Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 2: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học

BÀI 2: NỘI NĂNG. ĐỊNH LUẬT I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC.

KHỞI ĐỘNG

Khi nước được đun tới lúc bắt đầu sôi thì dù có tiếp tục đun, nhiệt độ của nước cũng không thay đổi. Vậy nhiệt năng mà nước nhận được lúc này làm tăng dạng năng lượng nào của nước

Hướng dẫn chi tiết:

Khi nước được đun tới lúc bắt đầu sôi thì dù có tiếp tục đun, nhiệt độ của nước cũng không thay đổi. Vậy nên nhiệt năng mà nước nhận được lúc này không làm tăng dạng năng lượng nào cũng nước, nội năng của nó giữ nguyên.

I. KHÁI NIỆM NỘI NĂNG

Câu hỏi: Tại sao nội năng của vật lại phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật?

Hướng dẫn chi tiết:

Nội năng của vật lại phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật bởi vì:

 nội năng = thế năng + động năng.

Nội năng sẽ phụ thuộc vào thế năng và động năng.

- Thế năng phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử, nếu khoảng cách giữa các phân tử thay đổi thì thể tích sẽ thay đổi.

thế năng cũng sẽ thay đổi nội năng phụ thuộc vào thể tích của vật. 

- Động năng phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phân tử mà tốc độ chuyển động của phân tử lại phụ thuộc vào nhiệt độ. 

+ Khi nhiệt độ càng cao, tốc độ chuyển động của phân tử càng nhanh.

+ Khi nhiệt độ càng thấp, tốc độ chuyển động của phân tử càng thấp.

  động năng phụ thuộc vào nhiệt độ nội năng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật 

Thí nghiệm: Thí nghiệm sau đây cho thấy mối liên hệ giữa nội năng của vật với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật.

Chuẩn bị:

- Ống nghiệm (1).

- Nút bấc có kích thước vừa khít miệng ống nghiệm (2).

- Đèn cồn (3).

- Giá đỡ thí nghiệm (4).

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 2.2.

- Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm cho đến khi nút bấc bật ra.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Khi đun ống nghiệm tới một lúc nào đó thì thấy nút bấc bật ra. Giải thích vì sao nút bấc bật ra.

2. Khi nút chưa bị bật ra:

a) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng hay giảm? Vì sao?

b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng có phải do thế năng phân tử khí tăng không? Tại sao?

c) Tại sao hiện tượng nút ống nghiệm bị bật ra lại chứng tỏ động năng của các phân tử khí trong ống nghiệm tăng?

Hướng dẫn chi tiết:

1. Nút bấc bật ra bơir vì khi đun ống nghiệm , chất lỏng bên trong ống nghiệm nóng lên và chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, quá trình này làm hơi nước giãn nở, chuyển động nhanh hơn, va đập vào nút chai và làm bật nút chai.

2. 

a) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng.

Bởi vì khi ống nghiệm được đun nóng thì nhiệt độ trong ống nghiệm cũng tăng lên, các phân tử chuyển động càng nhanh hơn.

Từ đó làm động năng tăng lên nên nội năng tăng.

b) Nội năng của không khí trong ống nghiệm tăng không phải do thế năng phân tử khí tăng. 

Bởi vì nút bấc chưa bật ra, nội tăng tăng lúc này là do động năng tăng.

c) Bởi vì nhiệt độ tăng thì các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với nút bấc cũng mạnh hơn. Mà động năng phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phân tử nên các phân tử khí, do đó động năng cũng tăng theo.

II. ĐỊNH LUẬT I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 

Câu hỏi 1: Mô tả sự thay đổi nội năng của lượng khí trong xi lanh ở Hình 2.3.

Hướng dẫn chi tiết:

Mô tả sự thay đổi nội năng của lượng khí ở Hình 2.3:

- Hình a: 

+ Thực hiện công bằng cách ấn vào đầu để nén phần khí trong xi lanh.

+ Quá trình nén khí này làm tăng nhiệt độ của khí và tăng nội năng của khí. 

+ Để quan sát được tăng nhiệt độ thì ta có thể đo nhiệt lộ của khí sau khi nén.

- Hình b: 

+ Truyền nhiệt cho khí bằng cách đun nóng xi lanh, 

+ Khi nhiệt môi bên ngoài của xi lanh cao hơn nhiệt độ bên trong của xi lanh thì khí ở bên trong sẽ hấp thụ nhiệt từ bên ngoài.

Câu hỏi 2: Tìm thêm ví dụ về thực hiện công và truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật.

Hướng dẫn chi tiết:

Ví dụ về truyền nhiệt: Khi nung nóng một thanh sắt trên bếp lửa, ta truyền nhiệt cho thanh sắt, làm tăng nhiệt độ và nội năng của thanh sắt.

Ví dụ về thực hiện công: Khi ta cọ xát hai miếng kim loại với nhau cũng là đang thực hiện công, làm tăng động năng của các phân tử ở bề mặt tiếp xúc. Từ đó dẫn đến sự tăng nhiệt độ và nội năng của hai miếng kim loại.

Câu hỏi 3: Các hệ thức sau đây mô tả các quá trình thay đổi nội năng nào?

1. khi và khi .

2. khi và khi .

3. khi và .

4. khi và

Hướng dẫn chi tiết: