PHẦN 2. NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ BIẾN ĐỔI

CHỦ ĐỀ 6: NHIỆT

BÀI 24. NĂNG LƯỢNG NHIỆT

(20 câu)

1. NHẬN BIẾT (5 câu)

Câu 1: Năng lượng nhiệt là gì?

Giải:

Tổng động năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là năng lượng nhiệt của vật.

Câu 2: Nhiệt lượng là gì

Giải:

Nhiệt lượng là phần năng lượng nhiệt mà vật nhận thêm hay mất đi trong quá trình truyền năng lượng nhiệt.

Câu 3: Nội năng của vật là gì?

Giải:

Tổng động năng và thế năng của các phần tử tạo nên vật được gọi là nội năng của vật.

Câu 4: Khi nhiệt độ thay đổi nội năng của vật thay đổi như thế nào?

Giải:

Khi một vật được làm nóng, các phân tử của vật chuyển động nhanh hơn và nội năng của vật tăng/

Câu 5: Một viên đạn đang bay trên cao, có những dạng năng lượng nào mà em đã được học?

Giải:

Một viên đạn đang bay trên cao có các dạng năng lượng sau:

+ Thế năng vì có độ cao so với mặt đất.

+ Động năng vì đang chuyển động.

+ Nhiệt năng vì các phân tử nguyên tử cấu tạo nên viên đạn luôn chuyển động hỗn độn không ngừng.

2. THÔNG HIỂU (5 câu)

Câu 1:  Thả một miếng sắt nóng vào một cốc nước lạnh. Nội năng của miếng sắt và của nước trong cốc thay đổi thế nào? Giải thích.

Giải:

Nội năng của miếng sắt giảm đi còn nội năng của nước trong cốc tăng lên. Vì khi thả miếng sắt nóng vào cốc nước lạnh sẽ có sự truyền nhiệt từ miếng sắt sang cốc nước làm cốc nước tăng nhiệt độ khiến các phân tử nước chuyển động nhanh lên còn miếng sắt bị giảm nhiệt độ làm các phân tử sắt chuyển động chậm lại.

Câu 2: Nội năng của vật có liên hệ với năng lượng nhiệt của vật không? Vì sao?

Giải:

Nội năng của vật có liên hệ với năng lượng nhiệt của vật, vì nội năng càng lớn thì các phân tử tạo nên vật chuyển động càng nhanh kéo theo năng lượng nhiệt của vật càng lớn.

Câu 3: Khi vật lạnh đi, nội năng của vật thay đổi như thế nào?

Giải:

Khi vật lạnh đi, nội năng của vật giảm vì khi đó các phân tử tạo nên vật chuyển động chậm hơn.

Câu 4: Giả sử có hai cốc giống nhau, chứa cùng một lượng nước như nhau. Đặt một lượng thuốc tím bằng nhau vào một vị trí ở đáy mỗi cốc nước. Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước nào lan ra nhanh hơn? Vì sao?

Giải:

Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước có nhiệt độ cao hơn sẽ lan ra nhanh hơn vì cốc nước có nhiệt độ cao hơn thì có năng lượng nhiệt lớn hơn các phân tử nước sẽ chuyển động nhanh hơn.

Câu 5: Nhiệt độ vật giảm là do đâu?

Giải:

Do các phân tử chuyển động không ngừng nên chúng có động năng. Động năng phân tử phụ thuộc vào vận tốc của phân tử. Nhiệt độ thay đổi thì vận tốc phân tử thay đổi, nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh và hổn loạn, mà động năng của phân tử là thành phần của nội năng, do đó nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ.

→Nhiệt độ của vật giảm khi các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động chậm lại.

 3. VẬN DỤNG (5 câu)

Câu 1: Một quả bóng khối lượng 200 g rơi từ độ cao 15 m xuống sân và nảy lên được 10 m. Độ biến thiên nội năng của quả bóng bằng (lấy g = 10 m/s²)

Giải:

ΔU = E₁ – E₂ = mg(h₁ – h₂ ) = 0,2.10(15 – 10) = 101J.

Câu 2: Một vật có khối lượng 4 kg được thả rơi không vận tốc đầu từ độ cao 10 m. Bỏ qua sức cản của không khí. Nhiệt lượng toả ra khi vật chạm đất cứng mà không nảy lên là (giả sử năng lượng sinh ra trong khi chạm đất đều toả thành nhiệt):

Giải:

+ Khi thả vật không vận tốc đầu từ độ cao h = 10 m.

Ta có: Thế năng chuyển hóa thành động năng sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng (khi chạm đất).

+ Trọng lượng của vật là: P = 10.m = 10.4 = 40 N.

+ Công của trọng lực là: A = P.h = 40.10 = 400 J.

⇒ Nhiệt lượng tỏa ra khi vật chạm đất cứng mà không nảy lên chính là công của trọng lực và bằng 400 J.

Câu 3: Một viên đạn đại bác có khối lượng 10 kg khi rơi tới đích có vận tốc 54 km/h. Nếu toàn bộ động năng của nó biến thành nội năng thì nhiệt lượng tỏa ra lúc va chạm vào khoảng?

Giải:

Q =  =  =  = 1125J

Câu 4: Một vật có nhiệt năng 150 J, sau khi nung nóng nhiệt năng của nó là 750J. Hỏi nhiệt lượng mà vật nhận được là bao nhiêu?

Giải:

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

⇒ Nhiệt lượng mà vật nhận được trong trường hợp trên bằng 750 − 150 = 600 J.

Câu 5: Nhiệt năng của một miếng đồng là 180 J. Sau khi thực hiện được một công vào miếng đồng làm nó nóng lên và nhiệt năng của miếng đồng lúc đó là 500 J. Nhiệt lượng miếng đồng nhận được là?

Giải:

Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

⇒ Nhiệt lượng mà miếng đồng nhận được trong trường hợp trên bằng:

500 − 180 = 320 J.

4. VẬN DỤNG CAO (5 câu)

Câu 1: Một ấm đun nước bằng nhôm có m = 350g, chứa 2,75kg nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 650 kJ thì ấm đạt đến nhiệt độ 60°C. Hỏi nhiệt độ ban đầu của ấm, biết c_Al = 880 J/kg.K, c_nước = c_n = 4190 J/kg.K.

Giải:

Nhiệt lượng thu vào:

Q_thu = Q_n + Q_Al = m_n.c_n.(t – t₁) + m_Al.c_Al.(t – t₁)

= 2,75.4190.(60 – t₁) + 0,35.880.(60 – t₁) = 709830 – 11830,5t₁.

Mặt khác 709830 – 11830,5t₁ = 650000 ⟹ t₁ = 5,1 °C

Câu 2: Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước ở nhiệt độ 8,4°C.. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g đã nung nóng tới 100°C vào nhiệt lượng kế. Xác định nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,5°C.. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.103J/(kg.K).

Giải:

Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

Nhiệt lượng mà bình nhiệt lượng kế đồng thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

Nhiệt lượng miếng kim loại tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₃ = m₃.c₃.Δt₃

Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:

Q₁ + Q₂ = Q₃

↔ (m₁.c₁ + m₂.c₂).Δt₁ = m₃.c₃.Δt₃

Thay số ta được: (lấy c_nước = c₁ = 4,18.10³ J/(kg.K) )

(0,21.4,18.10³ + 0,128.0,128.10³).(21,5 – 8,4) = 0,192.c₃.(100 – 21,5)

→ c₃ = 0,78.10³ J/(kg.K)

Vậy nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại là 0,78.10³ J/(kg.K)

Câu 3: Để xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng, người ta đổ chất lỏng đó vào 20g nước ở 100°C. Khi có sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ của hỗn hợp nước là 37,5°C, mhh = 140g. Biết nhiệt độ ban đầu của nó là 20°C, cn = 4200 J/kg.K. Nhiệt dung riêng của chất lỏng trên là:

Giải:

Nhiệt lượng tỏa ra:

Q_tỏa = Q_n = m_n.c_n.(t₁ – t_cb) = 20.10^-3.4200.(100 – 37,5) = 5250 J.

Nhiệt lượng thu vào:

Q_thu = m_x.c_x.(t_cb - t_x) = (m_hh – m_n).c_x.(t_cb - t_x) = (140 – 20).10^-3.c_x.(37,5 – 20)

= 2,1.cx

Cân bằng nhiệt: Q_tỏa = Q_thu ⟺ 5250 = 2,1.c_x ⟹ c_x = 2500 J/kg.K

Câu 4: Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 20°C. Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2kg đã được nung nóng tới 75°C.. Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 896 J/(kg.K); của nước là 4,18.103 J/(kg.K); của sắt là 0,46.103 J/(kg.K).

Giải:

Gọi t là nhiệt độ cân bằng của hệ.

Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₁ = m₁.c₁. Δt₁

Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₂ = m₂.c₂.Δt₂

Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:

Q₃ = m₃.c₃.Δt₃

Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra: Q₁ + Q₂ = Q₃

↔ (m₁.c₁ + m₂.c₂)Δt₁ = m₃.c₃.Δt₃

Thay số ta được:

(0,118.4,18.10³ + 0,5.896).(t - 20) = 0,2.0,46.10³ .(75 - t)

↔ 941,24.(t – 20) = 92.(75 – t) ↔ 1033,24.t = 25724,8

=> t = 24,9°C.

Vậy nhiệt độ cân bằng trong bình là t ≈ 24,9°C

Câu 5: Để xác định nhiệt độ của một lò nung, người ta đưa vào trong lò một miếng sắt có khối lượng 50 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả nó vào một nhiệt lượng kế chứa 900 g nước ở nhiệt độ 17^oC. Khi đó nhiệt độ của nước tăng lên đến 23^oC, biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/(kg.k), của nước là 4180 J/(kg.k). Nhiệt độ của lò xấp xỉ bằng?

Giải:

Nhiệt lượng do sắt tỏa ra: Q₁ = m₁c₁(t₁ – t)

Nhiệt lượng do nước thu vào: Q₂ = m₂c₂(t – t₂)

Vì Q₁ = Q₂ ⇒ m₁c₁(t₁ – t) = m₂c₂(t – t₂)

⇔ 0,05.478(t₁ – 23) = 0,9.4180(23 – 17)

t₁ ≈ 967℃