Giải SBT Vật lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 3. Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học

Đáp án đúng là D

Nội năng của một vật là tổng động năng (phụ thuộc vào nhiệt độ) và thế năng phân tử (phụ thuộc vào thể tích) cấu tạo nên vật.

Đáp án đúng là D

Nung đồng trong lò là quá trình truyền nhiệt.

Đáp án đúng là C

Khi cọ xát hai thanh gỗ, hai thanh gỗ nhận công của lực ma sát, làm nội năng của hai thanh gỗ tăng, dẫn đến nhiệt độ của chúng tăng.

a) Đúng;

b) Sai; nội năng không phải là nhiệt lượng.

c) Sai; nội năng thay đổi do quá trình thực hiện công.

d) Đúng;

e) Đúng;

f) Sai; vật truyền nhiệt cho vật khác thì nội năng giảm.

g) Đúng,

h) Đúng;

i) Đúng;

j) Sai. Ống bơm nóng lên là do khối khí nhận công từ bên ngoài.

Đáp án đúng là D

Chưa đủ căn cứ để kết luận vì Q > 0 và A < 0 nên DU = A + Q chưa xác định được dấu.

Đáp án đúng là A

A > 0: khối khí nhận công

Q < 0: khối khí truyền nhiệt.

Đáp án đúng là D

Vì khối khí giữ nguyên thể tích nên công A = 0 (lúc này DU = Q) và khối khí được làm lạnh (khối khí toả nhiệt ra bên ngoài) nên Q < 0.

Đáp án đúng là D

Đưa vật lên cao sẽ làm thay đổi cơ năng nhưng không làm thay đổi nội năng của vật.

Đáp án đúng là A

A < 0: khối khí thực hiện công

Q > 0: khối khí nhận nhiệt lượng.

DU = A + Q = -70 + 100 = 30 J.

Đáp án đúng là C

Nội năng khối khí tăng ΔU > 0; khí nhận nhiệt lượng: Q > 0

A = DU – Q = 15 – 35 = -20 J < 0 nên khối khí thực hiện công.

Đáp án đúng là A

$c=\frac{Q}{m\Delta t}=\frac{6900}{0{,}3.50}=460\frac{J}{kg}\cdot K$

Có hai cách làm thay đổi nội năng của một vật là thực hiện công và truyền nhiệt.

Ví dụ về thực hiện công: Cọ xát đồng xu lên mặt bàn.

Ví dụ về truyền nhiệt: Hơ nóng đồng xu trên ngọn lửa.

Giống nhau: Đều làm thay đổi nội năng của vật.

Khác nhau:

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun ấm nước đến khi sôi ở 100 °C:

Q = (m$_{ấm}$c$_{th}$+ m$_{n}$c$_{n}$)(t$_{2}$ − t$_{1}$) = (0,5.460 + 1,8.4 180).(100 - 25) = 581 550 J

b) Thời gian đun sôi một ấm nước: $W=Q=P.t\Rightarrow t=\frac{Q}{P}=\frac{581550}{1500}\approx 388s$

a) Gọi t (°C) là nhiệt độ của lò nung.

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có: ${m}_{s}{c}_{s}(t-{t}_{cb})=({m}_{n}{c}_{n}+{m}_{nlk}{c}_{th})({t}_{n}-{t}_{cb})$

$\Rightarrow t=\frac{({m}_{n}{c}_{n}+{m}_{nlk}{c}_{th})({t}_{n}-{t}_{cb})}{{m}_{s}{c}_{s}}+{t}_{cb}=\frac{(0{,}7\cdot 4180+0{,}15\cdot 460)\cdot 6}{0{,}05\cdot 460}+26\approx 807{,}3^{\circ}C$

b) Nhiệt lượng cần thiết: $Q=(0{,}7\cdot 4180+0{,}15\cdot 460)\cdot 6=17970J.$

Độ biến thiên nội năng của miếng sắt từ lúc thả vào nước đến lúc cân bằng nhiệt:

$\Delta$U = A + Q = 0 – 17 970 = –17 970 J.

Nồi áp suất có nắp vung nồi được đậy rất kín với nồi, giúp hạn chế việc thất thoát do truyền nhiệt lượng ra môi trường ngoài nên thời gian nấu sẽ ngắn hơn.

Vì được đậy rất kín, nên nồi áp suất khí nhận nhiệt lượng từ bếp thì nhiệt lượng này không thể sinh công, gần như chuyển toàn bộ nhiệt lượng nhận được này thành nội năng của hệ làm tăng nhiệt độ nhanh hơn. So với nồi thông thường, hơi nước bốc lên dãn ra sinh công lên nắp vung hoặc lớp không khí bên trên, nên nội năng tăng ít hơn, dẫn đến nhiệt độ tăng chậm hơn.

Mặt khác, áp suất hơi nước trong nồi áp suất cao hơn so với nồi thông thường làm nhiệt độ trong nồi cũng cao hơn và kết quả thực phẩm sẽ nóng hơn.

a) Công khối khí thực hiện có độ lớn: |A| = Fd = pSd = pDV = 2.10$^{5}$.0,3.10$^{-3}$ = 60 J

b) Do khối khí thực hiện công nên A = -60 J.

Khối khí nhận nhiệt lượng nên Q = 40 J.

Độ biến thiên nội năng của khối khí: DU = A + Q = −60 + 400 = 340 J.

a) Ta có:

${m}_{A}{c}_{A}(16-12)={m}_{B}{c}_{B}(19-16)\Rightarrow 4{m}_{A}{c}_{A}=3{m}_{B}{c}_{B}$ (1)

${m}_{B}{c}_{B}(23-29)={m}_{C}{c}_{C}(28-23)\Rightarrow 5{m}_{C}{c}_{C}=4{m}_{B}{c}_{B}$ (2)

Từ (1) và (2), ta được: $16{m}_{A}{c}_{A}=15{m}_{C}{c}_{C}$ (3)

Gọi t$_{1}$là nhiệt độ cân bằng khi trộn mẫu A với mẫu C, ta có:

${m}_{A}{c}_{A}({t}_{1}-12)={m}_{C}{c}_{C}(28-{t}_{1})$ (4)

Thay (3) vào (4), ta tính được: ${t}_{1}=20{,}26^{\circ}C$.

b) Gọi t$_{2}$ là nhiệt độ cân bằng khi trộn cả ba mẫu với nhau, ta có:

${m}_{A}{c}_{A}({t}_{2}-12)+{m}_{B}{c}_{B}({t}_{2}-19)={m}_{C}{c}_{C}(28-{t}_{2})$

Ta tính được: ${t}_{2}=19{,}76^{\circ}C$

c) Tương tự, gọi ${t}_{3}$ là nhiệt độ cân bằng của hệ lúc này, ta có:

$2{m}_{A}{c}_{A}({t}_{3}-12)+{m}_{B}{c}_{B}({t}_{3}-19)={m}_{C}{c}_{C}(28-{t}_{3})$

Ta tính được: ${t}_{3}=18^{\circ}C$

Ta có: ${m}_{n}{c}_{n}+{m}_{nh}{c}_{nh}\Delta t+L\Delta {m}_{n}=0{,}8Pt$

$\Rightarrow P=\frac{{m}_{n}{c}_{n}\Delta t+{m}_{nh}{c}_{nh}\Delta t+L\Delta {m}_{n}}{0{,}8t}$

$=\frac{2.4200\cdot (100-23)+0{,}65.880(100-23)+2{,}3\cdot {10}^{6}.0{,}4}{0{,}8.40.60}\approx 839W$

Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa 1,5 kg nước ở 20 °C xuống 0 °C:

Q$_{1}$ = mc$_{n}$Dt$_{1}$ =1,5.4 200.(20 - 0) = 126 000 J

Nhiệt lượng cần cung cấp để chuyển 1,5 kg nước ở 0 °C trở thành băng ở 0 °C:

Q$_{2}$ = mλ = 1,5.0,34.10$^{6}$ = 510 000 J

Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa 1,5 kg băng từ 0 °C xuống −15 °C:

Q$_{3}$ = mc$_{b}$Dt$_{2}$ = 1,5.2 100.(15 - 0) = 47 250J

Công suất làm lạnh của tủ lạnh:

$P=\frac{{Q}_{1}+{Q}_{2}+{Q}_{3}}{t}=\frac{126000+510000+47250}{70.60}\approx 162{,}8W$

Do phòng kín và cách nhiệt, nên toàn bộ nhiệt lượng do 10 người toả ra trong 20 phút đều chuyển thành nội năng của không khí trong phòng: $\Delta U=Q=\frac{10.1800.20}{24.60}=250kcal$

Khối lượng không khí trong phòng: $m=ρV=1{,}2\cdot 5\cdot 10\cdot 3=180kg.$

Ta có: $Q=mc\Delta t\Rightarrow \Delta t=\frac{Q}{mc}=\frac{250}{180.0{,}24}\approx 5{,}8^{\circ}C.$

Công mà hệ (viên đạn và quả dưa) thực hiện có độ lớn:

$|A|=\Delta {W}_{d}=(\frac{1}{2}m{v}^{2}+\frac{1}{2}M{V}^{2})-\frac{1}{2}{{v}_{0}}^{2}$

Do hệ thực hiện công nên: $A=-[(\frac{1}{2}m{v}^{2}+\frac{1}{2}M{V}^{2})-\frac{1}{2}m{{v}_{o}}^{2}]=\frac{1}{2}m{{v}_{o}}^{2}-\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}M{V}^{2}$

Do không có sự truyền nhiệt nên độ tăng nội năng của hệ:

$\Delta U=A=\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}-\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}M{V}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 0{,}045\cdot {100}^{2}-\frac{1}{2}\cdot 0{,}045\cdot {80}^{2}-\frac{1}{2}\cdot 0{,}5\cdot 0,{2}^{2}=80{,}95J$