Giải SGK Vật Lí 12 Cánh diều Bài tập chủ đề 1

Bài tập 1: Với cùng một chất, quá trình chuyển thể nào sẽ làm giảm lực tương tác giữa các phân tử nhiều nhất?

A. Nóng chảy.

B. Đông đặc.

C. Hoá hơi.

D. Ngưng tụ.

Đáp án: C. Hóa hơi

Khi chất chuyển từ thể rắn sang thể lỏng (nóng chảy) hoặc từ thể lỏng sang thể rắn (đông đặc), khoảng cách giữa các phân tử thay đổi nhưng không đáng kể.

Tuy nhiên, khi chất chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hoá hơi) hoặc từ thể khí sang thể lỏng (ngưng tụ), khoảng cách giữa các phân tử tăng lên đáng kể.

Bài tập 2: Phát biểu nào sau đây về nội năng là không đúng?

A. Nội năng là một dạng năng lượng.

B. Nội năng là nhiệt lượng.

C. Nội năng của một vật có thể tăng hoặc giảm.

D. Nội năng có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác.

Đáp án: B. Nội năng là nhiệt lượng.

Bài tập 3: Mô tả những thay đổi về động năng của các phân tử và nội năng của hệ trong các trường hợp sau:

a) Một tảng băng đang tan ở 0 °C.

b) Lượng nước tan ra từ tảng băng và nhiệt độ tăng từ 0 °C đến 20 °C.

Lời giải:

a) Động năng của các phân tử nước tăng lên.

- Nội năng của hệ tăng lên.

- Nhiệt độ không thay đổi.

b) Động năng của các phân tử nước tiếp tục tăng lên.

- Nội năng của hệ tiếp tục tăng lên.

- Nhiệt độ tăng lên.

Bài tập 4: Thực hiện công 100 J để nén khí trong một xilanh thì khi truyền ra môi trường xung quanh nhiệt lượng là 20 J. Xác định độ thay đổi nội năng của khí trong xilanh.

Lời giải:

- Khí nhận công nên A > 0, truyền nhiệt lượng ra môi trường xung quanh lên Q < 0.

- Độ tăng nội năng của khối khí: ΔU = A + Q = 100 – 20 = 80 J.

Bài tập 5: Một bình chứa carbon dioxide (CO₂) ở nhiệt độ phòng và áp suất 20 atm (áp suất không khí trong phòng là 1 atm) Để quan sát hiện tượng khối khí CO₂ giảm nhiệt độ và hóa rắn khi phun ra khỏi bình, người ta dặt một miếng vải ở miệng ống xả của bình chứa và mở van thì thấy CO₂ rắn (có nhiệt độ thấp) được hình thành trên miếng vải. Hiện tượng khối khí biển đổi trực tiếp thành chất rắn như CO₂ trong hiện tượng này được gọi là sự ngưng kết. Hãy vận dụng định luật 1 nhiệt động lực học để giải thích vì sao CO₂ khi phun ra lại giảm nhiệt độ.

Lời giải:

- Khi CO₂ ở trong bình:

+ CO₂ ở thể khí, có áp suất cao (20 atm).

+ Nội năng của CO₂ (U₁) cao do:

Năng lượng động của các phân tử CO₂ cao (do chuyển động nhanh).

Năng lượng liên kết giữa các phân tử CO₂ cao (do ở trạng thái khí).

- Khi CO₂ phun ra khỏi bình:

+ CO₂ di chuyển từ môi trường áp suất cao (trong bình) sang môi trường áp suất thấp (bên ngoài).

+ Do chênh lệch áp suất, CO₂ tự nở ra nhanh chóng.

+ Quá trình nở ra này không có trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (Q = 0).

+ Công thực hiện bởi hệ (A) là âm. Lý do:

Hệ (CO₂) tự nở ra, đẩy piston (miệng bình) ra ngoài.

Theo định nghĩa công, A = F.s, với F là lực đẩy của CO₂ và s là quãng đường di chuyển của piston.

Vì CO₂ đẩy piston ra ngoài, nên F hướng ra ngoài và s > 0.

Do đó, A = F.s < 0.

- Giải thích sự giảm nhiệt độ:

+ Theo định luật 1 nhiệt động lực học: ΔU = Q + A = 0 + A < 0

+ Do Q = 0 và A < 0, nên ΔU < 0.

+ Nội năng của CO₂ giảm (U₂ < U₁).

+ Sự giảm nội năng dẫn đến giảm nhiệt độ của CO₂.

- Lý do:

+ Năng lượng động của các phân tử CO₂ giảm do chúng di chuyển chậm lại.

+ Năng lượng liên kết giữa các phân tử CO₂ giảm do CO₂ chuyển từ thể khí sang thể rắn.

- Kết luận:

Sự giảm nhiệt độ của CO₂ khi phun ra khỏi bình là do sự giảm nội năng của CO2. Nguyên nhân của sự giảm nội năng này là do công thực hiện bởi hệ (CO₂) khi nở ra nhanh chóng trong môi trường áp suất thấp.

Bài tập 6: Hoàn thành bảng ghi nhiệt độ các điểm nóng chảy và sôi (ở áp suất không khí tiêu chuẩn) của các vật liệu khác nhau theo nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin.

Lời giải:

Bài tập 7: Đối với mỗi công việc dưới đây, hãy xác định giới hạn đo của loại nhiệt kế phù hợp:

a) Người làm vườn đo nhiệt độ trong nhà kính.

b) Một kĩ sư lập bản đồ nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong lò nung kim loại.

c) Một kĩ thuật viên theo dõi nhiệt độ trong dây chuyền hóa lỏng hydrogen.

Lời giải:

a) Loại nhiệt kế phù hợp là nhiệt kế thủy ngân có giới hạn đo từ -30°C đến 130°C.

- Lý do:

+ Nhiệt kế thủy ngân có độ chính xác cao và dễ đọc.

+ Giới hạn đo của nhiệt kế thủy ngân phù hợp với mức nhiệt độ trong nhà kính.

b) Loại nhiệt kế phù hợp là nhiệt kế cặp nhiệt điện có giới hạn đo từ -270°C đến 2300°C.

- Lý do:

+ Nhiệt kế cặp nhiệt điện có thể đo nhiệt độ cao.

+ Nhiệt kế cặp nhiệt điện có thể đo nhiệt độ tại nhiều vị trí khác nhau trong lò nung kim loại.

c) Loại nhiệt kế phù hợp là nhiệt kế điện trở có giới hạn đo từ -270°C đến 660°C.

- Lý do:

+ Nhiệt kế điện trở có thể đo nhiệt độ thấp.

+ Nhiệt kế điện trở có độ chính xác cao và ổn định.

Bài tập 8: So sánh nhiệt dung riêng của thịt và của khoai tây, biết rằng khi cùng múc ra từ nồi canh hầm thì miếng thịt nguội nhanh hơn miếng khoai tây cùng khối lượng.

Lời giải:

Vật có nhiệt dung riêng nhỏ hơn thì sẽ nhanh nóng và nhanh nguội hơn. Nếu miếng thịt nhanh nguội hơn miếng khoai tây thì chứng tỏ miếng thị có nhiệt dung riêng nhỏ hơn của khoai tây.

Bài tập 9: Người ta thực hiện thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng của đồng với một miếng đồng kim loại có khối lượng 850 g. Lúc đầu, nhiệt độ của miếng đồng là 12 °C. Ghi lại thời gian từ khi bật bộ phận đốt nóng đến khi nhiệt độ miếng đồng tăng tới 30 °C. Sau đó, miếng đồng được làm nguội về nhiệt độ ban đầu và thí nghiệm được lặp lại nhưng thay đổi công suất đốt nóng. Kết quả đo được như sau:

Theo kết quả của thí nghiệm này, nhiệt dung riêng của đồng là bao nhiêu?

Lời giải:

Nhiệt dung riêng của đồng là: $c=\frac{Q}{m.\Delta T}=\frac{P.t}{m.\Delta T}=\frac{40.146}{0,85.(30-12)}=393,3J/kg.K$

Bài tập 10: Một ấm đun nước có công suất 500 W chứa 300 g nước ở 20 °C. Cho nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước lần lượt là 4 180 J/kg.K và 2,0.106 J/kg.

a) Tính thời gian cần thiết để đun nước trong ấm đạt đến nhiệt độ sôi.

b) Sau khi nước đến nhiệt độ sôi, người ta để ấm tiếp tục đun nước sôi trong 2 phút. Tính khối lượng nước còn lại trong ấm và chỉ rõ điều kiện để thực hiện các tính toán đó.

Lời giải:

a) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước đến nhiệt độ sôi:

 Q₁=mc.Δt=0,3.4180.(100−20)=100320J

Thời gian cần thiết để đun sôi nước: $t=\frac{Q}{P}=\frac{100320}{500}=200,64s=3,3$ phút

b) Nếu tiếp tục đun trong 2 phút thì nhiệt lượng bếp cung cấp cho nước là: Q'=P.t=500.2.60=60000J

Nhiệt lượng này làm bay hơi một khối lượng nước là:  $m=\frac{Q'}{L}=\frac{60000}{2.10^{6}}=0,03kg=30g$

Khối lượng nước còn lại: m’ = 300 – 30 = 270 g.