Hoạt động mở đầu (trang 29) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng là các đại lượng vật lí đặc trưng cho mỗi chất khi trao đổi nhiệt và chuyển giữa các thể. Giá trị của các đại lượng trên được các nhà khoa học xác định thông qua thực nghiệm. Vậy các đại lượng trên được đo như thế nào thông qua các dụng thí nghiệm đơn giản ở trường phổ thông?
Trả lời:
- Đo bằng cách thực hiện các thí nghiệm đo nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng thông qua mối liên hệ của chúng đối với các đại lượng khác.
1. Thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước
Câu hỏi 1 (trang 30) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy để xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước theo các gợi ý sau:
- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiền hành thí nghiệm.
- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.
Trả lời:
- Đại lượng cần đo:
+ Khối lượng nước nóng (m1)
+ Khối lượng nước lạnh (m2)
+ Nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t1)
+ Nhiệt độ ban đầu của nước lạnh (t2)
+ Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (t)
- Cách bố trí thí nghiệm:
+ Cho nước nóng vào bình cách nhiệt.
+ Đặt nhiệt kế vào bình cách nhiệt và đo nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t1).
+ Cân m1 gam nước nóng.
+ Cho nước lạnh vào nhiệt lượng kế.
+ Đặt nhiệt kế vào nhiệt lượng kế và đo nhiệt độ ban đầu của nước lạnh (t2).
+ Cân m2 gam nước lạnh.
+ Đổ nhanh nước nóng vào nhiệt lượng kế, khuấy đều và ghi lại nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp.
- Cách tiến hành thí nghiệm:
+ Rửa sạch và lau khô các dụng cụ.
+ Chuẩn bị nước nóng và nước lạnh.
+ Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ
+ Thực hiện các bước đo theo hướng dẫn.
+ Ghi chép cẩn thận các kết quả đo.
- Dự kiến kết quả:
+ Nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp nằm giữa t1 và t2.
+ Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà nước lạnh thu vào.
Câu hỏi 2 (trang 31) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt dung riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 3.1 (trang 23).
Đề xuất phương án khắc phục sai số:
- Thao tác thực hiện thí nghiệm chính xác.
- Kiểm tra các thiết bị dụng cụ thí nghiệm đảm bảo tối đa không có sự thất thoát nhiệt lượng ra ngoài.
Vận dụng (trang 31) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Đề xuất phương án và thực hiện phương án đo nhiệt dung riêng của một khối kim loại (đồng hoặc nhôm) bằng các dụng cụ thông dụng ở phòng thí nghiệm.
Lời giải:
* Dụng cụ:
- Nhiệt lượng kế
- Cân
- Nhiệt kế
- Nước nóng
- Khối kim loại
- Bình cách nhiệt\
- Giá đỡ
- Đồng hồ bấm giây
* Đại lượng cần đo:
- Khối lượng nước nóng (m₁)
- Khối lượng kim loại (m₂)
- Nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁)
- Nhiệt độ ban đầu của kim loại (t₂)
- Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (t)
* Cách bố trí thí nghiệm:
- Cho nước nóng vào bình cách nhiệt.
- Đặt nhiệt kế vào bình cách nhiệt và đo nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁).
- Cân m₁ gam nước nóng.
- Đặt khối kim loại vào giá đỡ.
- Đun nóng kim loại đến nhiệt độ t₂ (có thể sử dụng đèn cồn hoặc bếp điện).
- Cân m₂ gam kim loại.
- Đổ nhanh kim loại vào bình cách nhiệt, khuấy đều và ghi lại nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp.
* Cách tiến hành thí nghiệm:
- Rửa sạch và lau khô các dụng cụ.
- Chuẩn bị nước nóng và đun nóng kim loại.
- Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ.
- Thực hiện các bước đo theo hướng dẫn.
- Ghi chép cẩn thận các kết quả đo.
* Dự kiến kết quả:
- Nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp nằm giữa t₁ và t₂.
- Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà kim loại thu vào.
2. Thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá
Câu hỏi 3 (trang 32) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy để xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo các gợi ý sau:
- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.
- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.
Trả lời:
- Dụng cụ:
+ Nhiệt lượng kế
+ Cân
+ Nhiệt kế
+ Nước nóng
+ Khối kim loại
+ Bình cách nhiệt
+ Giá đỡ
+ Đồng hồ bấm giây
- Đại lượng cần đo:
+ Khối lượng nước nóng (m1)
+ Khối lượng kim loại (m2)
+ Nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t1)
+ Nhiệt độ ban đầu của kim loại (t2)
+ Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (t)
- Cách bố trí thí nghiệm:
+ Cho nước nóng vào bình cách nhiệt. Đặt nhiệt kế vào bình cách nhiệt và đo nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t1). Cân m1 gam nước nóng. Đặt khối kim loại vào giá đỡ.
+ Đun nóng kim loại đến nhiệt độ t2 (có thể sử dụng đèn cồn hoặc bếp điện). Cân m2 gam kim loại. Đổ nhanh kim loại vào bình cách nhiệt, khuấy đều và ghi lại nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp.
- Cách tiến hành thí nghiệm:
+ Rửa sạch và lau khô các dụng cụ.
+ Chuẩn bị nước nóng và đun nóng kim loại.
+ Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ.
+ Thực hiện các bước đo theo hướng dẫn.
+ Ghi chép cẩn thận các kết quả đo.
- Dự kiến kết quả:
+ Nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp nằm giữa t1 và t2. Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà kim loại thu vào.
Câu hỏi 4 (trang 33) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt nóng chảy riêng của nước đá vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.2 (trang 11).
Đề xuất phương án khắc phục:
- Thực hiện thao tác chính xác
- Kiểm tra các dụng cụ để đảm bảo tối đa không có sự mất mát nhiệt lượng
3. Thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước
Câu hỏi 5 (trang 34) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước theo các gợi ý sau:
- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.
- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.
Trả lời:
* Dụng cụ:
+ 1 chiếc cân điện tử có độ chia nhỏ nhất 0,01 g.
+ 1 ấm đun nước siêu tốc (loại 1,8 lít).
+ 1 đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất 0,01 s.
+ 1 chai nước ở nhiệt độ phòng.
* Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1:
+ Điều chỉnh đơn vị đo của cân là g. Đặt ấm đun lên đĩa cân (Hình 1.3), hiệu chỉnh cân về số 0,00.
+ Nhấc ấm đun khỏi đĩa cân, rót nước từ từ vào ấm đun đến giá trị khoảng 320,00 g.
- Bước 2: Đặt ấm đun chứa nước lên đĩa cân, bật công tắc để bắt đầu đun nước. Khi nước vừa sôi, mở nắp ấm đun để nước bay hơi. Khi thấy cân điện tử chỉ 300,00 g thì bắt đầu bấm đồng hồ đo thời gian.
- Bước 3:
+ Khi thấy số chỉ trên cân điện tử giảm còn 250,00 g (là khối lượng m của phần nước còn lại trong ấm đun) thì ghi nhận thời gian t và khối lượng ra theo mẫu Bảng 4.3.
+ Lặp lại phép đo t và m khi số chỉ trên cân điện tử lần lượt giảm còn 200,00 g và 150,00 g.
* Báo cáo kết quả thí nghiệm: Tính giá trị của đại lượng trong mỗi lần đo, từ đó tính giá trị trung bình của đại lượng này.
Câu hỏi 6 (trang 34) Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 4: Để xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt hóa hơi riêng của nước vừa đo được với giá trị trong bảng 1.4 (trang 13)
Trả lời:
- Phương án khắc phục sai số: giảm thiểu sai số ngẫu nhiên, khắc phục sai số hệ thống