Giải bài tập SBT Vật Lí 10 Bài 32: Nội năng và sự biến thiên nội năng

Nhiệt độ của vật giảm là do các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật

A. ngừng chuyển động.

B. nhận thêm động năng.

C. chuyển động chậm đi

D. va chạm vào nhau.

Phương pháp giải

Các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động không ngừng. Các nguyên tử, phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ càng cao và ngược lại.

Hướng dẫn giải

- Nhiệt độ của vật giảm là do phân tử cấu tạo nên vật chuyển động chậm đi.

- Chọn đáp án C

Nhiệt độ của vật không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây ?

A. Khối lượng của vật.

B. Vận tốc của các phân tử cấu tạo nên vật.

C. Khối lượng của từng phân tử cấu tạo nên vật.

D. Cả ba yếu tố trên.

Phương pháp giải

Nhiệt độ của vật phụ thuộc vào vận tốc và khối lượng của từng phân tử cấu tạo nên vật

Hướng dẫn giải

- Nhiệt độ của vật không phụ thuộc vào khối lượng của vật.

- Chọn đáp án A

Câu nào sau đây nói về nội năng là đúng?

A. Nội năng là nhiệt lượng.

B. Nội năng của vật A lớn hơn nội năng của vật B thì nhiệt độ của vật cũng lớn hơn nhiệt độ của vật B.

C. Nội năng của vật chỉ thay đổi trong quá trình truyền nhiệt, không thay đổi trong quá trình thực hiện công.

D. Nội năng là một dạng năng lượng.

Phương pháp giải

Nội năng là một dạng năng lượng bao gồm tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật

Hướng dẫn giải

A- sai vì nội năng là một dạng năng lượng còn nhiệt lượng không được gọi là một dạng năng lượng

B- sai nhiệt độ lớn thì vật có nội năng lớn, vật có nội năng lớn chưa chắc nhiệt độ lớn

C- sai vì có hai cách làm thay đổi nội năng của vật là thực hiện công và truyền nhiệt

⇒ Chọn đáp án D

Câu nào sau đây nói về truyền nhiệt và thực hiện công là không đúng ?

A. Thực hiện công là quá trình có thể làm thay đổi nội năng của vật.

B. Trong thực hiện công có sự chuyển hoá từ nội năng thành cơ năng và ngược lại.

C. Trong truyền nhiệt có sự truyền động năng từ phân tử này sang phân tử khác.

D. Trong truyền nhiệt có sự chuyển hoá từ cơ năng sang nội năng và ngược lại.

Phương pháp giải

- Thực hiện công: Có sự chuyển hóa từ dạng năng lượng khác (cơ năng) sang nội năng

- Truyền nhiệt: Không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng năng lượng này sang năng lượng khác mà chỉ có sự truyền nội năng từ vật này sang vật khác 

Hướng dẫn giải

D- sai vì trong quá trình truyền nhiệt, không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác

⇒ Chọn đáp án D

Người ta thực hiện một công 60 kJ để nén đẳng nhiệt một lượng khí. Độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng do khí tỏa ra là: 

A. ΔU=−60kJ; Q=0

B. ΔU=60kJ; Q=0

C. ΔU=0; Q=60kJ

D. ΔU=0; Q=−60kJ

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: ΔU=A+Q để tính độ biến thiên nội năng

Hướng dẫn giải

- Vì hệ nhận công nên A = 60kJ; nén đẳng nhiệt nên Q = 0 

⇒ΔU=A+Q=60kJ

- Chọn đáp án B

Chất khí không thực hiện công trong quá trình nào của đường biểu diễn vẽ ở hình 32.1.

A. 1→2

B. 4→1

C. 3→4

D. 2→3

Phương pháp giải

Trong quá trình biến đổi trạng thái đẳng tích hệ không thực hiện công

Hướng dẫn giải

- Từ đồ thị ta có: quá trình 12 - đẳng áp; quá trình 23 - đẳng nhiệt; quá trình 34 - đẳng áp; quá trình 41 - đẳng tích. Mà quá trình đẳng tích thì hệ chất khí không thực hiện công

- Chọn đáp án B

Tại sao nội năng của vật ở trạng thái rắn thì phụ thuộc vào thể tích và nhiệt độ của vật, còn ở trạng thái khí lí tưởng thì chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào thể tích ?

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về nội năng và sự biến thiên nội năng để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

Nhiệt độ của vật liên quan đến vận tốc chuyển động của các phân tử, nghĩa là liên quan đến động năng phân tử, còn thể tích của vật liên quan đến khoảng cách giữa các phân tử, nghĩa là liên quan đến lực tương tác phân tử và thế năng phân tử. Đối với chất rắn thì lực tương tác phân tử rất lớn nên thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là đáng kể vì vậy nội năng của vật vừa phụ thuộc vào nhiệt độ, vừa phụ thuộc vào thể tích ; còn đối với khí lí tưởng vì lực tương tác phân tử là không đáng kể, nên thế năng phân tử là không đáng kể, vì vậy nội năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc thể tích.

Người ta bỏ một miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 50 g ở nhiệt độ 136°C vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung (nhiệt lượng cần để làm cho vật nóng thêm lên 1°C) là 50 J/K chứa 100 g nước ở 14°C. Xác định khối lượng của kẽm và chì trong hợp kim trên, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt trong nhiệt lượng kế là 18°C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của kẽm là 337 J/(kg.K), của chì là 126 J/(kg.K), của nước là 4180 J/(kg.K).

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính nhiệt lượng tỏa ra hoặc thu vào: Q=mcΔt

- Áp dụng phương trình cần bằng nhiệt Q_toa=Q_thu

để tính khối lượng theo công sức:

\({m_1} = \frac{{Q' - 0,05{c_2}{\rm{\Delta }}t}}{{{\rm{\Delta }}t\left( {{c_1} - {c_2}} \right)}}\)

Hướng dẫn giải

- Nhiệt lượng toả ra :

Q = m₁c₁Δt + (0,05 - m₁)c₂ .Δt                                         (1)

Ở đây m₁, c₁ là khối lượng và nhiệt dung riêng của kẽm, c₂ là nhiệt dung riêng của chì.

- Nhiệt lượng thu vào :

Q' = mcΔt' + c'Δt' = (mc + c')Δ t'                                        (2)

Ở đây m, c là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước, c' là nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế. 

- Từ (1) và (2) rút ra :

\({m_1} = \frac{{Q' - 0,05{c_2}{\rm{\Delta }}t}}{{{\rm{\Delta }}t\left( {{c_1} - {c_2}} \right)}} = 0,045(kg)\)

Khối lượng của chì m₂ = 0,05 – m₁, hay m₂ = 0,005 kg.

Một quả bóng khối lượng 100 g rơi từ độ cao 10 m xuống sân và nảy lên được 7 m. Tại sao bóng không nảy lên được tới độ cao ban đầu? Tính độ biến thiên nội năng của quả bóng, mặt sân và không khí. 

Phương pháp giải

Tính độ biến thiên nội năng theo công thức;

ΔU=E₁−E₂=mg(h₁−h₂)

Hướng dẫn giải

Vì một phần cơ năng của quá bóng đã chuyển hóa thành nội năng của bóng, sân và không khí:

ΔU=E₁−E₂=mg(h₁−h₂)=2,94J

Người ta cung cấp cho chất khí đựng trong xilanh một nhiệt lượng 100 J. Chất khí nở ra đẩy pittong lên và thực hiện một công là 70J. Hỏi nội năng của khí biến thiên một lượng bằng bao nhiêu?

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: ΔU=A+Q để tính độ biến thiên nội năng

Hướng dẫn giải

Độ biến thiên nội năng là:

ΔU=Q+A=100−70==30J

Để xác định nhiệt độ của một cái lò, người ta đưa vào lò một miếng sắt khối lượng 22,3 g. Khi miếng sắt có nhiệt độ bằng nhiệt độ của lò, người ta lấy ra và thả ngay vào một nhiệt lượng kế chứa 450 g nước ở nhiệt độ 15⁰C. Nhiệt độ của nược tăng lên tới 22,5⁰C

a) Xác định nhiệt độ của lò. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 478 J/(kg.K), của nước là 4180 J/(kg.K)

b) Trong câu trên người ta đã bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của nhiệt lượng kế. Thực ra nhiệt lượng kế có khối lượng là 200 g và làm bằng chất có nhiệt dung riêng là 418 J/(kg.K). Hỏi nhiệt độ xác định ở câu trên sai bao nhiêu phần trăm so với nhiệt độ của lò?

Phương pháp giải

a)- Tính nhiệt lượng tỏa ra và nhiệt lượng thu vào theo công thức:

Q=mc(t_sau-t_truoc)

- Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁=Q₂ để tìm nhiệt độ của lò

b)- Tương tự từ công thức tính nhiệt lượng và phương trình cân bằng nhiệt tính nhiệt độ với khối lượng và nhiệt dung riêng tương ứng

- Tính sai số theo công thức: \(\frac{{{\rm{\Delta }}{t_1}}}{{{t_1}}} \)

Hướng dẫn giải

a)- Nhiệt lượng do sắt tỏa ra: 

Q₁=m₁c₁(t₁−t)

- Nhiệt lượng do nước thu vào: 

Q₂=m₂c₂(t−t₂)

- Vì Q₁=Q₂ nên: 

m₁c₁(t₁−t)=m₂c₂(t−t₂)

⇒ t₁≈1346⁰C

b) Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế thu vào:

Q₃=m₃c₃(t−t₂)

- Ta có Q₁=Q₂+Q₃. Từ đó tính được: 

\({t_1} \approx {1405^0}C\)

- Sai số tương đối là:

\(\frac{{{\rm{\Delta }}{t_1}}}{{{t_1}}} = \frac{{1405 - 1346}}{{1405}} \approx 4{\rm{\% }}\)