5 bài tập nhiệt học THCS ôn thi chuyên vật lý

Biết rằng công suất tỏa nhiệt của nước trong cốc tỉ lệ với hiệu nhiệt độ trung bình giữa nước trong cốc và môi trường.. Thả vào bình một viên bi thứ nhất, nhiệt độ của nước khi cân bằng

BÀI TẬP NHIỆT HỌC

Bài 1

Một người đạt cốc nước vào trong ngăn làm đá của tủ lạnh để làm lạnh nước trong cốc Người đó thấy nước trong cốc giảm nhiệt độ từ 91°C đến 89°C sau 3 phút và giảm từ 31°C đến 29°C sau 6 phút Hỏi sau bao lâu nước trong cốc giảm từ 11°C đến 9°C và từ 1°C đến 1 C  Biết rằng công suất tỏa nhiệt của nước trong cốc tỉ lệ với hiệu nhiệt độ trung bình giữa nước trong cốc và môi trường Cho biết nhiệt dung riêng của nước và nước đá là cn = 4,2 kJ/kg.K và cđ = 2,1 kJ/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước đá là  = 336 kJ/kg Bỏ qua nhiệt dung riêng của cốc

Bài 2

Người ta buộc một khối nước đá có khối lượng M = 6,8 kg và ở nhiệt độ t1= 20 C  vào một vật nặng bằng chì có khối lượng m ở nhiệt độ t2= 0°C, rồi sau đó thả cả hai vật vào một thùng nước lớn ở 0°C Người ta thấy ban đầu khối nước đá và vật nặng chìm xuống nhưng sau một thời gian đủ dài chúng lại bắt đầu nổi lên Cho biết: Khối lượng riêng của chì, nước đá và nước lần lượt là Dc = 11 g/cm3, Dđ= 0,9 g/cm3và Dn

= 1 g/cm3, nhiệt dung riêng của nước đá là cđ = 2,1 J/g.K, nhiệt nóng chảy của nước

đá  = 340 J/g

a) Giải thích hiện tượng và tính khối lượng nước đóng băng khi cân bằng nhiệt được thiết lập

b) Khối lượng của m phải nằm trong khoảng giá trị nào để hiện tượng trên xảy ra Bài 3

Một bình cách nhiệt chứa nước ở nhiệt độ ban đầu là t0= 40°C Có n viên bi kim loại giống hệt nhau được giữ cố định ở cùng một nhiệt độ T = 120°C trong suốt quá trình thí nghiệm Thả vào bình một viên bi thứ nhất, nhiệt độ của nước khi cân bằng là t1= 44°C Tiếp theo gắp viên bi thứ nhất đã cân bằng nhiệt với bình nước ra ngoài rồi đưa vào một viên bi thứ hai Sau khi cân bằng nhiệt, gắp viên bi thứ hai ra, lặp đi lặp lại đúng quá trình như trên với các viên bi thứ ba, thứ tư,… Trong quá trình trên chỉ có

sự trao đổi nhiệt giữa viên bi và nước trong bình

a) Gọi q1, q2 là nhiệt lượng cần cung cấp để một viên bi, bình nước tăng thêm 1°C Xác lập mối liên hệ giữa q1với q2

b) Thả tới viên thứ n, xác định nhiệt độ cân bằng tn của nước trong bình biết tn< 100°C

c) Khi thả tới viên thứ bao nhiêu thì nước trong bình bắt đầu sôi?

Bài 4

Một bình nhiệt lượng kế bằng nhôm có khối lượng m (kg) ở nhiệt độ t1 = 23°C, đổ vào nhiệt lượng kế m (kg) nước ở nhiệt độ t2 Khi có cân bằng nhiệt, nhiệt độ của nước giảm đi 9°C Tiếp tục đổ thêm vào nhiệt lượng kế 2m (kg) chất lỏng khác (không tác dụng hóa học với nước) ở nhiệt độ t3= 45°C thì khi có cân bằng nhiệt lần thứ hai, nhiệt độ của hệ lại giảm đi 10°C so với nhiệt độ cân bằng lần thứ nhất

1 Bỏ qua mất mát nhiệt, hãy tìm nhiệt dung riêng chất lỏng đã đổ thêm vào nhiệt lượng kế Biết nhiệt dung riêng của nhôm và nước lần lượt là c1= 900 J/kg.K và c2=

4200 J/kg.K

2 Sau khi đổ m (kg) nước vào nhiệt lượng kế và để nhiệt độ khi cân bằng là t°C, người ta để bình vào môi trường có nhiệt độ t0và đưa vào bình một dây đốt nóng Khi

dây đốt nóng hoạt động với công suất P (W) thì nhiệt độ của bình nước được ổn định

là t°C, nếu tăng công suất dây đốt nóng lên 20% thì nhiệt độ của bình được giữ ổn định ở nhiệt độ ban đầu của nước ngay trước khi đổ vào bình Biết rằng công suất truyền nhiệt giữa bình và môi trường tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ giữa chúng

a) Giải thích tại sao khi dùng dây đốt nóng với công suất P thì nhiệt độ của bình nước chỉ ổn định ở t°C mà không tăng và tính nhiệt độ của môi trường t0

b) Nếu không đốt nóng bình nước ngay sau khi đưa bình ra ngoài môi trường có nhiệt

độ t0 thì sau bao lâu bình nước không trao đổi nhiệt với môi trường? Coi rằng sự tỏa nhiệt ra môi trường tỉ lệ thuận với thời gian Cho m = 1 (kg) và P = 0,9 (kW)

BÀI 5

Có hai cốc: một cốc chứa nước trà tan có khối lượng m1ở nhiệt độ là t1 45 C, cốc thứ hai chưa nước tinh khiết có khối lượng m2 ở nhiệt độ t2  5 C Để làm nguội nước trà trong cốc thứ nhất, người ta đổ một khối lượng nước trà m từ cốc thứ nhất sang cốc thứ hai, sau khi khuấy đều cho cân bằng thì đổ trở lại cốc thứ nhất cũng một khối lượng m Kết quả là hiệu nhiệt độ ở hai cốc   t0 15 C, còn nồng độ trà ở cốc thứ nhất gấp k = 2,5 lần ở cốc thứ hai Tìm 1

1

m x m



 và 2

2

m x

m



 Nếu tăng m thì

sự chênh lệch nồng độ và nhiệt độ giữa hai cốc sau khi pha tăng hay giảm? Trong bài toán này khối lượng trà là nhỏ so với khối lượng nước nên có thể coi khối lượng của nước trà bằng khối lượng nước hòa tan trà, nước trà và nước có nhiệt dung riêng như nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của nước, nước trà với cốc và với môi trường ngoài