GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 10 CƠ BẢN CHƯƠNG 6

* Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng.. Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt.. Giải Chọn đáp án : A vì trong qu

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 10 CƠ BẢN – CHƯƠNG 6

Bài 32: NỘI NĂNG VÀ SỰ BIẾN THIÊN NỘI NĂNG

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

* Trong nhiệt động lực học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật

* Có thể làm thay đổi nội năng bằng các quá trình thực hiện công, truyền nhiệt

* Số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt là nhiệt lượng

* Nhiệt lượng mà một lượng chất rắn hoặc lỏng thu vào hay tỏa ra khi thay đổi nhiệt độ được tính bằng công thức:

Q mc t 

Với   t t2 t1

* t2 > t1 suy ra: t2 – t1 > 0: thu nhiệt

* t2 < t1 suy ra: t2 – t1 < 0: tỏa nhiệt

B BÀI TẬP CĂN BẢN

1 Nội năng của một vật là

A tổng động năng và thế năng của vật

B tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật

C tổng nhiệt lượng và cơ năng mà vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt và thực hiện công

D nhiệt lượng vật nhận được trong quá trình truyền nhiệt

Chọn đáp án đúng

Giải

Cho đáp án : B

2 Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng ?

A Nội năng là một dạng năng lượng

B Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

C Nội năng là nhiệt lượng

D Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi

Giải

Chọn đáp án : C

3 Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng ?

A Nhiệt lượng là số đo độ tăng nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt

B Một vật lúc nào cũng có nội năng, do đó lúc nào cũng có nhiệt lượng

C Đơn vị của nhiệt lượng cũng là đơn vị của nội năng

D Nhiệt lượng không phải là nội năng

Giải

Chọn đáp án : B

4 Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 200C Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg đã được nung nóng tới 750C 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 0,92.103

J/kgK, của nước là 4,18.103 J/kgK, của sắt là 0,46.103 J/kgK

Giải

Gọi t là nhiệt độ khi hệ cân bằng nhiệt lượng tỏa ra của sắt :

2.10 0, 46.10 (75 ) 92(75 )

toa

Nhiệt lượng thu vào của thành bình nhôm và của nước :

5.10 0,92.10 ( 20 ) 0,118.4180( 20)

thu

=(t-20)(460+493,24)=953,24(t-20)

Khi hệ thống cân bằng nhiệt, ta có : Qtoa = Qthu

92(750 – t) = 953,24(t – 20)

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 10 CƠ BẢN – CHƯƠNG 6

1045,24t = 25964,8 Suy ra : t = 24,840C

Vậy nhiệt độ sau cùng của nước khi có sự cân bằng nhiệt là t = 24,840C

5 Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước ở nhiệt độ 8,40C Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g đã nung nóng tới 1000C 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 21,50C Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.103 J/kgK Lấy

cH2O = 4200 J/kgK

Giải

Nhiệt lượng mà nhiệt lượng kế và nước hấp thụ

Q1 = (21,5 – 8,4)(0,128.0,128.103 + 0,21.4200)

= 13,1.898,384 = 11768,83 J

Nhiệt lượng do miếng kim loại tỏa ra

Q2 = 0,192c(1000 – 21,50) = 15,072c J

Khi hệ thống cân bằng nhiệt, ta có :

Q1 = Q2 Suy ra : 15,072c = 11768,83

c = 780 J/kgK

Vậy nhiệt dung riêng của miếng kim loại là c = 780 J/kgK

Bài 33 : CÁC NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

* Nguyên lý I nhiệt động lực học : U  A Q

Với quy ước : Q > 0 : vật nhận nhiệt lượng từ vật khác

Q < 0 : vật truyền nhiệt cho vật khác

A > 0 : vật nhận công từ vật khác

A < 0 : vật thực hiện công lên vật khác

* Hiệu suất của động cơ nhiệt :

H

  

B BÀI TẬP CĂN BẢN

1 Trong các hệ thức sau, hệ thức nào diễn tả quá trình nung nóng khí trong một bình kín khi bỏ qua sự

nở vì nhiệt của bình ?

A U A B U Q A  C U  0 D U Q

Giải

Chọn đáp án : D (quá trình nung nóng, vật nhận nhiệt để làm tăng nội năng của khí)

2 Trong quá trình chất khí nhận nhiệt và sinh công thì Q và A trong hệ thức : U  A Q phải có giá trị nào sau đây ?

A Q < 0 và A > 0 B Q > 0 và A > 0 C Q > 0 và A < 0 D Q < 0 và A < 0

Giải

Chọn đáp án : C (vật nhận nhiệt thì Q > 0 và sinh công thì A < 0

3 Trường hợp nào sau đây ứng với quá trình đẳng tích khi nhiệt độ tăng ?

A U Q Q , 0 B U Q A A  , 0

C U Q A A  , 0 D U Q A Q  , 0

Giải

Chọn đáp án : A (vì trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ để làm tăng nội năng của khí)

4 Người ta thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh Tính độ biến thiên nội năng của khí, biết

khí truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng 20 J

Giải

Độ biến thiên nội năng của khí : U  A Q100 20 80  J

(Do khí truyền nhiệt ra bên ngoài nên Q < 0)

5 Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng 100 J Khí nở ra thực hiện công 70 J đẩy pitton lên.

Tính độ biến thiên nội năng của khí

Giải

Khí trong xilanh nhận nhiệt lượng suy ra : Q > 0

Khí thực hiện công suy ra : A < 0

Độ biến thiên nội năng của khối khí trong xilanh

100 70 30

     

6 Khi truyền nhiệt lượng 6.106 J cho khí trong một xilanh hình trụ thì khí nở ra đẩy pitton lên làm thể tích của khí tăng thêm 0,50 cm3 Tính độ biến thiên nội năng của khí Biết áp suất của khí là 8.106 N/m2

và coi áp suất này không đổi trong quá trình khí thực hiện công

Giải

Công do khí sinh ra trong quá trình đẳng áp

8.10 5.10 4.10

   

Độ biến thiên nội năng: U  A Q6.106 4.106 2.106 J (Vật nhận nhiệt lượng suy ra: Q > 0, vật thực hiện công suy ra A < 0)

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 10 CƠ BẢN – CHƯƠNG 6

BÀI TẬP BỔ SUNG

1 Một bình nhiệt lượng kế bằng đồng khối lượng 128 g chứa 240 g nước ở nhiệt độ 8,40C Người ta thả vào bình một miếng kim loại khối lượng 192 g đã đun nóng tới 1000C Nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,50C Xác định nhiệt dung riêng của kim loại

Nhiệt dung riêng của đồng: 0,380.103 J/kgK

Nhiệt dung riêng của nước: 4,2.103 J/kgK

(ĐS: 0,921.103 J/kgK)

2 Người ta cung cấp nhiệt lượng 1,5 J cho chất khí ở trong một xi lanh đặt nằm ngang Chất khí nở ra

đẩy pitton đi được một đoạn 5 cm Hỏi nội năng của chất khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu ? Biết lực ma sát giữa pitton và xi lanh có độ lớn bằng 20 N.(ĐS: tăng 0,5 J)

3 Lò đốt nồi hơi của một máy hơi nước công suất 10 kW tiêu thụ mỗi giờ 10 kg than đá Hơi đi vào xi

lanh có nhiệt độ 2000C và hơi đi ra có nhiệt độ 1000C Tính:

a) Hiệu suất của máy hơi nước (ĐS: 10%)

b) Hiệu suất của một động cơ nhiệt lí tưởng làm việc với hai nhiệt độ trên (ĐS: 20%)

Năng suất tỏa nhiệt của than đá là 35.106 J/kg

4 Một bình bằng nhôm khối lượng 0,5 kg đựng 0,118 kg nước ở nhiệt độ 200C Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg đã được đun nóng tới 750C Xác định nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường chung quanh

Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.103 J/kgK, của nước là 4,19.103 J/kgK và của sắt là 0,46.103 J/kgK (ĐS: 250C)

5 Người ta bỏ một miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50 g ở nhiệt độ 1360C vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung (nhiệt lượng cần thiết để làm vật nóng thêm lên 10C) là 50 J/0 chứa 100 g nước

ở 140C Xác định khối lượng kẽm và chì trong miếng hợp kim trên biết nhiệt độ cuối trong nhiệt lượng

kế là 180C Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường chung quanh Nhiệt dung riêng của kẽm là 0,377.103 J/kgK, của chì là 0,126.103 J/kgK (ĐS: 38 g; 12 g)

6 Một bình nhiệt lượng kế chứa 400 g nước ở nhiệt độ 100C Người ta thả vào bình một miếng nhôm khối lượng 68 g ở nhiệt độ 1000C Nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là 130C Hỏi về phương diện hấp thụ nhiệt thì nhiệt lượng kế tương đương với bao nhiêu gam nước ? Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường chung quanh Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,21 cal/g.0, của nước là 1 cal/g.0 (ĐS: 14,12 g)

7 Một viên đạn đại bác 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 bằng bao nhiêu calo ? (ĐS: 270 cal)

8 Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nẩy lên được 7 m Tại sao nó

không nẩy lên được tới độ cao ban đầu ? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng, sân và không khí (ĐS: 2,94 J)

9 Người ta cung cấp nhiệt lượng 100 J cho chất khí trong xi lanh Chất khí nở ra đẩy pitton lên và thực

hiện một công 70 J Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu ? (ĐS: 30 J)

10 Chứng minh rằng nhiệt dung riêng của chất khí trong quá trình đẳng áp Cp lớn hơn nhiệt dung riêng trong quá trình đẳng tích CV

HD: Trong quá trình đẳng tích:

0 0;

U

C m T U và C

m T

    



  



(1)

Trong quá trình đẳng áp:

0 0;

    

p

C m T U A

P

U A

C

m T

 



Từ (1) và (2) rút ra Cp > CV

11* Nhờ truyền nhiệt mà 2 g khí hidro ở nhiệt độ 270C giãn nở và tăng thể tích lên gấp đôi trong khi

áp suất không thay đổi Tính:

a) Công chất khí thực hiện được (ĐS: 2490 J)

b) Nhiệt lượng đã truyền cho khí (ĐS: 8580 J)

c) Độ biến thiên nội năng của khí (ĐS: 6090 J)

Biết nhiệt dung riêng của hidro, trong quá trình đẳng áp là Cp = 14,3.103 J/kg.0

12* Một xi lanh tiết diện S = 20 cm2 được đặt thẳng đứng và chứa khí Pitton của xi lanh có trọng lượng P = 20 N và có thể chuyển động không ma sát đối với xi lanh Thể tích và nhiệt độ ban đầu của khí trong xi lanh là V0 = 1,12 lít và t0 = 00C

Hỏi phải cung cấp cho khí một nhiệt lượng bằng bao nhiêu để nhiệt độ của khí tăng lên 200C trong khi

áp suất của khí không đổi Biết khi thể tích khí không đổi muốn nâng nhiệt độ của khí lên thêm 10C cần một nhiệt lượng 5 J Coi áp suất khí quyển là 105 N/m2 và quá trình giãn khí diễn ra chậm và đều (ĐS: 108,8 J)

13 Khi làm việc khí được tạo thành trong xi lanh của một động cơ đốt trong có nhiệt độ t1 = 7270C Sau khi thực hiện công khí thoát ra có nhiệt độ t2 = 1000C Động cơ nhiệt tiêu thụ mỗi giờ 36 kg nhiên liệu có năng suất tỏa nhiệt là 43.106 J/kg Hỏi động cơ có thể đạt công suất cực đại là bao nhiêu ?

(ĐS: 269,61 W)

14* Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu km nếu tiêu

thụ 60 lít xăng ? Biết công suất của động cơ ô tô là 45 kW, hiệu suất của động cơ là 25%, năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3 (ĐS: 161 km)