Các dạng bài tập học sinh giỏi phần nhiệt học một số bài tập định tính nhiệt học

CÁC DẠNG BÀI TẬP HSG PHẦN NHIỆT HỌC MỘT SỐ BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH NHIỆT HỌC Bài1: Nhiệt độ bình thường của thân thể người là 36,60C. Tuy nhiên ta không thấy lạnh 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 lạnh hơn. Nhưng một chậu nước để trong phòng có nhiệt độ bằng nhiệt độ của không khí xung quanh, lẽ ra nó không thể bay hơi được vì không nhận được sự truyền nhiệt từ không khí vào nước. 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 cái cốc bằng giấy, nếu đưa cốc này vào ngọn lửa của bếp đèn dầu đang cháy. Hãy giải thích nghịch lí đó. Bài 4: Về mùa hè, ở nhiều xứ nóng người ta thường mặc quần áo dài hoặc quấn quanh người bằng những tấm vải lớn. Còn ở nước ta lại thường mặc quần áo mỏng, ngắn. Vì sao 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 cốc nước. Nếu đun nóng đều cốc nước và quả cầu thì số chỉ lực kế tăng hay giảm? Biết rằng khi nhiệt 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 của hỗn 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 đẵ lấy nước cất ở t1= 600C trộn với nước cất đang ở nhiệt độ t2= 40C. Hoỉ đẵ dùng bao nhiêu nước 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 có khối 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 trao đổi 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 = 9170C rồi 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 dung riêng 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 một chiếc nồi bằng nhôm có khối lượng m1 chưa biết, người ta đẵ cấp một nhiệt lượng Q = 779 760J. 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 nước cùng 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 hỗn hợp. 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 = 1kg nước ở t2 = 200C. Người ta trút một lượng nước m, từ bình 1 sang bình 2. Sau khi ở bình 2 nhiệt 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 ở bình 2. Bài 8 : Có hai bình, mỗi bình đựng một chất lỏng nào đó. Một HS lần lượt múc từng ca chất lỏng 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 và khối lượng của mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 2 đều như nhau. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. 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 độ chung 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 đến 21,20C. 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 lượng cung 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 nếu không 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 khối lượng 0,5kg. Biết chỉ có 30% nhiệt lượng do dầu tỏa ra khi bị đốt cháy làm nóng ấm và nước trong ấm, NDR của nước và nhôm theo thứ tự lần lượt là 4200J/kg.K và 880J/kg.K, NSTN của 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 rằng NSTN 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, mỗi ngày 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 và hiệu 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 nhômcó khối lượng 200g. Biết NDR của nước và ấm nhôm là c1=4200J/kg.K; c2 = 880J/kg.K, NSTN của 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 cung cấp nhiệt một cách đều đặn và kể từ lúc đun cho đến lúc sôi mất thời gian 15 phút. Biết nhiệt hóa hơi của nước L = 2,3.106J/kg. BÀI TẬP VỀ SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT Bài 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 của nước 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 42s Bài 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 37,8kg Bài 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: 0,32kg Bài 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 lượng nước 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 1000C (gọi là nước nấu quá) và dưới 00C (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 nhiệt lượng kế bằng bao nhiêu? Vỏ nhiệt lượng kế có khối lượng M = 425g và NDR c = 400J/kg.K. ĐS: 40C Bài 6: Khi bỏ một hạt nước nhỏ vào nước cóng thì nước lập tức bị đóng băng. Hãy xác định Có bao nhiêu nước đá được hình thành từ M = 1kg nước cóng ở nhiệt độ t1 = - 80C. Cần phải làm cóng nước đến nhiệt độ bằng bao nhiêu để nó hoàn toàn biến thành nước đá. Bỏ qua sự phụ thuộc NDR và NNC của nước vào nhiệt độ. ĐS: a. 86g b. -1620C