Một học sinh làm thí nghiệm đun nóng để làm 0,020 kg nước đá (thể rắn) ở 0°C chuyển hoàn toàn thành hơi nước ở 100°C. Cho nhiệt nóng chảy của nước ở 0°C là $3,{34.10^5}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}$; nhiệt dung riêng của nước là $4,20\;{\rm{kJ}}/{\rm{kgK}}$; nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 100°C là $2,26 \cdot {10^6}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}.$ Bỏ qua hao phí toả nhiệt ra môi trường. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

Câu 15:

Trong công nghệ khí nén, người ta sử dụng điện năng sinh công để nén một lượng khí lớn vào trong một bình kín có vỏ bằng kim loại chắc chắn và gọi đây là bình tích áp. Van đóng mở bình tích áp này được lắp nối với một ống dẫn khí và cuối đường ống sẽ là bộ phận (như phanh ô tô) hoặc dụng cụ cơ khí (như khoan bắt vít trong sửa ô tô, xe máy). Chú ý rằng, trong quá trình nén khí, động cơ điện sẽ lấy thêm không khí bên ngoài nén vào trong bình. Trong quá trình khối khí sinh công làm phanh ô tô hoặc quay trục khoan bắt vít sẽ có một lượng khí thoát ra. Một người thợ cơ khí sử dụng 5 000 J năng lượng điện cho máy nén khí thì có thể nén được 3 m³ không khí vào trong bình tăng áp có dung tích 250 lít. Hiệu suất của máy nén bằng 90%. Lượng khí trong bình tích áp có khả năng sinh được công bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Đáp án đúng: 4500

Đề bài cho biết người thợ cơ khí sử dụng 5000 J điện năng cho máy nén khí, và hiệu suất của máy nén là 90%.

Vậy công mà lượng khí trong bình tích áp có khả năng sinh ra là: $A = 5000 \times 90\% = 4500 J$.

Câu 16:

Khi hạ thấp dần nhiệt độ của một số loại vật liệu qua một nhiệt độ T_C gọi là nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn thì vật liệu sẽ sang pha siêu dẫn, lúc này nó sẽ có khả năng dẫn điện tốt với điện trở giảm nhanh về R = 0. Năm 1911, lần đầu tiên người ta phát hiện ra hiện tượng chuyển pha siêu dẫn đối với thuỷ ngân với T_C = 4,1 K. Hãy đổi nhiệt độ trên sang thang Celsius

Lời giải:

Đáp án đúng: -269,05

Để chuyển đổi từ Kelvin sang Celsius, ta sử dụng công thức: $T_C = T_K - 273,15$.

Vậy, $T_C = 4,1 - 273,15 = -269,05 °C$.

Câu 17:

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? Gọi tỉ lệ nước nóng và nước lạnh là k. Tìm k

Lời giải:

Đáp án đúng: 2

Gọi nhiệt độ nước nóng là $T_N = 49 \text{ }^\circ C$; nhiệt độ nước ấm thích hợp là $T_A = 38 \text{ }^\circ C$; nhiệt độ nước lạnh là $T_L = 16 \text{ }^\circ C$. 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:

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

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

Câu 18:

Một thợ rèn nhúng một con dao bằng thép có khối lượng $1,1 \mathrm{~kg}$ ở nhiệt độ $850^{\circ} \mathrm{C}$ vào trong bể nước lạnh để làm tăng độ cứng của lưỡi dao. Nước trong bể có thể tích là 50 lít và có nhiệt độ bằng với nhiệt độ ngoài trời là $27^{\circ} \mathrm{C}$. Xác định nhiệt độ (theo thang nhiệt độ Celcius, lấy phần nguyên) của nước khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt cho thành bể và môi trường ngoài. Biết nhiệt dung riêng của thép là $460 \mathrm{~J} /(\mathrm{kg} . \mathrm{K})$, của nước là $4200 \mathrm{~J} /(\mathrm{kg} . \mathrm{K})$; khối lượng riêng của nước là $1,0 \mathrm{~kg}$ / lít. (làm tròn kết quả đến số nguyên)

Lời giải:

Đáp án đúng: 29

Bước 1: Tính khối lượng nước

Khối lượng nước trong bể:

$m_{nước} = V_{nước} \cdot D_{nước} = 50 \text{ lít} \cdot 1,0 \text{ kg/lít} = 50 \text{ kg}$

Bước 2: Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt

Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường ngoài và thành bể:

$Q_{tỏa} = Q_{thu}$

$m_{thép}c_{thép}(t_{thép} - t_{cb}) = m_{nước}c_{nước}(t_{cb} - t_{nước})$

Thay số vào phương trình:

$1,1 \cdot 460 \cdot (850 - t_{cb}) = 50 \cdot 4200 \cdot (t_{cb} - 27)$

$\Leftrightarrow (506) \cdot (850 - t_{cb}) = (210000) \cdot (t_{cb} - 27)$

$\Leftrightarrow 430100 - 506t_{cb} = 210000t_{cb} - 5670000$

$\Leftrightarrow 430100 + 5670000 = 210000t_{cb} + 506t_{cb}$

$\Leftrightarrow 6100100 = 210506t_{cb}$

$\Leftrightarrow t_{cb} = \frac{6100100}{210506} \approx 29^\circ C$

Câu 19:

Viên đạn chì có khối lượng 50 g, bay với tốc độ v₀ = 360 km/h. Sau khi xuyên qua một tấm thép, tốc độ giảm xuống còn 72 km/h. Tính lượng nội năng tăng thêm của đạn và thép

Lời giải:

Đáp án đúng: 240

Nội năng tăng thêm ($\Delta U$) bằng độ giảm cơ năng (động năng) của viên đạn.

* Khối lượng: $m = 50 \text{ g} = 0,05 \text{ kg}$

* Tốc độ ban đầu: $v_0 = 360 \text{ km/h} = 100 \text{ m/s}$

* Tốc độ sau: $v = 72 \text{ km/h} = 20 \text{ m/s}$

$\Delta U = \Delta K = \frac{1}{2}mv_0^2 - \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}m(v_0^2 - v^2)$

$\Delta U = \frac{1}{2} \cdot 0,05 \text{ kg} \cdot (100^2 - 20^2) \text{ m}^2/\text{s}^2$

$\Delta U = 0,025 \cdot (10000 - 400) = 0,025 \cdot 9600 = \textbf{240 J}$

DU > 0 nên nội năng của hệ đạn và thép tăng thêm một lượng 240 J.

Câu 20:

Vận động viên điền kinh bị mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hoá khoảng 20% năng lượng dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể. Phần năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài nhờ sự bay hơi của nước qua hô hấp và da để giữ cho nhiệt độ cơ thể không đổi. Nếu vận động viên dùng hết 10800 kJ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra ngoài cơ thể? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ của vận động viên là $2,4 \cdot {10^6}\;{\rm{J}}/{\rm{kg}}.$ Biết khối lượng riêng của nước là $1,{0.10^3}\;{\rm{kg}}/{{\rm{m}}^3}.$

Lời giải: