Sách bài tập Vật lí 12 Bài 4 (Kết nối tri thức): Nhiệt dung riêng

Giải SBT Vật lí 12 Bài 4: Nhiệt dung riêng

Câu 4.1 trang 12 SBT Vật Lí 12: Một bạn học sinh ở Hà Nội đi tham quan trên núi cao quan sát thấy khi đun cùng một lượng nước đá đang tan trong cùng một ấm điện thì thời gian đun tới khi nước sôi ở trên núi là ngắn hơn ở Hà Nội, điều này được giải thích là do

A. nhiệt dung riêng của nước ở trên núi cao sẽ thấp hơn ở Hà Nội.

B. nhiệt dung riêng của nước ở trên núi cao sẽ cao hơn ở Hà Nội.

C. nhiệt độ sôi của nước ở trên núi cao sẽ thấp hơn ở Hà Nội.

D. điện lưới được cấp ở Hà Nội mạnh hơn điện lưới cấp cho vùng núi cao.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Do lên trên cao áp suất giảm, nhiệt độ sôi giảm nên khi đun nước trên núi sẽ sôi nhanh hơn ở Hà Nội (nhiệt độ sôi của nước khi đó nhỏ hơn 100^oC).

Câu 4.2 trang 12 SBT Vật Lí 12: Nhiệt dung riêng có đơn vị đo là

A. K.

B. J.

C. J/kg.K.

D. J.kg/K.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Câu 4.3 trang 12 SBT Vật Lí 12: Nhiệt dung riêng của một chất đang không ở trạng thái chuyển thể phụ thuộc vào

A. khối lượng của chất đó.

B. nhiệt độ hiện tại của chất đó.

C. thể hiện tại của chất đó.

D. nhiệt độ môi trường.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Câu 4.4 trang 13 SBT Vật Lí 12: Giá trị nhiệt dung riêng của các chất được cung cấp trong Bảng 4.1 là các giá trị đo được

A. tại cùng một nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn.

B. với cùng một khối lượng.

C. khi các chất ở cùng một thể.

D. trong điều kiện áp suất tiêu chuẩn và khi thể của các chất được chọn ở nhiệt độ trong ngưỡng tồn tại của thể đó.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Câu 4.5 trang 13 SBT Vật Lí 12: Hãy chỉ ra câu sai trong các câu sau: Nhiệt dung riêng của một chất là

A. là nhiệt lượng cần thiết để nhiệt độ của 1 kg chất đó tăng thêm 1 °C kể cả trong trường hợp việc tăng nhiệt độ như vật có thể làm thay đổi thể của nó.

B. là nhiệt lượng cần thiết để nhiệt độ của 1 kg chất đó tăng thêm 1 K mà không làm thay đổi thể của nó.

C. bằng nhiệt lượng toả ra khi 1 kg chất đó giảm đi 1 °C mà không làm thay đổi thể của nó.

D. là nhiệt lượng cần thiết để nhiệt độ của 1 kg chất đó tăng thêm 1 ^oC mà không làm thay đổi thể của nó.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Nhiệt dung riêng của một chất phải được xét trong cùng một thể.

Câu 4.6 trang 13 SBT Vật Lí 12: Để diệt trừ các bào tử nấm và kích thích quá trình nảy mầm của hạt giống lúa, người nông dân đã sử dụng một kinh nghiệm dân gian là ngâm chúng vào trong nước ấm theo công thức “hai sôi, ba lạnh”. Tức là nước ấm sẽ được tạo ra bằng cách pha hai phần nước sôi với ba phần nước lạnh.

1. Khi ta không có dụng cụ đo được nhiệt độ T_L của nước lạnh hãy sử dụng công thức 4.1 trong SGK để xác định mối liên hệ giữa nhiệt độ của nước ấm và T_L.

2. Hãy xác định nhiệt độ nước ấm pha được khi nước lạnh được múc từ giếng sâu có nhiệt độ luôn bằng 20 °C.

3. Nếu người ta sử dụng nước máy có nhiệt độ 25 °C thì nhiệt độ nước ấm sẽ là bao nhiêu?

Lời giải:

1. Gọi nhiệt độ nước ấm là T_A, khối lượng của một phần nước là m. Áp dụng công thức (4.1 SGK) $\frac{Q}{m\Delta T}=$hằng số, ta thấy để 3 phần nước lạnh tăng nhiệt độ từ T_L lên T_A cần một nhiệt lượng bằng: Q₁ = 3mc(T_A - T_L).

Theo định luật bảo toàn năng lượng, nhiệt lượng toả ra khi 2 phần nước sôi giảm nhiệt độ về T_A cũng chính bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho chúng từ nhiệt độ T_L đến nhiệt độ sôi, và bằng Q₂ = 2mc(100 – T_A).

Theo định luật bảo toàn năng lượng, Q₁ sẽ bằng Q₂ nên ta có:

3mc(T_A - T_L) = 2mc(100 - T_A). Do đó ${\text{T}}_{\text{A}}=\frac{200+3 {\text{T}}_{\text{L}}}{5}$

2. Áp dụng với T_L = 20 °C ta tính được T_A = 52 °C.

3. Áp dụng với T_L = 25° C ta tính được T_A = 55 °C.

Câu 4.7 trang 13 SBT Vật Lí 12: Nhiệt độ nước tắm thích hợp cho trẻ sơ sinh là 38 °C. Bình nước nóng được điều chỉnh để tránh bị bỏng khi tắm cho bé có nhiệt độ cao nhất là 49 °C. Nước lạnh được lấy từ trên bể trữ nước inox trên trần nhà có nhiệt độ tương ứng với nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ không khí vào một buổi chiều mùa đông là 16 °C và ổn định khá lâu, để pha nước tắm cho bé thì ta cần pha theo tỉ lệ nóng lạnh như thế nào?

Lời giải:

Gọi nhiệt độ nước nóng là T_N = 49 ^oC; nhiệt độ nước ấm thích hợp là T_A = 38 ^oC; nhiệt độ nước lạnh là T_L = 16 ^oC. Gọi tỉ lệ nước nóng và nước lạnh là k, khối lượng nước lạnh cần sử dụng là m thì khối lượng nước nóng thêm vào là k.m.

Áp dụng công thức (4.1) và tính tương tự bài 4.6, ta có:

$mc\left(T_A-T_L\right)=kmc\left(49-T_A\right)\Rightarrow \left(38-16\right)=k\left(49-38\right)\Rightarrow k=2$

Do đó ta thu được kết quả tỉ lệ nước nóng – lạnh là hai phần nước nóng với một phần nước lạnh.

Câu 4.8 trang 14 SBT Vật Lí 12: Giá điện trung bình của trường THPT năm 2023 là 1 980 đồng/kWh đã tính cả hao phí. Bếp của nhà trường sử dụng là bếp điện với hiệu suất 70% và mỗi ngày cần đun 40 phích nước (bình thuỷ) 1,8 lít để sử dụng trong trường. Nhà trường dự định mua ấm điện với hiệu suất 90% thì mỗi tháng trong năm 2023 nhà trường sẽ tiết kiệm được bao nhiêu tiền điện? Biết rằng trung bình mỗi tháng nhà trường hoạt động 26 ngày và coi như nhiệt độ nước máy luôn bằng 20 °C.

Lời giải:

Chú ý rằng 1,8 lít nước có khối lượng 1,8 kg; 1 kWh = 3 600 000 J.

Khối lượng nước cần đun trong một tháng bằng: 40.1,8.26 = 1 872 kg

Nhiệt lượng cần cung cấp để làm 1 872 kg nước sôi từ nhiệt độ ban đầu 20 °C là

Q = mc(100 - 20) = 1 872.4 200.80= 628 992 000 J

Nếu đun nước bằng bếp điện thì cần lượng điện tiêu thụ là:

${\text{N}}_{\text{B}}=\frac{628992000}{3600000}\cdot \frac{100}{70}=249,6\text{kWh}$

Nếu đun nước bằng ấm điện thì cần lượng: ${\text{N}}_{\text{A}}=\frac{628992000}{3600000}\cdot \frac{100}{90}=194,1\text{kWh}$

Số tiền điện dùng đun nước nhà trường tiết kiệm được mỗi tháng bằng:

1 980(249,6 – 194,1) = 109 890 (đồng).

Câu 4.9 trang 14 SBT Vật Lí 12: Khi thép đang nóng chảy được làm nguội nhanh về nhiệt độ phòng sẽ giúp tăng độ cứng cho thép và cách làm như vậy được gọi là tôi thép. Người ta có thể sử dụng nước để làm hạ nhiệt độ nhanh cho thép đang nóng đỏ vì

A. nhiệt dung riêng của nước cao hơn nhiều so với của thép trong khi đó nhiệt độ sôi của nước lại thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của thép.

B. nhiệt độ nóng chảy của nước thấp hơn nhiều so với của thép.

C. nước có khả năng bốc hơi rất nhanh khi gặp kim loại nóng.

D. sử dụng nước là do thói quen vì thật ra có thể để thép nóng đỏ trong không khí thì thép cũng hạ nhanh về nhiệt độ phòng.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Khi thép đang nóng chảy được làm nguội nhanh về nhiệt độ phòng sẽ giúp tăng độ cứng cho thép và cách làm như vậy được gọi là tôi thép. Người ta có thể sử dụng nước để làm hạ nhiệt độ nhanh cho thép đang nóng đỏ vì nhiệt dung riêng của nước cao hơn nhiều so với của thép trong khi đó nhiệt độ sôi của nước lại thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của thép.

Câu 4.10 trang 14 SBT Vật Lí 12: Trong thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của một chất, với cùng một bộ thí nghiệm như vậy, chúng ta có nên chọn phương án dùng xăng dầu thay cho nước như ở SGK không

A. Dùng được vì chúng đều là chất lỏng nên cách đo đạc sẽ giống nhau.

B. Không nên dùng vì các thí nghiệm về nhiệt hay về điện đối với xăng dầu đòi hỏi thiết bị và quy trình thí nghiệm phải tuyệt đối an toàn.

C. Không dùng được vì tăng nhiệt độ của xăng dầu một chút sẽ gây nổ.

D. Dùng được vì nhiệt độ sôi của xăng dầu cao hơn nước.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Không nên dùng vì các thí nghiệm về nhiệt hay về điện đối với xăng dầu đòi hỏi thiết bị và quy trình thí nghiệm phải tuyệt đối an toàn.

Câu 4.11 trang 14 SBT Vật Lí 12: Trong thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước ở SGK, khi tính nhiệt dung riêng theo công thức ${\text{c}}_{{\text{H}}_2\text{O}}=\frac{\mathcal{P}\left({\tau }_{\text{N}}-{\tau }_{\text{M}}\right)}{\text{m}\left({\text{t}}_{\text{N}}-{\text{t}}_{\text{M}}\right)}$ sẽ cho giá trị

A. cao hơn thực tế vì khối lượng của nước sẽ giảm nhiều trong quá trình đun nóng.

B. cao hơn thực tế vì hiệu suất bộ thí nghiệm luôn nhỏ hơn 100%.

C. thấp hơn thực tế vì hiệu suất bộ thí nghiệm luôn nhỏ hơn 100%.

D. thấp hơn thực tế vì nước sẽ nở ra trong quá trình đun nóng.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Nhiệt dung riêng theo công thức ${\text{c}}_{{\text{H}}_2\text{O}}=\frac{\mathcal{P}\left({\tau }_{\text{N}}-{\tau }_{\text{M}}\right)}{\text{m}\left({\text{t}}_{\text{N}}-{\text{t}}_{\text{M}}\right)}$ sẽ cho giá trị cao hơn thực tế vì hiệu suất bộ thí nghiệm luôn nhỏ hơn 100%.

Câu 4.12 trang 15 SBT Vật Lí 12: Trong thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước ở SGK, công suất điện trên oát kế là 950 W, khối lượng nước được sử dụng là 1 kg. Đồ thị thực nghiệm nhiệt độ phụ thuộc vào thời gian xác định được như Hình 4.1.

Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của nước trong nhiệt lượng kế

1. Hãy tính nhiệt dung riêng của nước.

2. Nếu hao phí nhiệt lượng là 1,4%, hãy tính lại nhiệt dung riêng của nước.

Lời giải:

1. Áp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của nước ta được:

${\text{c}}_{{\text{H}}_2\text{O}}=\frac{\mathcal{P}\left({\tau }_{\text{N}}-{\tau }_{\text{M}}\right)}{\text{m}\left({\text{t}}_{\text{N}}-{\text{t}}_{\text{M}}\right)}=\frac{950\cdot (144-32)}{1.(60-35)}=4256( \text{J}/\text{Kg}\cdot \text{K})$

2. Khi hao phí nhiệt lượng là 1,4% thì nhiệt lượng cung cấp làm cho nước trong bình tăng nhiệt độ chỉ bằng 98,6% điện năng tiêu thụ, do đó nhiệt dung riêng của nước khi tính lại bằng: ${\text{c}}_{{\text{H}}_2\text{O}}=\frac{98,6\%\mathcal{P}\left({\tau }_{\text{N}}-{\tau }_{\text{M}}\right)}{\text{m}\left({\text{t}}_{\text{N}}-{\text{t}}_{\text{M}}\right)}=\frac{98,6\%.950\cdot (144-32)}{1.(60-35)}=4196,4( \text{J}/\text{kg}\cdot \text{K})$

Lý thuyết Nhiệt dung riêng

I. Khái niệm nhiệt dung riêng

1. Hệ thức tính nhiệt lượng trong quá trình truyền nhiệt để làm thay đổi nhiệt độ của vật

Các hiện tượng quan sát được hằng ngày cho thấy độ lớn của nhiệt lượng cần cung cấp cho vật để làm tăng nhiệt độ của nó phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Khối lượng của vật;

- Độ tăng nhiệt độ của vật;

- Tính chất của chất làm vật.

Nhiệt lượng cần thiết để làm thay đổi nhiệt độ của một lượng chất: $Q=mc.\Delta T$

2. Định nghĩa nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng $c=\frac{Q}{m\Delta T}$ của một chất là nhiệt lượng cần thiết để 1 kg chất đó tăng thêm 1K (hoặc 1°C).

II. Thực hành đo nhiệt dung riêng của nước

Sử dụng bộ dụng cụ thí nghiệm dưới

- Đổ một lượng nước vào bình nhiệt lượng kế, sao cho toàn bộ dây điện trở chìm trong nước, xác định khối lượng nước này.

- Cắm đầu đo của nhiệt kế vào nhiệt lượng kế.

- Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện.

- Bật nguồn điện.

- Khuấy liên tục để nước nóng đều. Cứ sau mỗi khoảng thời gian 1 phút, đọc công suất dòng điện từ oát kế, nhiệt độ từ nhiệt kế rồi điền kết quả vào vở theo mẫu tương tự Bảng 4.2.

- Tắt nguồn điện.