Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 8 - Đề 4

Bài tập vật lí 8 * Câu 16: Nhiệt độ bình thường của thân thể người ta là 36,60C. Tuy vậy người ta không cảm thấy lạnh khi nhiệt độ không khí là 250C và cảm thấy rất nóng khi nhiệt độ không khí là 360C. Còn ở 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? * Câu 17 Một chậu nhôm khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước ở 200C a) Thả vào chậu nhôm một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ở lò ra. Nước nóng đến 21,20C. Tìm nhiệt độ của bếp lò? Biết nhiệt dung riêng của nhôm, nước và đồng lần lượt là: c1= 880J/kg.K , c2= 4200J/kg.K , c3= 380J/kg.K . Bỏ qua sự toả nhiệt ra môi trường b) Thực ra trong trường hợp này, nhiệt lượng toả ra môi trường là 10% nhiệt lượng cung cấp cho chậu nước. Tìm nhiệt độ thực sự của bếp lò. c) Nếu tiếp tục bỏ vào chậu 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 tan không hết? Biết nhiệt nóng chảy của nước đá là l = 3,4.105J/kg * Câu 18 Trong một bình đậy kín có một cục nước đá có khối lượng M = 0,1kg nổi trên nước, trong cục đá có một viên chì có khối lượng m = 5g. Hỏi phải tốn một nhiệt lượng bằng bao nhiêu để cục nước đá có lõi chì bắt đầu chìm xuống. Cho khối lượng riêng của chì bằng 11,3g/cm3, của nước đá bằng 0,9g/cm3, nhiệt nóng chảy của nước đá là l = 3,4.105J/kg. Nhiệt độ nước trung bình là 00C * Câu 19 Có hai bình cách nhiệt. Bình 1 chứa m1 = 2kg nước ở t1 = 200C, bình 2 chứa m2 = 4kg nước ở t2 = 600C. Người ta rót một lượng nước m từ bình 1 sang bình 2, sau khi cân bằng nhiệt, người ta lại rót một lượng nước m như thế từ bình 2 sang bình 1. Nhiệt độ cân bằng ở bình 1 lúc này là t’1 = 21,950C Tính lượng nước m trong mỗi lần rót và nhiệt độ cân bằng t’2 của bình 2 Nếu tiếp tục thực hiện lần hai, tìm nhiệt độ cân bằng của mỗi bình Hướng dẫn giải * Câu 16: Con người là một hệ nhiệt tự điều chỉnh có quan hệ chặt chẽ với môi trường xung quanh. Cảm giác nóng và lạnh xuất hiện phụ thuộc vào tốc độ bức xạ của cơ thể. Trong không khí tính dẫn nhiệt kém, cơ thể con người trong quá trình tiến hoá đã thích ứng với nhiệt độ trung bình của không khí khoảng 250C. nếu nhiệt độ không khí hạ xuống thấp hoặc nâng lên cao thì sự cân bằng tương đối của hệ Người – Không khí bị phá vỡ và xuất hiện cảm giác lạnh hay nóng. Đối với nước, khả năng dẫn nhiệt của nước lớn hơn rất nhiều so với không khí nên khi nhiệt độ của nước là 250C người đã cảm thấy lạnh. Khi nhiệt độ của nước là 36 đến 370C sự cân bằng nhiệt giữa cơ thể và môi trường được tạo ra và con người không cảm thấy lạnh cũng như nóng * Câu 17 a) Gọi t0C là nhiệt độ của bếp lò, cũng là nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng. Nhiệt lượng chậu nhôm nhận được để tăng từ t1 = 200C đến t2 = 21,20C: Q1 = m1. c1. (t2 – t1) (m1 là khối lượng của chậu nhôm ) Nhiệt lượng nước nhận được để tăng từ t1 = 200C đến t2 = 21,20C: Q2 = m2. c2. (t2 – t1) (m2 là khối lượng của nước ) Nhiệt lượng khối đồng toả ra để hạ từ t0C đến t2 = 21,20C: Q3 = m3. c3. (t0C – t2) (m2 là khối lượng của thỏi đồng ) Do không có sự toả nhiệt ra môi trường xung quanh nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có : Q3 = Q1 + Q2 ị m3. c3. (t0C – t2) = (m1. c1 + m2. c2). (t2 – t1) ị t0C = t0C = 232,160C b) Thực tế, do có sự toả nhiệt ra môi trường nên phương trình cân bằng nhiệt được viết lại: Q3 – 10%( Q1 + Q2) = Q1 + Q2 ị Q3 = 110%( Q1 + Q2) = 1,1.( Q1 + Q2) Hay m3. c3. (t’ – t2) = 1,1.(m1. c1 + m2. c2). (t2 – t1) ị t’ = t’ = 252,320C c) Nhiệt lượng thỏi nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn ở 00C Q = l.m 3,4.105.0,1 = 34 000J Nhiệt lượng cả hệ thống gồm chậu nhôm, nước, thỏi đồng toả ra để giảm từ 21,20C xuống 00C là Q’ = (m1.c1 + m1.c1 + m1.c1) (21,2 – 0) = ( 0,5. 880 + 2. 4200 + 0,2. 380). 21,2 = 189019J Do Q > Q’ nên nước đá tan hết và cả hệ thống âng lên đến nhiệt độ t’’ được tính : DQ = Q’ – Q = [m1.c1 + (m2 + m).c2 + m3.c3]. t’’ Nhiệt lượng còn thừa lại dùng cho cả hệ thống tăng nhiệt độ từ 00C đến t’’ t’’ = * Câu 18 Để cục chì bắt đầu chìm không cần phải tan hết đá, chỉ cần khối lượng riêng trung bình của nước đá và cục chì trong nó bằng khối lượng riêng của nước là đủ Gọi M1 là khối lượng còn lại của cục nước đá khi bắt đầu chìm ; Điều kiện để cục chì bắt đầu chìm là : Trong đó V : Thể tích cục đá và chì Dn : Khối lượng riêng của nước Chú ý rằng : V = Do đó : M1 + m = Dn () Suy ra : M1 = m. Khối lượng nước đá phải tan : DM = M – M1 = 100g – 41g = 59g Nhiệt lượng cần thiết là: Q = l.DM = 3,4.105.59.10-3 = 20 060J Nhiệt lượng này xem như chỉ cung cấp cho cục nước đá làm nó tan ra. * Câu 19 a) Sau khi rót lượng nước m từ bình 1 sang bình 2, nhiệt độ cân bằng của bình 2 là t’2 ta có: m.c(t’2- t1) = m2.c(t2- t’2) ị m. (t’2- t1) = m2. (t2- t’2) (1) Tương tự cho lần rót tiếp theo, nhiệt độ cân bằng của bình 1 là t’1. Lúc này lượng nước trong bình 1 chỉ còn (m1 – m). Do đó m.( t’2 - t’1) = (m1 – m)( t’1 – t1) ị m.( t’2 - t’1) = m1.( t’1 – t1) (2) Từ (1) và (2) ta suy ra : m2. (t2- t’2) = m1.( t’1 – t1) ị t’2 = (3) Thay (3) vào (2) ta rút ra: m = (4) Thay số liệu vào các phương trình (3); (4) ta nhận được kết quả t’2 ằ 590C; m = 0,1kg = 100g b) Bây giờ bình 1 có nhiệt độ t’1= 21,950C. Bình 2 có nhiệt độ t’2 = 590C nên sau lần rót từ bình 1 sang bình 2 ta có phương trình cân bằng nhiệt: m.(t’’2- t’1) = m2.(t’2 – t’’2) ị t’’2(m + m2) = m t’1 + m2 t’2 ị t’’2 = Thay số vào ta được t’’2 = 58,120C Và cho lần rót từ bình 2 sang bình 1: m.( t’’2 - t’’1) = (m1 – m)( t’’1- t’1) ị t’’1.m1 = m. t’’2 + (m1 - m). t’1 ị t’’1 =