tài liệu ôn thi học sinh giỏi phần nhiệt học vật lý 8

Hãy tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt ở lần bị bỏ sót không ghi và nhiệt độ của chất lỏng ở bình 1.. giải cho từng trường hợp ở trên Giải: Với chiều dài và tiết diện của thanh là xác đ

TÀI LIỆU ÔN THI HSG PHẦN NHIỆT HỌC VẬT LÝ 8 B.NỘI DUNG

+ Các bài toán về sự trao đổi nhiệt của hai chất và nhiều chất

+ Các bài toán có sự chuyển thể của các chất

+ Các bài toán có sự trao đổi nhiệt với môi trường

+ Các bài toán có liên quan đến công suất tỏa nhiệt của các vật tỏa nhiệt.

+ Các bài toán về sự trao đổi nhiệt qua thanh và qua các vách ngăn

+ Các bài toán liên quan đến năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu

+ Các bài toán đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa các đại lượng đặc trưng

Dạng 1 Tính nhiệt độ của một chất hoặc một hỗn hợp ban đầu khi cân bằng nhiệt

Bài 1 Người ta thả một thỏi đồng nặng 0, 4kg ở nhiệt độ 800c vào 0, 25kg nước ở t o = 180c Hãy xác định nhiệt độ cân bằng Cho c 1= 400 J/kgk c2 = 4200 J/kgk

Giải Gọi nhiệt độ khi cân bằng của hỗn hợp là t Ta có phương trình cân bằng nhiệt của hỗn

hợp như sau

m1.c1.( 80  t) m2.c2(t 18 )

Thay số vào ta có t = 26,20C

Nhận xét Đối với bài tập này thì đa số học sinh giải được nhưng qua bài tập này thì giáo

viên hướng dẫn học sinh làm đối với hỗn hợp 3 chất lỏng và tổng quát lên n chất lỏng

Bài 2 Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hoá học với nhau có khối lượng lần

lượt là: m1 1kg,m2  2kg,m3  3kg.Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là

c t

kgk j c

c t

kgk j c

c t

kgk

j

3 3

0 2 2

0 1

1  2000 / ,  10 ,  4000 / ,  10 ,  3000 / ,  50 Hãy tính nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng

Tương tự bài toán trên ta tính ngay được nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng là t

t =

3 3 2 2 1

1

3 3 3 2 2 2 1

1

1

.

.

.

.

.

c m c m c

m

t c m c t m t

Từ đó ta có bài toán tổng quát như sau

Bài 3 Một hỗn hợp gồm n chất lỏng có khối lượng lần lượt là m1 ,m2 , m nvà nhiệt dung riêng của chúng lần lượt là c1,c2 c nvà nhiệt độ là t1,t2 t n Được trộn lẩn vào nhau Tính nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt

Hoàn toàn tương tự bài toán trên ta có nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt là

t =

n n

n n n

c m c

m c m c m

c t m t

c m c t m t c m

.

.

.

.

3 3 2 2 1 1

3 3 3 2 2 2 1 1 1

Dạng 2 Biện luận các chất có tan hết hay không trong đó có nước đá

Đối với dạng toán này học sinh hay nhầm lẫn nên giáo viên phải hướng dẫn hết sức tỷ mỷ để học sinh thành thạo khi giải các bài tập sau đây là một số bài tập

 và nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.k

Nhận xét Đối với bài toán này thông thường khi giải học sinh sẽ giải một cách đơn giản vì

khi tính chỉ việc so sánh nhiệt lượng của nước đá và của nước

Giải Gọi nhiệt lượng của nước là Q ttừ 200C về 00C và của nước đá tan hết là Q thu ta có

Bài 5 Trong một bình có chứa m1 2kgnước ở t 0c

1  25 Người ta thả vào bình m2kg nước

đá ở t2=  20 0c Hảy tính nhiệt độ chung của hỗn hợp khi có cân bằng nhiệt trong các

trường hợp sau đây:

Cho nhiệt dung riêng của nước, của nước đá và nhiệt nóng chảy của nước đá lần lượt là

kg kj kgk

kj c

kgk

kj

c1 4 , 2 / ; 2  2 , 1 / ,   340 /

Nhận xét Đối với bài toán này khi giải học sinh rất dể nhầm lẫn ở các trường hợp của nước

đá Do vậy khi giải giáo viên nên cụ thể hoá các trường hợp và phân tích để cho học sinh thấy

rõ và tránh nhầm lẫn trong các bài toán khác

Giải

Nếu nước hạ nhiệt độ tới 00c thì nó toả ra một nhiệt lượng

kj t

t o

m t

m c t

m

c1. 1(  0 )  2 2( 0  2)   x x  0 , 5

Khối lượng nước có trong bình: m n m1m x  2 , 5kg

Khối lượng nước đá còn lại m d m2 m x  0 , 5kg

b) m2  0 , 2kg : tính tương tự như ở phần a

j m

Q j t

m

c

Q2  2 2( 0  2)  8400 ; '2  2  68000

0 (

Khối lượng nước trong bình: m n m1m2 2 , 2kg

Khối lượng nước đá m d O

c) m2  6kg

kj t

Q  : nước hạ nhiệt độ tới Oocvà bắt đầu đông đặc

- Nếu nước đông đặc hoàn toàn thì nhiệt lượng toả ra là:

Q'1 m1  680kj

1

1

2Q 'Q

Q  : nước chưa đông đặc hoàn toàn, nhiệt độ cân bằng là ooc

- Khối lượng nước đá có trong bình khi đó:

a) Nước đá có tan hết hay không

b) Tính nhiệt độ cuối cùng của nhiệt lượng kế Cho biết nhiệt dung riêng của nước đá là



d

c 2100J/kgk và nhiệt nóng chảy của nước đá là   336 10 3 j/kgk.

Bài 7 Trong một nhiệt lượng kế có chứa 1kg nước và 1kg nước đá ở cùng nhiệt độ O0c, người ta rót thêm vào đó 2kg nước ở 500C Tính nhiệt độ cân bằng cuối cùng

Đáp số : Bài 6 a) nước dá không tan hết

b) 00C

Bài 7 t = 4,80C

Dạng 3: Tính nhiệt lượng hoặc khối lượng của các chất trong đó không có (hoặc có) sự

mất mát nhiệt lượng do môi trường

Bài 8 Người ta đổ m1  200g nước sôi có nhiệt độ 1000c vào một chiếc cốc có khối lượng



2

m 120g đang ở nhiệt độ t2= 200C sau khoảng thời gian t = 5’, nhiệt độ của cốc nước bằng

400C Xem rằng sự mất mát nhiệt xảy ra một cách đều đặn, hảy xác định nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh trong mỗi giây Nhiệt dung riêng của thuỷ tinh là c2= 840J/kgk

Do đó nhiệt lượng toả ra: Q = Q 1 Q2 = 26784 J

Công suất toả nhiệt trung bình của cốc nước bằng

N = Q T 26784300s j = 89,28J/s

Bài 9 Một thau nhôm khối lượng 0, 5kg đựng 2kg nước ở 200c

a Thả vào thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ra ở lò Nước nóng đến 21,20C Tìm nhiệt độ của bếp lò Biết nhiệt dung riêng của nhôm, nước, đồng lần lượt là

kgk j c

kgk j c

kgk

j

c1 880 / ; 2  4200 / ; 3  380 / Bỏ qua sự toả nhiệt ra môi trường

b Thực ra trong trường hợp này, nhiệt toả ra môi trường là 10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước Tính nhiệt độ thực sự của bếp lò

c Nếu tiếp tục bỏ vào thau nước một thỏi nước đá có khối lượng 100g ở 00C Nước đá có tan hết không? Tìm nhiệt độ cuối cùng của hệ thống hoặc lượng nước đá còn sót lại nếu không tan hết? Biết nhiệt nóng chảy của nước đá là 3 , 4 10 5 j / kg





Nhận xét: ở bài toán này khi giải cả hai câu a, b thì không phải là khó nhưng so với các bài

toán khác thì bài này có sự toả nhiệt lượng ra môi trường nên khi giải giáo viên cân làm rõ cho học sinh thấy sự toả nhiệt ra môi trường ở đây là đều nên 10% nhiệt toả ra môi trường chính là nhiệt lượng mà nhôm và nước nhận thêm khi đó giải học sinh sẽ không nhầm lẫn được

Giải a) Gọi t0C là nhiệt độ củ bếp lò, cũng là nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng

Nhiệt lượng thau nhôm nhận được để tăng từ t1  200C đến t2 21,20C

) ( 2 1

1

1

1 m c t t

Q   (m1là khối lượng thau nhôm)

Nhiệt lượng nước nhận được để tăng từ t1  200C đến t2 21,20C

) ( 2 1

2

2

2 m c t t

Q   m2là khối lượng nước

Nhiệt lượng đồng toả ra để hạ từ t0C đến t2 21,20C

) ( 2

3

3

3 m c t t

Q   (m3khối lượng thỏi đồng)

Do không có sự toả nhiệt ra môi trường nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

2 3 3 1 2 2 2 1

((

c m

t c m t t c m c

m   

Thay số vào ta được t = 160,780C

b) Thực tế do có sự toả nhiệt ra môi trường nên phương trình cân bằng nhiệt được viết lại

10%(110%( ) () 1,1( ) )

2 1 2

1 3

2 1 2 1 3

Q Q Q

Q Q

Q Q Q

Q Q

2 3 3 1 2 2 2 1

((

c m

t c m t t c m c

m c m

2 , 0

4 20 0 )

1 , 0 2

(

8 80

5 , 0

3 4 00 0

18 9 10 9 )

) (

(

'

"

3 3

2 2

c m

m c

m

Q Q

t

=> t" = 16,60c

Bài 10: Một ấm điện bằng nhôm có khối lượng 0, 5kg chứa 2kg nước ở 25oC Muốn đun

sôi lượng nước đó trong 20 phút thì ấm phải có công suất là bao nhiêu? Biết rằng nhiệt dung

riêng của nước là C = 4200J/kg.K Nhiệt dung riêng của nhôm là C1 = 880J/kg.K và 30%

nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh

Giải: + Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của ấm nhôm từ 25oC tới 100oC là:

b) Sau đó người ta thả vào bình một khối nước đá có khối lượng m3 ở nhiệt độ t 0c

3   5 Khi cân bằng nhiệt thì thấy trong bình còn lại 100g nước đá Tìm m3 cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là c1=880 (J/kgk), của nước là c2= 4200

( J/kgk) của nước đá là c3= 2100(J/kgk), nhiệt nóng chảy của nước đá là  34000 J/kg Bỏqua sự trao đổi nhiệt với môi trường

(Trích đề thi TS THPT chuyên lý ĐHQG Hà Nội - 2002 )

Bài 12 Đun nước trong thùng bằng một dây nung nhúng trong nước có công suất 1, 2kw Sau

3 phút nước nóng lên từ 800C đến 900C.Sau đó người ta rút dây nung ra khỏi nước thì thấy cứsau mỗi phút nước trong thùng nguội đi 1,50C Coi rằng nhiệt toả ra môi trường một cách đều đặn Hãy tính khối lượng nước đựng trong thùng.Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của thùng

Đáp số m = 3,54kg

Dạng 4 Tính một trong các đại lượng m,t, c khi rót một số lần hỗn hợp các chất từ bình

này sang bình khác

- Sự trao đổi nhiệt qua thanh sẽ có một phần nhiệt lượng hao phí trên thanh dẫn nhiệt Nhiệt lượng này tỷ lệ với diện tích tiếp xúc của thanh với môi trường, tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt

độ của thanh dẫn với nhiệt độ môi trường và phụ thuộc vào chất liệu làm thanh dẫn.

- Khi hai thanh dẫn khác nhau được mắc nối tiếp thì năng lượng có ích truyền trên hai thanh

Bài 13 có hai bình cách nhiệt Bình một chứa m1 4kgnước ở nhiệt độ t 0c

1  20 ;bình hai chứa m2  8kgở nhiệt độ t 0c

2  40 Người ta trút một lượng nước m từ bình 2 sang bình 1 Saukhi nhiệt độ ở bình 1 đã ổn định, người ta lại trút lượng nước m từ bính 1 sang bình 2 Nhiệt

độ ở bình 2 khi cân bằng nhiệt là t' 2 = 380C

Hãy tính lượng nước m đã trút trong mỗi lần và nhiệt độ ổn định t' 1 ở bình 1

Nhận xét: Đối với dạng toán này khi giải học sinh gặp rất nhiều khó khăn vì ở đây khối

lượng nước khi trút là m do đó chắc chắn học sinh sẽ nhầm lẫn khi tính khối lượng do vậy giáo viên nên phân tích đề thật kỹ để từ đó hướng dẫn học sinh giải một cách chính xác

Giải: Khi nhiệt độ ở bình 1 đã ổn định sau lần rót thứ nhất tức là đã cân bằng nhiệt nên ta có

phương trình cân bằng nhiệt lần thứ nhất là

Tương tự bài tập trên ta có bài tập sau

Bài 14 Có hai bình cách nhiệt đựng một chất lỏng nào đó Một học sinh lần lượt múc từng ca

chất lỏng từ bình 1 trút sang bình 2 và ghi nhiệt độ lại khi cân bằng nhiệt ở bình 2 sau mỗi lầntrút: 100c, 17,50C, rồi bỏ sót một lần không ghi, rồi 250C Hãy tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt ở lần bị bỏ sót không ghi và nhiệt độ của chất lỏng ở bình 1 coi nhiệt độ và khối lượng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 1 đều như nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường

Nhận xét: Đối với bài toán này khi giải cần chú ý đến hai vấn đề

- Thứ nhất khi tính ra nhiệt độ cân bằng của lần quên ghi này thì nhiệt độ phải bé hơn 250C

- Thứ hai sau mổi lần trút nhiệt độ ở bình hai tăng chứng tỏ nhiệt độ ở bình 1 phải lớn hơn bình 2

Giải Gọi q2là nhiệt dung tổng cộng của chất lỏng chứa trong bình 2 sau lần trút thứ nhất (ở

100C), q là nhiệt dung của mỗi ca chất lỏng trút vào (có nhiệt độ C t1)

và t là nhiệt độ bỏ sót không ghi Phương trình cân bằng nhiệt ứng với 3 lần trút cuối:

) 5 , 17 ( )

Giải hệ phương trình trên ta có t = 220C t1=400C

Bài 15: Trong một bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước và nước đá ở 00C Qua thành bên của bình người ta đưa vào một thanh đồng có một lớp cách nhiệt bao quanh Một đầu của thanh tiếp xúc với nước đá, đầu kia được nhúng trong nước sôi ở áp suất khí quyển Sau thời gian

Td = 15 phút thì nước đá ở trong bình tan hết Nếu thay thanh đồng bằng thanh thép có cùng tiết diện nhưng khác nhau về chiều dài với thanh đồng thì nước đá tan hết sau Tt = 48 phút Cho hai thanh đó nối tiếp với nhau thì nhiệt độ t tại điểm tiếp xúc giữa hai thanh là bao

nhiêu? Xét hai trường hợp:

1/ Đầu thanh đồng tiếp xúc với nước sôi

2/ Đầu thanh thép tiếp xúc với nước sôi

Khi hai thanh nối tiếp với nhau thì sau bao lâu nước đá trong bình tan hết? (giải cho từng trường hợp ở trên)

Giải: Với chiều dài và tiết diện của thanh là xác định thì nhiệt lượng truyền qua thanh dẫn

nhiệt trong một đơn vị thời gian chỉ phụ thuộc vào vật liệu làm thanh và hiệu nhiệt độ giữa hai đầu thanh Lượng nhiệt truyền từ nước sôi sang nước đá để nước đá tan hết qua thanh đồng và qua thanh thép là như nhau Gọi hệ số tỷ lệ truyền nhiệt đối với các thanh đồng và thép tương ứng là Kd và Kt

Ta có phương trình: Q = Kd(t2 - t1)Td = Kt(t2-tt)Tt

Với tV = 100 và t1 = 0 Nên: = = 3,2

Khi mắc nối tiếp hai thanh thì nhiệt lượng truyền qua các thanh trong 1 s là như nhau Gọi nhiệt độ ở điểm tiếp xúc giữa hai thanh là t

Trường hợp 1: Kd(t2-t) = Kt(t - t1) Giải phương trình này ta tìm được t = 760C

Trường hợp 2: Tương tự như trường hợp 1 ta tìm được t = 23,80C

Gọi thời gian để nước đá tan hết khi mắc nối tiếp hai thanh là T

Với trường hợp 1: Q = Kd(t2-t1)Td = Kd(t2-t)T = 63 phút

Tương tự với trường hợp 2 ta cũng có kết quả như trên

Bài 16: Trong một bình có tiết diện thẳng là hình vuông

được chia làm ba ngăn như hình vẽ hai ngăn nhỏ có tiết diện thẳng

cũng là hình vuông có cạnh bằng nửa cạnh của bình cổ vào các

ngăn đến cùng một độ cao ba chất lỏng: Ngăn 1 là nước ở nhiệt độ

t1 = 650C Ngăn 2 là cà phê ở nhiệt độ t2 = 350C Ngăn 3 là sữa ở nhiệt độ

t3 = 200C Biết rằng thành bình cách nhiệt rất tốt nhưng vách ngăn có thể

dẫn nhiệt Nhiệt lượng truyền qua vách ngăn trong một đơn vị thời

gian tỷ lệ với diện tích tiếp xúc của chất lỏng và với hiệu nhiệt độ hai bên vách ngăn Sau mộtthời gian thì nhiệt độ ngăn chứa nước giảm t1 = 10C Hỏi ở hai ngăn còn lại nhiệt độ biến đổi bao nhiêu trong thời gian nói trên? Coi rằng về phương diện nhiệt thì 3 chất nói trên là giống nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của bình và môi trường

Giải: Vì diện tích tiếp xúc của từng cặp chất lỏng là như nhau Vậy nhiệt lượng truyền giữa

chúng tỷ lệ với hiệu nhiệt độ với cùng một hệ số tỷ lệ K

Tại các vách ngăn Nhiệt lượng tỏa ra:

Q12 = K(t1 - t2); Q13 = k(t1 - t3); Q23 = k(t2 - t3) Từ đó ta có các phương trình cân bằng nhiệt:Đối với nước: Q12 + Q23 = K(t1 - t2 + t1 -t3) = 2mct1

Đối với cà phê: Q12 -Q23 = k(t1 - t2 - t2 + t3 ) = mct2

Đối với sữa: Q13 + Q23 = k(t1 - t3 + t2 - t3) = mct3

Từ các phương trình trên ta tìm được: t2 = 0,40C và t3 = 1,60C

Tư

ơng tự bài toán trên ta có bài toán sau

Bài 17 Một bạn đã làm thí nghiệm như sau: từ hai bình chứa cùng một loại chất lỏng

ở nhiệt độ khác nhau; múc 1 cốc chất lỏng từ bình 2 đổ vào bình 1 rồi đo nhiệt độ của bình 1 khi đã cân bằng nhiệt Lặp lại việc đó 4 lần, bạn đó đã ghi được các nhiệt độ:

200C,350C,x0C,500C

Biết khối lượng và nhiệt độ chất lỏng trong cốc trong 4 lần đổ là như nhau, bỏ qua sự trao đổinhiệt với môi trường và bình chứa

Hãy tính nhiệt độ x và nhiệt độ của chất lỏng trong hai bình

(Trích ĐTTS Chuyên lý Hà Nội AMS TER ĐAM 2002T)

Giải hoàn toàn tương tự bài toán trên ta có kết quả như sau

x= 400c ;t c t 0c

2

0

1   10 ;  80

Bài 18 Một nhiệt lượng kế lúc đầu chưa đựng gì Đổ vào nhiệt lượng kế một ca nước

nóng thì thấy nhiệt độ của nhiệt lượng kế tăng thêm 50C Sau đó lại đổ thêm một ca nước nóng nữa thì thấy nhịêt độ của nhiệt lượng kế tăng thêm 30C

Hỏi nếu đổ thêm vào nhiệt lượng kế cùng một lúc 5 ca nước nóng nói trên thì nhiệt độ của nhiệt lượng kế tăng thêm bao nhiêu độ nữa?

Giải Gọi C là nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế, C a là nhiệt dung của một ca nước; T là nhiệt độ của ca nước nóng, T0nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng kế

- Khi đổ 1 ca nước nóng vào NLK, pt cân bằng nhiệt là:

Bài 19 Trong hai bình cách nhiệt có chứa hai chất lỏng khác nhau ở hai nhiệt độ ban đầu

khác nhau Người ta dùng một nhiệt kế, lần lượt nhúng đi nhúng lại vào bình 1, rồi vào bình

2 Chỉ số của nhiệt kế lần lượt là 400C ; 80C ; 390C ; 9,50C

a) Đến lần nhúng tiếp theo nhiệt kế chỉ bao nhiêu?

b) Sau một số lần nhúng như vậy, Nhiệt kế sẽ chỉ bao nhiêu?

Đáp số a) t = 380c

b) t = 27,20c

Bài 20 a) Người ta rót vào khối nước đá khối lượng m1 = 2kg một lượng nước m2= 1kg ở nhiệt độ t2 = 100C Khi có cân bằng nhiệt, lượng nước đá tăng thêm m’ =50g Xác định nhiệt độ ban đầu của nước đá Biết nhiệt dung riêng của nước đá là c1= 2000J/kgk;

nước c2= 4200J/kgk Nhiệt nóng chảy của nước đá 3 , 4 10 5 j / kg

Nhận xét Đối với bài toán này khi có cân bằng nhiệt nhưng nhiệt độ cân bằng là bao nhiêu

do đó phải tìm ra được nhiệt độ cân bằng đây cũng là điểm mà học sinh cần lưu ý Chú ý khi

có cân bằng nhiệt, lượng nước đá tăng thêm 50g bé hơn khối lượng nước thêm vào do đó nhiệt độ cân bằng là 00C và khi đó có một phần nước đá sẽ đông đặc ở 00C nhận ra được hai vấn đề này thì việc giải bài toán này sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều

b) Lượng nước đá bây giờ là 2 + 0,05 = 2,05kg

Nhiệt lượng nước đá nhận vào để nóng chảy hoàn toàn ở 00C là

Nhiệt lượng hơi nước sôi ( 1000C) toả ra khi ngưng tụ hoàn toàn ở 1000C

Q 3 Lm (m là khối lượng hơi nước sôim)

Nhiệt lượng nước ở 1000C toả ra để giảm đến 500C

2100J/kgđộ, nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.105J/kg và trong quá trình trao đổi nhịêt trên chúng đã hấp thụ 10% nhiệt từ môi trường bên ngoài

Dạng 5 Bài tập tổng hợp có liên quan đến hiệu suất, nhiệt hoá hơi

Bài 19 a) Tính lượng dầu cần để đun sôi 2l nước ở 200C đựng trong ống bằng nhôm có khối lượng 200g Biết nhiệt dung riêng của nước và nhôm lần lượt là c1  4200j/kgk;c2  880j/kgk , năng suất toả nhiệt của dầu là q = 44 106J/kgk và hiệu suất của bếp là 30%

b cần đun thêm bao lâu nữa thì nước noá hơi hoàn toàn Biết bếp dầu cung cấp nhiệt một cách đều đặn và kể từ lúc đun cho đến khi sôi mất thời gian 25 phút Biết nhiệt hoá hơi của nước là L = 2,3.106 J/kg

Giải Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước để tăng nhiệt độ từ 200C đến 1000C là

) ( 2 11

686080

% 100

44

10 933 , 2286

ph ph

ph Q

Q

08 , 686

4600 15

.



Bài 20 Một khối nước đá có khối lượng m1 = 2kg ở nhiệt độ - 50C

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để khối nước đá trên hoá hơi hoàn toàn ở 1000C Cho nhiệt dung riêng của nước và nước đá là C1 1800j/kgk;C2  4200j/kgk; Nhiệt nóng chảy của nước

đá ở 00c là  = 3,4.105J/kg nhiệt hoá hơi của nước ở 1000C là L = 2,3 106J/kg

b) Bỏ khối nước đá trên vào xô nhôm chứa nước ở 500C Sau khi có cân bằng nhịêt người ta thấy còn sót lại 100g nước đá chưa tan hết Tính lượng nước đã có trong xô Biết xô nhôm có khối lượng m2  500gvà nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kgk

Hướng dẫn

a) Đối với câu a phải biết được nước đá hoá hơi hoàn toàn thì phải xẩy ra 4 quá trình Nước

đá nhận nhiệt để tăng lên 00C là Q1.Nước đá nóng chảy ở 00C là Q2 Nước đá nhận nhiệt để tăng nhiệt từ 00C đến 1000C là Q3 nhiệt lượng nước hoá hơi hoàn toàn ở 1000C là Q4

Tính nhiệt tổng cộng để nước đá từ – 50c biến thành hơi hoàn toàn ở 1000C là

Q = Q1 Q2 Q3 Q4

b) Đôi với câu b cần tính khối lượng nước đá đã tan thành nước và do nước đá không tan hết nên nhiệt độ cuối cùng của hệ là 00C sau đó tính nhiệt lượng mà khối nước đá nhận vào để tăng lên 00C là Q1 ở trên sau đó tính nhiệt lượng của toàn xô nước và của nước giảm nhiệt độ

từ 500C về 00C và tính nhiệt lượng nước đá nhận vào để tan hoàn tòan ở 00C sau đó áp dụng

pt cân bằng nhiệt và tính ra khối lượng có trong xô và tính ra được M = 3,05 kg

Bài 21 a) Tính nhiệt lượng Q cần thiết để cho 2kg nước đá ở – 100C biến thành hơi, cho biết; Nhiệt dung riêng của nước đá là 1800J/kgk, của nước là 4200J/kgk, nhiệt nóng chảycủa nước đá là 34.104J/kg, nhiệthoá hơi của nước là 23.105J/kg

b) Nếu dùng một bếp dầu hoả có hiệu suất 80%, người ta phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu lít dầu để cho 2kg nước đá ở -100C biến thành hơi Biết khối lượng riêng của dầu hoả là 800kg/m3 năng suất toả nhiệt của dầu hoả là 44.106J/kg

(Trích đề thi vào NKĐHQG TPHCM năm 1996 T)

Bài 22 Một khối sắt có khối lượng m1, nhiệt dung riêng là c1 nhiệt độ t 0c

1  100 Mộtbình chứa nước, nước trong bình có khối lượng m2, nhiệt dung riêng c2, nhiệt độ đầu của nước trong bình là t 0c

2  20 Thả khối sắt vào trong nước, nhiệt độ của cả hệ thống khi cân bằng nhiệt là t = 250C Hỏi nếu khối sắt có khối lượng m 2 2m1, nhiịet độ ban đầuvẫn 1000C thì khi thả khối sắt vào trong nước (khối lượng k m2nhiệt độ ban đầu t 0c

2  20 ) nhệt độ t’ của

hệ thống khi cân bằng là bao nhiêu? Giải bài toán trong từng trường hợp sau:

a) Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của bình chứa nước và môi trường xung quanh

b) Bình chứa nước có khối lượng m3, nhiệt dung riêng c3 Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của môi trường

(Tích đề thi vào lớp 10 chuyên lý TPHCM vòng 2 năm 2005T)

BÀI TOÁN ĐỒ THỊ

Bài toán: Hai lít nước được đun trong một chiếc bình đun nước có

công suất 500W Một phần nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh

Sự phụ thuộc của công suất tỏa ra môi trường theo thời gian đun

được biểu diễn trên đồ thị như hình vẽ Nhiệt độ ban đầu của

nước là 200c Sau bao lâu thì nước trong bình có nhiệt độ là 300c

Cho + Khi t = 400 thì p = 300

nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K

Giải: Gọi đồ thị biểu diễn công suất tỏa ra môi trường là P = a + bt

Ta chọn thời gian nhỏ hơn là T = 249s

một bình nhiệt lượng kế có chứa nước đá nhiệt độ t1 = -50C Người ta đổ vào bình mộtlượng nước có khối lượng m = 0.5kg ở nhiệt độ t2 = 00C Sau khi cân bằng nhiệt thể tích củachất chứa trong bình là V = 1,2 lít Tìm khối lượng của chất chứa trong bình Biết khối lượngriêng của nước và nước đá là Dn = 1000kg/m3 và Dd = 900kg/m3, nhiệt dung riêng của nước

và nước đá là 4200J/kgK, 2100J/kgK, nhiệt nóng chảy của nước đá là 340000J/kg

Bài 2: Hai bình thông nhau chứa chất lỏng tới độ cao h Bình bên phải có tiết diện không đổi

là S Bình bên trái có tiết diện là 2S tính tới độ cao h còn trên độ cao đó có tiết diện là S.Nhiệt độ của chất lỏng ở bình bên phải được giữ không đổi còn nhiệt độ chất lỏng ở bình bêntrái tăng thêm t0C Xác định mức chất lỏng mới ở bình bên phải Biết rằng khi nhiệt độtăng thêm 10C thì thể tích chất lỏng tăng thên õ lần thể tích ban đầu Bỏ qua sự nở của bình vàống nối

Bài 3: Trong một cục nước đá lớn ở 00C có một cái hốc với thể tích V = 160cm3 Người ta rốtvào hốc đó 60g nước ở nhiệt độ 750C Hỏi khi nước nguội hẳn thì thể tích hốc rỗng còn lạibao nhiêu? Cho khối lượng riêng của nước và nước đá lần lượt là Dn = 1g/cm3, Dd = 0,9g/cm3.Nhiệt nóng chảy của nước đá là:  = 3,36.105 J/kg.

Bài 4: Trong một bình nhiệt lượng kế có chứa 200ml nước ở nhiệt độ ban đầu t0=100C Để có200ml nước ở nhiệt độ cao hơn 400C, người ta dùng một cốc đổ 50ml nước ở nhiệt độ 600Cvào bình rồi sau khi cân bằng nhiệt lại múc ra từ bình 50ml nước Bỏ qua sự trao đổi nhiệt vớicốc bình và môi trường Hỏi sau tối thiểu bao nhiêu lượt đổ thì nhiệt độ của nước trong bình

sẽ cao hơn 400C (Một lượt đổ gồm một lần múc nước vào và một lần múc nước ra)

Bài 5: Trong một xi lanh thẳng đứng dưới một pít tông rất nhẹ tiết diện S = 100cm2 cóchứa M = 1kg nước ở 00C Dưới xi lanh có một thiết bị đun công suất P = 500W Sau bao lâu

kể từ lúc bật thiết bị đun pít tông sẽ được nâng lên thêm h = 1m so với độ cao ban đầu? Coichuyển động của pít tông khi lên cao là đều , hãy ước lượng vận tốc của pít tông khi đó Chobiết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/ kg K,nhiệt hoá hơi của nước là 2,25.106J/kg, khốilượng riieng của hơi nước ở nhiệt độ 1000C và áp suất khí quyển là 0,6kg/m3 Bỏ qua sự mấtmát nhiệt bởi xi lanh và môi trường

Bài 6 : Trong một bình thành mỏng thẳng đứng diện tích đáy S = 100cm3 chứa nước vànước đá ở nhiệt độ t1= 00C, khối lượng nước gấp 10 lần khối lượng nước đá Một thiết bị bằngthép được đốt nóng tới t2 = 800C rồi nhúng ngập trong nước, ngay sau đó mức nước trongbình dâng lên cao thêm h = 3cm Tìm khối lượng của nước lúc đầu trong bình biết rằng khitrạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập trong bình nhiệt độ của nó là t = 50C Bỏ qua sự traođổi nhiệt với bình và môi trường Cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kgK, của nước

đá là 2100J/kgK, của thép là 500J/kgK Nhiệt nóng chảy của nước đá là 330KJ/Kg , khốilượng riêng của thép là 7700kg/m3

Bài 7 : Một bình nhiệt lượng ké có diện tích đáy là S = 30cm2 chứa nước (V= 200cm3)

ở nhiệt độ T1 = 300C Người ta thả vào bình một cục nước đá có nhiệt độu ban đầu là T0 =

00C, có khố lượng m = 10g Sau khi cân bằng nhiệt mực nước trong bình nhiệt lượng kế đãthay đổi bao nhiêu so với khi vừa thả cục nước đá? Biết rằng khi nhiệt độ tăng 10Cthì thể tíchnước tăng b = 2,6.10-3 lần thể tích ban đầu Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình và môi trường.Nhiệt dung của nước và nhiệt nóng chảy của nước đá lần lượt là: C = 4200J/kgK,

 = 330kJ/kg

Bài 8 : Trong một bình thí nghiệm có chứa nước ở 00C Rút hết không khí ra khỏi bình,

sự bay hơi của nước sảy ra khi hoá đá toàn bộ nước trong bình Khi đó bao nhiêu phần trămcủa nước đã hoá hơi nếu không có sự truyền nhiệt từ bên ngoài bình Biết rằng ở 00C 1kgnước hoá hơi cần một nhịêt lượng là 2543.103J và để 1kg nước đá nóng chảy hoàn toàn ở 00Ccần phải cung cấp lượng nhiệt là 335,2.103J

Bài 9: Một lò sưởi giữ cho phòng ở nhiệt độ 200C khi nhiệt độ ngoài trởi là 50C Nếunhiệt độ ngoài trời hạ xuống -50C thì phải dùng thêm một lò sưởi nữa có công suất là 0,8kWmới duy trì được nhiệt độ của phòng như trên Tìm công suất của lò sưởi đặt trong phòng

Bài 10: Một bình cách nhiệt chứa đầy nước ở nhiệt độ t0 = 200C Người ta thả vào bìnhmột hòn bi nhôm ở nhiệt độ t = 1000C, sau khi cân bằng nhiệt thì nhiệt độ của nước trongbình là t1= 30,30C Người ta lại thả hòn bi thứ hai giống hệt hòn bi trên thì nhiệt độ của nướckhi cân bằng nhiệt là t2= 42,60C Xác định nhiệt dung riêng của nhôm Biết khối lượng riêng

của nước và nhôm lần lượt là 1000kg/m3 và 2700kg/m3, nhiệt dung riêng của nước là4200J/kgK.

Bài 11: Trong một bình nhiệt lượng kế chứa hai lớp nước: Lớp nước lạnh ở dưới, lớp

nước nóng ở trên Thể tích của cả hai khối nước có thay đổi không khi sảy ra cân bằng nhiệt?Hãy chứng minh khẳng định trên Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với thành bình

Bài 12: Một bình chứa nước có dạng hình lăng trụ tam giác mà cạnh dưới và mặt trên

của bình đặt nằn ngang Tại thời điểm ban đầu, nhiệt độ của nước trong bình tỉ lệ bậc nhấtvới chiều cao lớp nước; tại điểm thấp nhất trong bình nhiệt độ của nươc là t1= 40C và trên mặtcủa bình nhiệt độ của nước là t2= 130C Sau một thời gian dài nhiệt độ của nước trong bình làđồng đều và bằng t0 Hãy xác định t0 cho rằng các thành và nắp của bình ( mặt trên ) khôngđẫn nhiệt và không hấp thụ nhiệt (hình vẽ)

Bài 13: Người ta đặt một viên bi đặc bằng sắt bán kính R = 6cm đã được nung nóng tới

nhiệt độ t = 3250C lên một khối nước đá rất lớn ở 00C Hỏi viên bi chui vào nước đá đến độsâu là bao nhiêu? Bỏ qua sự dẫn nhiệt của nước đá và sự nóng lên của đá đã tan Cho khốilượng riêng của sắt là D = 7800kg/m3, của nước đá là D0 = 915kg/m3 Nhiệt dung riêng củasắt là C = 460J/kgK, nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.105J/kg Thể tích khối cầu được tínhtheo công thức V = 3

Bài 15: Ngưòi ta đổ một lượng nước sôi vào một thùng đã chứa nước ở nhiệt độ của

phòng (250C) thì thấy khi cân bằng nhiệt độ nước trong thùng là700C Nếu chỉ đổ lượng nướcsôi nói trên vào thùng này nhưng ban đầu không chứa gì thì nhiệt độ của nước khi cân bằng làbao nhiêu Biết rằng luợng nước sôi gấp hai lần lượng nước nguội Bỏ qua sự trao đổi nhiệtvới môi trường

Bài 16 : Người ta đổ vào một hình trụ thẳng đứng có diện tích đáy S = 100cm2 lít nướcmuối có khối lượng riêng D1 = 1,15g/cm3 và một cục nước đá làm từ nước ngọt có khối lượng

m = 1kg Hãy xác định sự thay đổi mức nước ở trong bình nếu cục nước đá tan một nửa Giảthiết sự tan của muối vào nước không làm thay đôi thể tích của chất lỏng

Bài 17: Một nhiệt lượng kế bằng nhôm có khối lượng m (kg) ở nhiệt độ t1 = 230C, chovào nhiệt lượng kế một khối lượng m (kg) nước ở nhiệt độ t2 Sau khi hệ cân bằng nhiệt, nhiệt

độ của nước giảm đi 9 0C Tiếp tục đổ thêm vào nhiệt lượng kế 2m (kg) một chất lỏng khác

(không tác dụng hóa học với nước) ở nhiệt độ t3 = 45 0C, khi có cân bằng nhiệt lần hai,nhiệt độ của hệ lại giảm 10 0C so với nhiệt độ cân bằng nhiệt lần thứ nhất Tìm nhiệt dungriêng của chất lỏng đã đổ thêm vào nhiệt lượng kế, biết nhiệt dung riêng của nhôm và củanước lần lượt là c1 = 900 J/kg.K và c2 = 4200 J/kg.K Bỏ qua mọi mất mát nhiệt khác.

Bài 18: Một nhiệt lượng kế bằng nhôm có khối lượng m (kg) ở nhiệt độ t1 = 230C, chovào nhiệt lượng kế một khối lượng m (kg) nước ở nhiệt độ t2 Sau khi hệ cân bằng nhiệt, nhiệt

độ của nước giảm đi 9 0C Tiếp tục đổ thêm vào nhiệt lượng kế 2m (kg) một chất lỏng khác(không tác dụng hóa học với nước) ở nhiệt độ t3 = 45 0C, khi có cân bằng nhiệt lần hai,nhiệt độ của hệ lại giảm 10 0C so với nhiệt độ cân bằng nhiệt lần thứ nhất Tìm nhiệt dungriêng của chất lỏng đã đổ thêm vào nhiệt lượng kế, biết nhiệt dung riêng của nhôm và củanước lần lượt là c1 = 900 J/kg.K và c2 = 4200 J/kg.K Bỏ qua mọi mất mát nhiệt khác

Bài 19: Có một số chai sữa hoàn toàn giống nhau, đều đang ở nhiệt độ 0

x

t C Người tathả từng chai lần lượt vào một bình cách nhiệt chứa nước, sau khi cân bằng nhiệt thì lấy ra rồithả chai khác vào Nhiệt độ nước ban đầu trong bình là t0 = 360C, chai thứ nhất khi lấy ra cónhiệt độ t1 = 330C, chai thứ hai khi lấy ra có nhiệt độ t2 = 30,50C Bỏ qua sự hao phí nhiệt

a Tìm nhiệt độ tx

b Đến chai thứ bao nhiêu thì khi lấy ra nhiệt độ nước trong bình bắt đầu nhỏ hơn 260C

Bài 20: Một bình hình trụ có chiều cao h1 = 20cm, diện tích đáy trong là s1 = 100cm2

đặt trên mặt bàn ngang Đổ vào bình 1 lít nước ở nhiệt độ t1 = 800C Sau đó, thả vào bình mộtkhối trụ đồng chất có diện tích đáy là s2 = 60cm2 chiều cao là h2 = 25cm và nhiệt độ là t2 Khicân bằng thì đáy dưới của khối trụ song song và cách đáy trong của bình là x = 4cm Nhiệt

độ nước trong bình khi cân bằng nhiệt là t = 650C Bỏ qua sự nở vì nhiệt, sự trao đổi nhiệt vớimôi trường xung quanh và với bình Biết khối lượng riêng của nước là D = 1000kg/m3, nhiệtdung riêng của nước C1 = 4200J/kg.K, của chất làm khối trụ là C2= 2000J/kg.K

1 Tìm khối lượng của khối trụ và nhiệt độ t2

2 Phải đặt thêm lên khối trụ một vật có khối lượng tối thiểu là bao nhiêu để khi cânbằng thì khối trụ chạm đáy bình?

CÁC DẠNG BÀI TẬP HSG PHẦN NHIỆT HỌC

MỘT SỐ BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH

NHIỆT HỌCBài1: Nhiệt độ bình thường của thân thể người là 36,60C Tuy nhiên ta không thấylạnh khi nhiệt độ của không khí là 250C và cảm thấy rất nóng khi nhiệt độ không khí là 360C.Còn trong nước thì ngược lại, khi ở nhiệt độ 360C con người cảm thấy bình thường, còn khi ở

250C người ta cảm thấy lạnh Giải thích nghịch lí này như thế nào?

Bài 2: Sự truyền nhiệt chỉ thực hiện được từ một vật nóng hơn sang một vật lạnhhơn Nhưng một chậu nước để trong phòng có nhiệt độ bằng nhiệt độ của không khí xungquanh, lẽ ra nó không thể bay hơi được vì không nhận được sự truyền nhiệt từ không khí vàonước Tuy vậy, trên thực tế , nước vẫn cứ bay hơi Hãy giải thích điều như là vô lí đó

Bài 3: Ai cũng biết rằng giấy rất dễ cháy.Nhưnng có thể đun sôi nước trong một cáicốc bằng giấy, nếu đưa cốc này vào ngọn lửa của bếp đèn dầu đang cháy Hãy giải thíchnghịch lí đó.

Bài 4: Về mùa hè, ở nhiều xứ nóng người ta thường mặc quần áo dài hoặc quấnquanh người bằng những tấm vải lớn Còn ở nước ta lại thường mặc quần áo mỏng, ngắn Vìsao vậy?

Bài 5: Tại sao trong tủ lạnh, ngăn làm đá được đặt trên cùng, còn trong các ấm điện,dây đun lại được đặt gần sát đáy?

Bài 6: Một quả cầu kim loại được treo vào một lực kế nhạy và nhúng trong một cốcnước Nếu đun nóng đều cốc nước và quả cầu thì số chỉ lực kế tăng hay giảm? Biết rằng khinhiệt độ tăng như nhau thì nước nở nhiều hơn kim loại

BÀI TẬP VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT

Bai 1: Người ta thả vào 0,2kg nước ở nhiệt độ 200C một cục sắt có khối lượng 300g

ở nhiệt độ 100C và một miếng đồng có khối lượng 400g ở 250C Tính nhiệt độ cuối cùng củahỗn hợp và nêu rõ quá trình trao đổi nhiệt giữa các thành phần trong hỗn hợp đó

Bài 2: Để có M = 500g nước ở nhiệt độ t = 180C để pha thuốc rửa ảnh, người ta đẵlấy nước cất ở t1= 600C trộn với nước cất đang ở nhiệt độ t2= 40C Hoỉ đẵ dùng bao nhiêunước nóng và bao nhiêu nước lạnh? Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình

Bài 3: Để xác định nhiệt độ của một chiếc lò, người ta đốt trong nó một cục sắt cókhối lượng m = 0,3kg rồi thả nhanh vàotrong bình chứa m1 = 4kg nước có nhiệy độ ban đầu là

t1 = 80C Nhiệt độ cuối cùng trong bình là t2 = 160C Hãy xác định nhiệt độ của lò Bỏ qua traođổi nhiệt với vỏ bình Nhiệt dung riêng của sắt là c = 460J/kg.K

Bài 4: Một cục đồng khối lượng m1 = 0,5kg được nung nóng đến nhiệt độ t1 = 9170Crồi thả vào một chậu chứa m2 = 27,5kg nước đang ở nhiệt độ t2 = 15,50C Khi cân bằng nhiệt

độ thì nhiệt độ của cả chậu là t = 170C Hãy xác định nhiệt dung riêng của đồng Nhiệt dungriêng của nước c2 = 4200J/kg.K Bỏ qua trao đổi nhiệt với chậu nước

Bài 5: Để có thể làm sôi m = 2kg nước có nhiệt độ ban đầu t1 = 100C chứa trong mộtchiếc nồi bằng nhôm có khối lượng m1 chưa biết, người ta đẵ cấp một nhiệt lượng Q = 779760J Hãy xác định khối lượng của nồi Biết nhiệt dung riêng của nhôm là c1 = 880J/Kg.K.Xem như không có nhiệt lượng hao phí

Bài 6: Một nhiệt lượng kế khối lượng m1 = 100g, chứa m2 = 500g nướccùng ở nhiệt

độ t1= 150C Người ta thả vào đó m = 150g hỗn hợp bột nhôm và thiếc được nung nóng tới t2

= 1000C Nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là t = 170C Tính khối lượng nhôm và thiếc có trong hỗnhợp Nhiệt dung riêng của chất làm nhiệt lượng kế, của nước, nhôm, thiếc lần lượt là : c1 =460J/kg.K ; c2 = 4200J/kg.K ; c3 = 900J/kg.K ; c4 =230J/kg.K

Bài 7 : Có hai bình cách nhiệt Bình 1 chứa m1 = 2kg nước ở t1 = 400C Bình 2 chứa m2 = 1kgnước ở t2 = 200C Người ta trút một lượng nước m, từ bình 1 sang bình 2 Sau khi ở bình 2nhiệt độ đẵ ổn định, lại trút lượng nước m, từ bình 2 trở lại bình 1 nhiệt độ cân bằng ở bình 1

lúc này là t,

1 = 380C Tính khối lượng nước m, trút trong mỗi lần và nhiệt độ cân bằng t,

2 ởbình 2

Bài 8 : Có hai bình, mỗi bình đựng một chất lỏng nào đó Một HS lần lượt múc từng ca chấtlỏng ở bình 2 trút vào bình 1 và ghi lại nhiệt độ khi cân bằng ở bình 1 sau mỗi lần trút : 200C,

350C, rồi bỏ sót mất 1 lần không ghi, rồi 500C Hãy tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt ở lần

bị bỏ sót không ghi, và nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 trút vào Coi nhiệt độ vàkhối lượng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 đều như nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môitrường

Bài 9 : a) Một hệ gồm có n vật có khối lượng m1, m2,… mn ở nhiệt độ ban đầu t1, t2, ….tn,làm bằng các chất có nhiệt dung riêng c1, c2, …… cn, trao đổi nhiệt với nhau.Tính nhiệt độchung của hệ khi có cân bằng nhiệt

b) Ap dụng : Thả 300g sắt ở nhiệt độ 100C và 400g đồng ở 250C vào 200g nước ở

200C Tính nhiệt độ khi cân bằng nhiệt Cho nhiệt dung riêng của sắt, đồng, nước lần lượt là

460, 400 và 4200J/kg.K

Bài 5: Một thau nhôm có khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước ở 200C

a) Thả vào thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ở lò ra Nước nóng đến21,20C tìm nhiệt độ của bếp lò? Biết NDR của nhôm, nước, đồng lần lượt là: c1 = 880J/kg.K;

c2 = 4200J/kg.K; c3 = 380J/kg.K Bỏ qua sự tỏa nhiệt ra môi trường

b) Thực ra trong trường hợp này, nhiệt lượng tỏa ra môi trường là 10% nhiệt lượngcung cấp cho thau nước Tìm nhiệt độ thực sự của bếp lò

c) nếu tiếp tục bỏ vào thau nước một thỏi nước đá có khối lượng 100g ở 00C nước

đá có tan hết không? Tìm nhiệt độ cuối cùng của hệ thống hoặc lượng nước đá còn sót lại nếukhông tan hết Biết NNC của nước đá là = 3,4.105J/kg

BÀI TẬP VỀ NSTN CỦA NHIÊN LIỆU VÀ HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT

Bài 1: Dùng bếp dầu đun sôi 2,2 lít nước ở 250C dựng trong một ấm nhôm có khốilượng 0,5kg Biết chỉ có 30% nhiệt lượng do dầu tỏa ra khi bị đốt cháy làm nóng ấm và nướctrong ấm, NDR của nước và nhôm theo thứ tự lần lượt là 4200J/kg.K và 880J/kg.K, NSTNcủa dầu hỏa là 44.106J/kg Hãy tính lượng dầu cần dùng?

Bài 2: Để có nước sôi các nhà thám hiểm đẵ phải đun nóng chảy 1kg băng có nhiệt

độ ban đầu t1 = - 100C và đẵ dùng hết 4kg củi khô Hãy tính hiệu suất của bếp, biết rằngNSTN của củi là q = 107J/kg

Bài 3:Một ôtô chạy với vận tốc v = 54km/h thì công suất máy phải sinh ra là P =45kW Hiệu suất của máy là H = 30% Hỏi cứ đi 100km thì xe tiêu thụ hết bao nhiêu lít xăng?

Xăng có khối lượng riêng D = 700kg/m3 và NSTN q = 4,6.107J/kg

Bài 4: Một động cơ nhiệt hiệu suất H = 16%, công suất trung bình P =15kW, mỗingày làm việc 6 h Hỏi với số xăng dự trữ là 3500lít, động cơ làm việc được bao nhiêu ngày?Cho biết khối lượng riêng và NSTN của xăng ở bài trên

Bài 5: Một ôtô được trang bị một động cơ tuabin hơi có công suất 125 sức ngựa vàhiệu suất 0,18 Hỏi cần bao nhiêu củi để ôtô đi được quãng đường 1km với vận tốc 18km/h,

và với công suất tối đa của động cơ NSTN của củi là 3.106cal/kg 1 sức ngựa bằng 736W,còn 1cal = 4,186J

Bài 6: a) Tính lượng dầu cần để đun sôi 2 lít nước đựng trong một ấm bằng nhômcókhối lượng 200g Biết NDR của nước và ấm nhôm là c1=4200J/kg.K; c2 = 880J/kg.K, NSTNcủa dầu là q = 44.106J/kg và hiệu suất của bếp là 30%

b) Cần đun thêm bao lâu nữa thì nước hóa hơi hoàn toàn Biết bếp dầu cungcấp nhiệt một cách đều đặn và kể từ lúc đun cho đến lúc sôi mất thời gian 15 phút Biết nhiệthóa hơi của nước L = 2,3.106J/kg

BÀI TẬP VỀ SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI

NHIỆTBài 1: Một bếp dầu dùng để đun nước Khi đun 1kg nước ở 200C thì sau 10 phút nước sôi.Cho bếp dầu cung cấp nhiệt một cách đều đặn

a) Tìm thời gian cần thiết để đun lượng nước trên bay hơihoàn toàn Cho NDR và NHH củanước là c = 4200J/kg.K; L = 2,3.106J/kg Bỏ qua sự thu nhiệt của ấm nước

b) Giải lại câu a nếu tính đến ấm nhôm có khối lượng 200g có NDR 880J/kg.K

ĐS: a 1h 18ph 27s b 1h 15ph 42sBài 2: Để có 50 lít nước ở t = 250C, người ta đổ m1kg nước ở t1 = 600C vào m2 kg nước đá ở t2

= - 50C Tính m1 và m2 Nhiệt dung riêng của nước và nước đá lần lượt là c1 = 4200J/kg.K ; c2

= 2100J/kg.K, Nhiệt nóng chảy của nước đá là = 3,4.105J/kg

ĐS: 12,2kg và 37,8kgBài 3: Trong một bình đồng khối lượng m1 = 400g có chứa m2 = 500g nước cùng ở nhiệt độ t1

= 400C Thả vào đó một mẩu nước đá ở t3 = -100C Khi có cân bằng nhiệt ta thấy còn sót lại

m, = 75g nước đá chưa tan Xác định khối lượng ban đầu m3 của nước đá Cho NDR của đồng

là 400J/kg.K

ĐS: 0,32kgBài 4: Dẫn m1 = 0,5kg hơi nước ở t1 = 1000C vào một bình bằng đồng có khối lượng m2 =0,3kg trong đó có chứa m3 = 2kg nước đá ở t2 = - 150C Tính nhiệt độ chung và khối lượngnước có trong bình khi có cân bằng nhiệt Cho NDR của đồng là 400J/kg.K

ĐS: 580C và 2,5kg

Bài 5: Thực nghiệm cho thấy rằng nếu đun nóng hoặc làm lạnh nước mà áp dụng một số biện pháp đặc biệt thì có thể được nước trong trạng thái lỏng ở các nhiệt độ trên 100 0 C (gọi là nước nấu quá) và dưới 0 0 C (gọi là nước cóng)

Trong một nhiệt lượng kế chứa m1 = 1kg nước cóng có nhiệt độ t1 = -10 0C Người ta đổ vào

đó m2 = 100g nước đẵ được nấu quá đến t2 = +1200C Hỏi nhiệt độ cuối cùng trong nhiệtlượng kế bằng bao nhiêu? Vỏ nhiệt lượng kế có khối lượng M = 425g và NDR c = 400J/kg.K

ĐS: 40CBài 6: Khi bỏ một hạt nước nhỏ vào nước cóng thì nước lập tức bị đóng băng Hãy xác định

a) Có bao nhiêu nước đá được hình thành từ M = 1kg nước cóng ở nhiệt độ t1 = - 80C

b) Cần phải làm cúng nước đến nhiệt độ bằng bao nhiờu để nú hoàn toàn biến thành nướcđỏ.

Bỏ qua sự phụ thuộc NDR và NNC của nước vào nhiệt độ

ĐS: a 86g b -1620C

phần II: Nhiệt học

1 nội năng sự truyền nhiệt

1.1 một quả cầu bằng đồng khối lợng 1kg, đợc nung nóng đến nhiệt độ 1000C và một quả cầunhôm khối lợng 0,5 kg, đợc nung nóng đến 500C Rồi thả vào một nhiệt lợng kế bằng sắt khốilợng 1kg, đựng 2kg nớc ở 400C Tính nhiệt độ cuối cùng của hệ khi cân bằng

1.2 Có n chất lỏng không tác dụng hóa học với nhau ,khối lợng lần lợt là:m1,m2,m3 mn.ởnhiệt độ ban đầu t1,t2, tn.Nhiệt dung riêng lần lợt là:c1,c2 cn.Đem trộn n chất lỏng trên vớinhau.Tính nhiệt độ của hệ khi có cân bằng nhiệt xảy ra.( bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi tr -ờng)

1.3 Một cái nồi nhôm chứa nớc ở t1=240C.Cả nồi và nớc có khối lợng là 3 kg ,ngời ta đổ thêmvào đó 1 lít nớc sôi thì nhiệt độ của hệ khi cân bằng là 450C Hỏi phải đổ thêm bao nhiêu nớcsôi nữa thì nhiệt độ của nớc trong nồi là 600C.(bỏ qua sự mất nhiệt cho môi trờng)

1.4 Một miếng đồng có nhiệt độ ban đầu là 00C,tính nhiệt lợng cần cung cấp cho miếng đồng

để thể tích của nó tăng thêm 1cm3 biết rằng khi nhiệt độ tăng thêm 10C thì thể tích của miếng

đồng tăng thêm 5.10 5 lần thể tích ban đầu của nó lấy KLR và NDR của đồng là :

t1=200C

a Tìm thời gian để đun sôi nớc

b Tính khối lợng dầu hỏa cần dùng

1.7.Ngời ta trộn hai chất lỏng có NDR, khối lợng ,nhiệt độ ban đầu lần lợt là:m1,C1,t1;; m2,C2,t2.Tính tỉ số khối lợng của 2 chất lỏng trong các trờng hợp sau:

a Độ biến thiên nhiệt độ của chất lỏng thứ 2 gấp đôi độ biến thiên nhiệt độ của chất lỏng thứ 1sau khi có cân bằng nhiệt xảy ra

b Hiệu nhiệt độ ban đầu của 2 chất lỏng so với hiệu giữa nhiệt độ cân bằng và nhiệt độ đầu

của chất lỏng thu nhiệt bằng tỉ số

b a

1.8/ Dùng một bếp dầu đun 1 lít nớc đựng trong một ấm nhôm có khối lợng 300g,thì sau 10phút nớc sôi Nếu dùng bếp và ấm trên để đun 2 lít nớc trong cùng điều kiện thì bao lâu nớcsôi Biết nhiệt do bếp cung cấp đều đặn,NDR của nớc và nhôm lần lợt là: C=1=4200j/kgđộ,

c2=880j/kgđộ

1.9/ Có2 bình, mỗi bình đựng một chất lỏng nào đó Một học sinh múc từng ca chất lỏng ởbình 2 trút vào bình 1 và ghi lại nhiệt độ ở bình 1 sau mỗi lần trút: 200C,350C,bỏ xót, 500C.Tính nhiệt độ cân bằng ở lần bỏ xót và nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 Coi nhiệt

độ và khối lợng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 là nh nhau, bỏ qua sự mất nhiệt cho môi ờng

tr-các dạng bài tập hsg phần nhiệt học

Một số bài tập định tính

Nhiệt họcBài1: Nhiệt độ bình thờng của thân thể ngời là 36,60C Tuy nhiên ta không thấy lạnhkhi nhiệt độ của không khí là 250C và cảm thấy rất nóng khi nhiệt độ không khí là 360C Còntrong nớc thì ngợc lại, khi ở nhiệt độ 360C con ngời cảm thấy bình thờng, còn khi ở 250C ngời

ta cảm thấy lạnh Giải thích nghịch lí này nh thế nào?

Bài 2: Sự truyền nhiệt chỉ thực hiện đợc từ một vật nóng hơn sang một vật lạnh hơn.Nhng một chậu nớc để trong phòng có nhiệt độ bằng nhiệt độ của không khí xung quanh, lẽ

ra nó không thể bay hơi đợc vì không nhận đợc sự truyền nhiệt từ không khí vào nớc Tuyvậy, trên thực tế , nớc vẫn cứ bay hơi Hãy giải thích điều nh là vô lí đó

Bài 3: Ai cũng biết rằng giấy rất dễ cháy.Nhnng có thể đun sôi nớc trong một cái cốcbằng giấy, nếu đa cốc này vào ngọn lửa của bếp đèn dầu đang cháy Hãy giải thích nghịch lí

Bài 6: Một quả cầu kim loại đợc treo vào một lực kế nhạy và nhúng trong một cốc

n-ớc Nếu đun nóng đều cốc nớc và quả cầu thì số chỉ lực kế tăng hay giảm? Biết rằng khi nhiệt

độ tăng nh nhau thì nớc nở nhiều hơn kim loại

Bài tập về trao đổi nhiệtBai 1: Ngời ta thả vào 0,2kg nớc ở nhiệt độ 200C một cục sắt có khối lợng 300g ởnhiệt độ 100C và một miếng đồng có khối lợng 400g ở 250C Tính nhiệt độ cuối cùng của hỗnhợp và nêu rõ quá trình trao đổi nhiệt giữa các thành phần trong hỗn hợp đó

Bài 2: Để có M = 500g nớc ở nhiệt độ t = 180C để pha thuốc rửa ảnh, ngời ta đẵ lấynớc cất ở t1= 600C trộn với nớc cất đang ở nhiệt độ t2= 40C Hoỉ đẵ dùng bao nhiêu nớc nóng

và bao nhiêu nớc lạnh? Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình

Bài 3: Để xác định nhiệt độ của một chiếc lò, ngời ta đốt trong nó một cục sắt cókhối lợng m = 0,3kg rồi thả nhanh vàotrong bình chứa m1 = 4kg nớc có nhiệy độ ban đầu là t1

= 80C Nhiệt độ cuối cùng trong bình là t2 = 160C Hãy xác định nhiệt độ của lò Bỏ qua trao

đổi nhiệt với vỏ bình Nhiệt dung riêng của sắt là c = 460J/kg.K

Bài 4: Một cục đồng khối lợng m1 = 0,5kg đợc nung nóng đến nhiệt độ t1 = 9170C rồithả vào một chậu chứa m2 = 27,5kg nớc đang ở nhiệt độ t2 = 15,50C Khi cân bằng nhiệt độ thìnhiệt độ của cả chậu là t = 170C Hãy xác định nhiệt dung riêng của đồng Nhiệt dung riêngcủa nớc c2 = 4200J/kg.K Bỏ qua trao đổi nhiệt với chậu nớc

Bài 5: Để có thể làm sôi m = 2kg nớc có nhiệt độ ban đầu t1 = 100C chứa trong mộtchiếc nồi bằng nhôm có khối lợng m1 cha biết, ngời ta đẵ cấp một nhiệt lợng Q = 779 760J.Hãy xác định khối lợng của nồi Biết nhiệt dung riêng của nhôm là c1 = 880J/Kg.K Xem nhkhông có nhiệt lợng hao phí

Bài 6: Một nhiệt lợng kế khối lợng m1 = 100g, chứa m2 = 500g nớccùng ở nhiệt độ

t1= 150C Ngời ta thả vào đó m = 150g hỗn hợp bột nhôm và thiếc đợc nung nóng tới t2 =

1000C Nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là t = 170C Tính khối lợng nhôm và thiếc có trong hỗnhợp Nhiệt dung riêng của chất làm nhiệt lợng kế, của nớc, nhôm, thiếc lần lợt là : c1 =460J/kg.K ; c2 = 4200J/kg.K ; c3 = 900J/kg.K ; c4 =230J/kg.K

Bài 7 : Có hai bình cách nhiệt Bình 1 chứa m1 = 2kg nớc ở t1 = 400C Bình 2 chứa m2 = 1kgnớc ở t2 = 200C Ngời ta trút một lợng nớc m, từ bình 1 sang bình 2 Sau khi ở bình 2 nhiệt độ

đẵ ổn định, lại trút lợng nớc m, từ bình 2 trở lại bình 1 nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là

350C, rồi bỏ sót mất 1 lần không ghi, rồi 500C Hãy tính nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt ở lần

bị bỏ sót không ghi, và nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 trút vào Coi nhiệt độ vàkhối lợng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 đều nh nhau Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi tr-ờng

Bài 9 : a) Một hệ gồm có n vật có khối lợng m1, m2,… m mn ở nhiệt độ ban đầu t1, t2, … m.tn, làmbằng các chất có nhiệt dung riêng c1, c2, … m… m cn, trao đổi nhiệt với nhau.Tính nhiệt độ chungcủa hệ khi có cân bằng nhiệt

b) Ap dụng : Thả 300g sắt ở nhiệt độ 100C và 400g đồng ở 250C vào 200g nớc ở 200C.Tính nhiệt độ khi cân bằng nhiệt Cho nhiệt dung riêng của sắt, đồng, nớc lần lợt là 460, 400

và 4200J/kg.K

Bài 5: Một thau nhôm có khối lợng 0,5kg đựng 2kg nớc ở 200C

a) Thả vào thau nớc một thỏi đồng có khối lợng 200g lấy ở lò ra Nớc nóng đến 21,20C.tìm nhiệt độ của bếp lò? Biết NDR của nhôm, nớc, đồng lần lợt là: c1 = 880J/kg.K; c2 = 4200J/kg.K; c3 = 380J/kg.K Bỏ qua sự tỏa nhiệt ra môi trờng

b) Thực ra trong trờng hợp này, nhiệt lợng tỏa ra môi trờng là 10% nhiệt lợng cungcấp cho thau nớc Tìm nhiệt độ thực sự của bếp lò

c) nếu tiếp tục bỏ vào thau nớc một thỏi nớc đá có khối lợng 100g ở 00C nớc đá cótan hết không? Tìm nhiệt độ cuối cùng của hệ thống hoặc lợng nớc đá còn sót lại nếu khôngtan hết Biết NNC của nớc đá là = 3,4.105J/kg

Bài tập về NSTN của nhiên liệu và hiệu suất của động cơ nhiệtBài 1: Dùng bếp dầu đun sôi 2,2 lít nớc ở 250C dựng trong một ấm nhôm có khối l-ợng 0,5kg Biết chỉ có 30% nhiệt lợng do dầu tỏa ra khi bị đốt cháy làm nóng ấm và nớc trong