ nên ta có: $m_{1} + m_{2} = 30 k f$ . (2)
Giải hệ hai phương trình (1) và (2) sẽ được $m_{1} = 10 k g v i$ $m_{2} = 20 k g$ .
Vậy phải đó 10 lít nước đang sôi vào 20 lít nước $10^{\circ} C$ đế có 30 lít nước $40^{\circ} C$

Chương I vật lí nhili

Bài tập vận dụng

1.

Quy ước dẫu nào sau đây phù hợp với định luật I của nhiệt dộng lực học?
A. Vật nhận công: $Λ < 0$ ; vật nhận nhiệt lượng: $Q < 0$ .
B. Vật nhận công: $A > 0$ ; vật nhận nhiệt lượng: $Q > 0$ .
C. Vật thực hiện công: $A > 0$ vật truyền nhiệt lượng: $Q > 0$
D. Vật thực hiện công: $A > 0$ ; vật truyền nhiệt lượng: $Q < 0$ .

2.

Một lượng nước và một lượng rượu có thể tích bằng nhau dược cung cấp các nhiệt lượng Lương ứng là $Q_{1}$ và $Q_{2} .$ Biết khối lượng riêng của nước là $1000 k g / m^{3}$ và của rượu là $800 {k g / m}^{3}$ , nhiệt dung riêng của nước là $4200 J / k g . l$ K và của rượu là $2500 J / k g . K$ . Để độ tăng nhiệt độ của nước và rượu bằng nhau thì:
$Q_{1} = Q_{2}$
C. $Q_{1} = 1, 68 Q_{2}$ .
B. $Q_{2} = 1.25 Q_{2}$ .
D. $Q_{2} = 2.10 Q_{2}$

3.

Lấy hai túi trà lọc giống nhau. Thà nhẹ nhàng một túi vào cốc thuỷ tinh đựng nước nguội, một túi vào cốc thuỷ tinh đựng nước nóng để các túi nằm yên ở đáy cốc. Quan sát và dùng mô hình động học phân tử về cấu tạo chất để giải thích hiện tượng xảy ra trong hai cốc.

4.

a) Một ấm điện công suất 1000 W. Tính thời gian cần thiết để đun 300 g nước có nhiệt độ ban đầu là $20^{\circ} C .$ đến khi sôi ở áp suất tiêu chuẩn. Tại sao kết quả chỉ được coi là gần đúng?
b) Nếu để nước trong ẩm sối thêm 2 phút thì lượng nước còn lại trong ấm là bao nhiêu? Lấy nhiệt dung riêng và nhiệt hoá hơi riêng của nước là $c = 4, {2.10}^{3} J / k g . K$ và $L = 2, {26.10}^{6} J / k g$

5.

Dùng bếp điện để dun một ấm nhôm khối lượng 600 g đựng 1,5 lít nước ở nhiệt độ $20^{\circ} C$ . Sau 35 phút đã có 20% lượng nước trong ấm hoá hơi ở nhiệt độ sôi $100^{\circ} C .$ Tính nhiệt lượng trung bình mà bếp điện cung cấp cho ấm nước trong mỗi giây, biết chỉ có 75% nhiệt lượng mà bếp toả ra được dùng vào việc đun ấm nước. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là $880 J / k_{B c} K$ của nước là $4200 J / k g . K$ nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi $100^{\circ} C : 1$ ১৯ $2, {26.10}^{\leq} J / k g$ Khối lượng riêng của nước là $1 k g / l f t .$

EM ĐÃ HỌC

Cách giải bài tập về vật lí nhiệt.

EM CÓ THỂ

Giải thích được các hiện tượng và tính toán được các đại lượng liên quan đến định luật I của nhiệt động lực học, các quá trình truyền nhiệt và chuyển thể.

1.

Lời giải

Giải
Vì khí nhận dược năng lượng và công nên: $Q = + 10$ kl và $A = + 100 k .$ .
Theo định luật I của nhiệt động lực học : $Δ U J = A + Q = 100 + 10 = 110 k I .$
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $Δ L I = 110 k J$ .

2.

Lời giải

Giải
Công mà lượng khí thực hiện để thắng lực ma sát có độ lớn là: $A = F s = 20.0, 1 = 2. J$
Áp dụng định luật 1 của nhiệt động lực học : $Δ U = A + Q .$ Vì lượng khí thực hiện công nên $A = - 2 J$ vì lượng khí nhận nhiệt lượng nên $Q = + 2.5 J$
Do đó: $Δ U = - 2 + 25 = 23 J .$
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $Δ U = 23 J .$

3.

Lời giải

Giải
VỚI CUỘC SỐNG
Gọi $m_{1}$ là khối lượng của nước dang sôi ở $100^{\circ} C$ ; $t m_{2}$ là khối lượng của nước ở $10^{\circ} C$ .
Nhiệt lượng nước sôi toả ra: $Q_{1} = m$ $c Δ t_{2} = m_{1} c (100 - 40) = 60 m_{1} c$ .
Nhiệt lượng nước ở $10^{\circ} C$ thu vào: $Q_{z} = m_{z} c Δ t_{z} = m_{z} c (40 - 10] = 30 m_{z} c$
Vì không có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài nên: $Q_{2} = Q_{2}$ suy ra: $2 m_{1} = m_{2} .$
(1)
Vì lượng nước muốn có là 30 lít, khối lượng riêng của của nước được coi là không đổi và bằng $1 k g / l l l$ nên ta có: $m_{1} + m_{2} = 30 k f$ .
(2)
Giải hệ hai phương trình (1) và (2) sẽ được $m_{1} = 10 k g v i$ $m_{2} = 20 k g .$
Vậy phải đó 10 lít nước đang sôi vào 20 lít nước $10^{\circ} C$ đế có 30 lít nước $40^{\circ} C$

Khí lí tưởng là gì?
Tại sao có thể dùng mô hình khí lí tưởng để dự đoán các định luật thực nghiệm về chất khí?

Nội dung

Mô hình động học phân tử chất khí

Định luật Boyle (Bôi-lo)
Dịnh luật Charles (Sác-lơ)

. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Áp suất khí theo mô hình động học phân tử

Dộng năng phân tử và nhiệt dộ

Hình ảnh khinh khí cầu.

Xem bản PDF nguyên trang sách: Vật lí 12 – Kết nối tri thức với cuộc sống (trang 30–33).