Bài tập file word Vật lí 12 chân trời Bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

BÀI 3: NỘI NĂNG. ĐỊNH LUẬT 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

(17 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Nêu khái niệm nội năng.

Trả lời:

Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ T và thể tích V của vật.

Câu 2: Có bao nhiêu cách làm thay đổi nội năng của vật? Em hãy nêu nội dung của từng cách.

Trả lời:

Câu 3: Nhiệt lượng và nhiệt dung riêng là gì? Em hãy nêu định nghĩa và công thức của hai đại lượng trên.

Trả lời:

Câu 4: Phát biểu định luật 1 của nhiệt động lực học.

Trả lời:

2. THÔNG HIỂU (6 CÂU)

Câu 1: Giải thích mối quan hệ giữa nhiệt độ và nội năng của một vật. Tại sao khi nhiệt độ tăng, nội năng của vật cũng tăng?

Trả lời:

Nội năng của một vật phụ thuộc vào động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn, làm cho động năng của chúng tăng, từ đó nội năng cũng tăng.

Câu 2: Tại sao khi thực hiện công lên một vật, nội năng của vật có thể tăng mà không cần truyền nhiệt?

Trả lời:

Câu 3: Hãy so sánh sự khác biệt giữa cách làm thay đổi nội năng bằng công và bằng truyền nhiệt. Trong điều kiện nào một cách sẽ được ưu tiên hơn cách kia?

Trả lời:

Câu 4: Một khối nước có khối lượng 2 kg được đun nóng từ 20°C lên 80°C. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4.180 J/kg.K, hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp để tăng nhiệt độ khối nước này.

Trả lời:

Câu 5: Một vật nhận nhiệt lượng 500 J và nhận thêm công 200 J từ bên ngoài. Hãy tính độ biến thiên nội năng của vật.

Trả lời:

Câu 6: Một vật có nội năng giảm 300 J sau khi thực hiện công 150 J lên một vật khác. Hãy tính nhiệt lượng mà vật đã truyền đi.

Trả lời:

3. VẬN DỤNG (4 CÂU)

Câu 1: Một khối đồng có khối lượng 0,8 kg được nung nóng đến nhiệt độ 600 °C, sau đó thả vào một bể nước có khối lượng 50 kg ở nhiệt độ 20 °C. Xác định nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Biết nhiệt dung riêng của đồng là 385 J/kg.K và của nước là 4.180 J/kg.K.

Trả lời:

Bước 1: Tính nhiệt lượng mất đi của khối đồng

Nhiệt lượng mà khối đồng tỏa ra được tính bằng công thức:

Q_đồng = m_đồng * c_đồng * (T_đồng - T_cb)

Trong đó:

• m_đồng = 0,8 kg
• c_đồng = 385 J/kg.K
• T_đồng = 600 °C
• T_cb là nhiệt độ cân bằng cần tìm.

Ta có:

Q_đồng = 0,8 * 385 * (600 - T_cb)

Q_đồng = 308 * (600 - T_cb)

Bước 2: Tính nhiệt lượng nhận vào của nước

Nhiệt lượng mà nước hấp thụ được tính bằng công thức:

Q_nước = m_nước * c_nước * (T_cb - T_nước)

Trong đó:

• m_nước = 50 kg
• c_nước = 4.180 J/kg.K
• T_nước = 20 °C

Ta có:

Q_nước = 50 * 4.180 * (T_cb - 20)

Q_nước = 209.000 * (T_cb - 20)

Bước 3: Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt

Nhiệt lượng mà đồng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà nước nhận vào:

Q_đồng = Q_nước

Suy ra:

308 * (600 - T_cb) = 209.000 * (T_cb - 20)

Bước 4: Giải phương trình

Mở rộng phương trình:

308 * 600 - 308 * T_cb = 209.000 * T_cb - 4.180.000

Tính giá trị:

184.800 - 308 * T_cb = 209.000 * T_cb - 4.180.000

Chuyển các hạng tử có T_cb về một vế:

184.800 + 4.180.000 = 209.000 * T_cb + 308 * T_cb

4.364.800 = 209.308 * T_cb                       

Tính T_cb:

T_cb = 4.364.800 / 209.308 ≈ 20,85 °C

Vậy nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt là 20,85 °C.

Câu 2: Một tấm thép có khối lượng 2 kg được nung nóng đến 500 °C rồi thả vào 10 lít dầu (nhiệt dung riêng của dầu là 1.900 J/kg.K) có nhiệt độ 25 °C. Sau một thời gian, hệ đạt đến nhiệt độ cân bằng là 40 °C. Hãy tính nhiệt dung riêng của thép. Biết khối lượng riêng của dầu là 800 kg/m³.

Trả lời:

Câu 3: Tại sao khi đun nước bằng ấm điện, nước sôi ở 100 °C nhưng nhiệt độ của ấm lại nóng hơn nhiều? Giải thích dựa trên kiến thức về nội năng và truyền nhiệt.

Trả lời

Câu 4: Tại sao vào mùa đông, khi chúng ta chạm vào kim loại, cảm giác lạnh hơn so với khi chạm vào gỗ, mặc dù cả hai vật đều ở cùng nhiệt độ phòng?

Trả lời

4. VẬN DỤNG CAO (3 CÂU)

Câu 1: Trong quá trình cháy của động cơ ô tô, năng lượng từ nhiên liệu được chuyển hóa như thế nào theo định luật 1 của nhiệt động lực học? Giải thích tại sao động cơ phải được làm mát liên tục trong quá trình hoạt động.

Trả lời:

Trong động cơ ô tô, khi nhiên liệu cháy, nó tạo ra nhiệt lượng lớn và thực hiện công, đẩy piston di chuyển để sinh công cơ học. Theo định luật 1 của nhiệt động lực học, tổng năng lượng cung cấp cho động cơ (thông qua nhiệt) được chia thành hai phần: một phần biến thành công cơ học và phần còn lại làm tăng nội năng của các bộ phận động cơ. Nếu không làm mát, phần nhiệt này sẽ tích tụ, làm tăng quá mức nội năng của động cơ, dẫn đến quá nhiệt và gây hư hỏng. Hệ thống làm mát giúp loại bỏ lượng nhiệt dư thừa, giữ cho nhiệt độ động cơ ổn định.

---------------------------------------

----------------------Còn tiếp---------------------