SỞ GD&ĐT BẮC NINH
TRƯỜNG THPT GIA BÌNH SỐ 1
ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ 1
Môn: Vật lí, Lớp 12
Thời gian làm bài: 45 phút (không kể thời gian giao đề)
Cho biết: $\pi = 3,14$; $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$; $R = 8,31\text{ J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1}$; $N_A = 6,02\cdot 10^{23}\text{ hạt/mol}$.
PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 18. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ chọn một phương án.
Câu 1: Với cùng một chất, trong quá trình nào sau đây thì lực tương tác giữa các phân tử giảm nhiều nhất?
Đáp án đúng: D
Giải chi tiết: Lực tương tác giữa các phân tử ở thể rắn là lớn nhất, ở thể lỏng là trung bình và ở thể khí là rất nhỏ (không đáng kể). Quá trình thăng hoa là sự chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí, khoảng cách giữa các phân tử tăng lên rất lớn nên lực tương tác phân tử giảm đi nhiều nhất. (Đông đặc và ngưng tụ làm lực tương tác tăng; nóng chảy chỉ chuyển từ rắn sang lỏng nên lực tương tác giảm ít hơn so với thăng hoa).
Giải chi tiết: Lực tương tác giữa các phân tử ở thể rắn là lớn nhất, ở thể lỏng là trung bình và ở thể khí là rất nhỏ (không đáng kể). Quá trình thăng hoa là sự chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí, khoảng cách giữa các phân tử tăng lên rất lớn nên lực tương tác phân tử giảm đi nhiều nhất. (Đông đặc và ngưng tụ làm lực tương tác tăng; nóng chảy chỉ chuyển từ rắn sang lỏng nên lực tương tác giảm ít hơn so với thăng hoa).
Câu 2: Người ta cung cấp nhiệt lượng $500\text{ J}$ cho một lượng khí trong xi lanh, khí thực hiện một công $200\text{ J}$ để đẩy pit-tông lên. Nội năng của khí
Đáp án đúng: A
Giải chi tiết: Theo nguyên lí I nhiệt động lực học: $\Delta U = A + Q$.
- Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = +500\text{ J}$.
- Khí thực hiện công đẩy pit-tông nên $A = -200\text{ J}$.
Suy ra độ biến thiên nội năng của khí: $\Delta U = -200 + 500 = 300\text{ J} > 0$. Vậy nội năng của khí tăng $300\text{ J}$.
Giải chi tiết: Theo nguyên lí I nhiệt động lực học: $\Delta U = A + Q$.
- Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = +500\text{ J}$.
- Khí thực hiện công đẩy pit-tông nên $A = -200\text{ J}$.
Suy ra độ biến thiên nội năng của khí: $\Delta U = -200 + 500 = 300\text{ J} > 0$. Vậy nội năng của khí tăng $300\text{ J}$.
Câu 3: Nhiệt lượng cần truyền cho một kilôgam chất lỏng để nó hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ xác định gọi là
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Theo định nghĩa, nhiệt lượng cần truyền cho $1\text{ kg}$ chất lỏng để nó hóa hơi hoàn toàn ở một nhiệt độ xác định được gọi là nhiệt hóa hơi riêng (kí hiệu là $L$, đơn vị $\text{J/kg}$).
Giải chi tiết: Theo định nghĩa, nhiệt lượng cần truyền cho $1\text{ kg}$ chất lỏng để nó hóa hơi hoàn toàn ở một nhiệt độ xác định được gọi là nhiệt hóa hơi riêng (kí hiệu là $L$, đơn vị $\text{J/kg}$).
Câu 4: Một khối khí sau khi nhận nhiệt lượng $Q$ từ nguồn nóng thì thực hiện một công $A$ tác dụng lên vật khác. Theo hệ thức $\Delta U = A + Q$ của Nguyên lí I nhiệt động lực học viết cho khối khí này thì
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Theo quy ước dấu của Nguyên lí I nhiệt động lực học ($\Delta U = A + Q$):
- Khối khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng $\Rightarrow Q > 0$.
- Khối khí thực hiện công lên vật khác $\Rightarrow A < 0$.
Giải chi tiết: Theo quy ước dấu của Nguyên lí I nhiệt động lực học ($\Delta U = A + Q$):
- Khối khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng $\Rightarrow Q > 0$.
- Khối khí thực hiện công lên vật khác $\Rightarrow A < 0$.
Câu 5: Để có sự truyền nhiệt giữa hai vật tiếp xúc thì hai vật phải có
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Điều kiện cần và đủ để có sự truyền nhiệt tự phát giữa hai vật tiếp xúc là hai vật phải có nhiệt độ khác nhau (nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi đạt cân bằng nhiệt).
Giải chi tiết: Điều kiện cần và đủ để có sự truyền nhiệt tự phát giữa hai vật tiếp xúc là hai vật phải có nhiệt độ khác nhau (nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi đạt cân bằng nhiệt).
Câu 6: Bảng dưới đây ghi tên các loại nhiệt kế và nhiệt độ ghi trên thang đo của chúng. Để đo nhiệt độ của bàn là phải dùng nhiệt kế nào?
| Loại nhiệt kế |
Thủy ngân |
Rượu |
Kim loại |
Y tế |
|---|---|---|---|---|
| Thang nhiệt độ | Từ $-10^\circ\text{C}$ đến $110^\circ\text{C}$ |
Từ $-30^\circ\text{C}$ đến $60^\circ\text{C}$ |
Từ $0^\circ\text{C}$ đến $400^\circ\text{C}$ |
Từ $34^\circ\text{C}$ đến $42^\circ\text{C}$ |
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Nhiệt độ của đế bàn là khi hoạt động thường lên tới khoảng $150^\circ\text{C} - 250^\circ\text{C}$, vượt quá giới hạn đo của nhiệt kế y tế ($42^\circ\text{C}$), nhiệt kế rượu ($60^\circ\text{C}$) và nhiệt kế thủy ngân ($110^\circ\text{C}$). Do đó, phải dùng nhiệt kế kim loại (thang đo từ $0^\circ\text{C}$ đến $400^\circ\text{C}$).
Giải chi tiết: Nhiệt độ của đế bàn là khi hoạt động thường lên tới khoảng $150^\circ\text{C} - 250^\circ\text{C}$, vượt quá giới hạn đo của nhiệt kế y tế ($42^\circ\text{C}$), nhiệt kế rượu ($60^\circ\text{C}$) và nhiệt kế thủy ngân ($110^\circ\text{C}$). Do đó, phải dùng nhiệt kế kim loại (thang đo từ $0^\circ\text{C}$ đến $400^\circ\text{C}$).
Câu 7: Bản tin dự báo thời tiết nhiệt độ của Bắc Ninh ngày 25 tháng 10 năm 2025 có dự báo nhiệt độ từ $19^\circ\text{C}$ đến $27^\circ\text{C}$. Trong thang nhiệt Kelvin, nhiệt độ trên tương ứng là
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Áp dụng công thức chuyển đổi nhiệt độ từ thang Celsius sang thang Kelvin: $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$:
- $T_1 = 19 + 273 = 292\text{ K}$.
- $T_2 = 27 + 273 = 300\text{ K}$.
Vậy khoảng nhiệt độ tương ứng là từ $292\text{ K}$ đến $300\text{ K}$.
Giải chi tiết: Áp dụng công thức chuyển đổi nhiệt độ từ thang Celsius sang thang Kelvin: $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$:
- $T_1 = 19 + 273 = 292\text{ K}$.
- $T_2 = 27 + 273 = 300\text{ K}$.
Vậy khoảng nhiệt độ tương ứng là từ $292\text{ K}$ đến $300\text{ K}$.
Câu 8: Trong các tính chất sau, tính chất nào là của chất khí?
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Ở thể khí, khoảng cách giữa các phân tử rất lớn, lực tương tác phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng về mọi phía, làm chất khí không có hình dạng và thể tích riêng mà luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa.
Giải chi tiết: Ở thể khí, khoảng cách giữa các phân tử rất lớn, lực tương tác phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng về mọi phía, làm chất khí không có hình dạng và thể tích riêng mà luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa.
Câu 9: Hình bên dưới là các dụng cụ để đo nhiệt dung riêng của nước. Dụng cụ số (5) là
Đáp án đúng: A
Giải chi tiết: Các dụng cụ trong hình lần lượt là: (1) Biến thế nguồn, (2) Đồng hồ đo điện đa năng / Oát kế, (3) Nhiệt kế điện tử, (4) Bình nhiệt lượng kế, và (5) Cân điện tử (dùng để xác định khối lượng nước $m$).
Giải chi tiết: Các dụng cụ trong hình lần lượt là: (1) Biến thế nguồn, (2) Đồng hồ đo điện đa năng / Oát kế, (3) Nhiệt kế điện tử, (4) Bình nhiệt lượng kế, và (5) Cân điện tử (dùng để xác định khối lượng nước $m$).
Câu 10: Cồn y tế chuyển từ thể lỏng sang thể khí rất nhanh ở điều kiện thông thường. Khi xoa cồn vào da, ta cảm thấy lạnh ở vùng da đó vì cồn
Đáp án đúng: A
Giải chi tiết: Quá trình bay hơi (hóa hơi) là quá trình thu nhiệt. Khi xoa cồn vào da, cồn bay hơi rất nhanh và thu nhiệt lượng trực tiếp từ vùng da tiếp xúc, làm nhiệt độ vùng da đó giảm xuống nên ta cảm thấy lạnh.
Giải chi tiết: Quá trình bay hơi (hóa hơi) là quá trình thu nhiệt. Khi xoa cồn vào da, cồn bay hơi rất nhanh và thu nhiệt lượng trực tiếp từ vùng da tiếp xúc, làm nhiệt độ vùng da đó giảm xuống nên ta cảm thấy lạnh.
Câu 11: Cho biết nước đá có nhiệt nóng chảy riêng là $3,4\cdot 10^5\text{ J/kg}$, nhiệt dung riêng là $2,1\cdot 10^3\text{ J/kg.K}$. Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn $100\text{ g}$ nước đá ở nhiệt độ $-20^\circ\text{C}$ là
Đáp án đúng: A
Giải chi tiết: Đổi $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$. Quá trình gồm 2 giai đoạn:
1. Đưa nước đá từ $t_1 = -20^\circ\text{C}$ lên nhiệt độ nóng chảy $t_2 = 0^\circ\text{C}$:
$$Q_1 = m \cdot c \cdot (t_2 - t_1) = 0,1 \cdot 2,1\cdot 10^3 \cdot [0 - (-20)] = 4200\text{ J}$$ 2. Làm nóng chảy hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$:
$$Q_2 = m \cdot \lambda = 0,1 \cdot 3,4\cdot 10^5 = 34\,000\text{ J}$$ Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: $Q = Q_1 + Q_2 = 4200 + 34\,000 = 38\,200\text{ J} = 38,2\text{ kJ}$.
Giải chi tiết: Đổi $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$. Quá trình gồm 2 giai đoạn:
1. Đưa nước đá từ $t_1 = -20^\circ\text{C}$ lên nhiệt độ nóng chảy $t_2 = 0^\circ\text{C}$:
$$Q_1 = m \cdot c \cdot (t_2 - t_1) = 0,1 \cdot 2,1\cdot 10^3 \cdot [0 - (-20)] = 4200\text{ J}$$ 2. Làm nóng chảy hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$:
$$Q_2 = m \cdot \lambda = 0,1 \cdot 3,4\cdot 10^5 = 34\,000\text{ J}$$ Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: $Q = Q_1 + Q_2 = 4200 + 34\,000 = 38\,200\text{ J} = 38,2\text{ kJ}$.
Câu 12: Biết nhiệt dung riêng của nước và của rượu lần lượt là $4180\text{ J/kg.K}$ và $2500\text{ J/kg.K}$. Dùng một ấm điện có công suất không đổi lần lượt đun nóng cùng một khối lượng nước và rượu. Biết nhiệt độ ban đầu của nước và rượu bằng nhau. Nhận xét nào sau đây đúng?
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Ta có $Q = P\cdot \tau = m\cdot c\cdot \Delta t \Rightarrow \Delta t = \dfrac{P\cdot \tau}{m\cdot c}$.
Với cùng công suất $P$, cùng thời gian đun $\tau$ và cùng khối lượng $m$, độ tăng nhiệt độ $\Delta t$ tỉ lệ nghịch với nhiệt dung riêng $c$. Vì $c_{\text{rượu}} = 2500\text{ J/kg.K} < c_{\text{nước}} = 4180\text{ J/kg.K}$ nên rượu nóng nhanh hơn nước.
Giải chi tiết: Ta có $Q = P\cdot \tau = m\cdot c\cdot \Delta t \Rightarrow \Delta t = \dfrac{P\cdot \tau}{m\cdot c}$.
Với cùng công suất $P$, cùng thời gian đun $\tau$ và cùng khối lượng $m$, độ tăng nhiệt độ $\Delta t$ tỉ lệ nghịch với nhiệt dung riêng $c$. Vì $c_{\text{rượu}} = 2500\text{ J/kg.K} < c_{\text{nước}} = 4180\text{ J/kg.K}$ nên rượu nóng nhanh hơn nước.
Câu 13: Một khối chất rắn kết tinh có khối lượng $m$ và nhiệt nóng chảy riêng $\lambda$. Ở nhiệt độ nóng chảy, nhiệt lượng cần cung cấp để khối chất nóng chảy hoàn toàn là
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn một khối chất rắn kết tinh có khối lượng $m$ ở nhiệt độ nóng chảy được xác định bởi công thức: $Q = \lambda m$.
Giải chi tiết: Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn một khối chất rắn kết tinh có khối lượng $m$ ở nhiệt độ nóng chảy được xác định bởi công thức: $Q = \lambda m$.
Câu 14: Nội năng của một vật là
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Trong nhiệt học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật. (Phương án A là cơ năng vĩ mô của vật).
Giải chi tiết: Trong nhiệt học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật. (Phương án A là cơ năng vĩ mô của vật).
Câu 15: Trong thí nghiệm Brown, nếu ta tăng nhiệt độ của nước thì các hạt phấn hoa chuyển động như thế nào?
Đáp án đúng: C
Giải chi tiết: Khi tăng nhiệt độ của nước, các phân tử nước chuyển động nhiệt hỗn loạn nhanh hơn và va chạm mạnh hơn, dồn dập hơn vào các hạt phấn hoa, làm các hạt phấn hoa chuyển động nhanh hơn.
Giải chi tiết: Khi tăng nhiệt độ của nước, các phân tử nước chuyển động nhiệt hỗn loạn nhanh hơn và va chạm mạnh hơn, dồn dập hơn vào các hạt phấn hoa, làm các hạt phấn hoa chuyển động nhanh hơn.
Câu 16: Để pha sữa bột cho con, một người mẹ dùng nước ở $20^\circ\text{C}$, và nước nóng ở $100^\circ\text{C}$ pha thành $120\text{ g}$ nước ở $50^\circ\text{C}$. Lượng nước lạnh người mẹ đã dùng bằng
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Gọi khối lượng nước lạnh ($t_1 = 20^\circ\text{C}$) là $m_1$ và khối lượng nước nóng ($t_2 = 100^\circ\text{C}$) là $m_2$.
- Tổng khối lượng nước sau khi pha: $m_1 + m_2 = 120\text{ g}$ (1).
- Phương trình cân bằng nhiệt ở $t = 50^\circ\text{C}$:
$$Q_{\text{thu}} = Q_{\text{tỏa}} \Leftrightarrow m_1 c (50 - 20) = m_2 c (100 - 50) \Leftrightarrow 30 m_1 = 50 m_2 \Rightarrow m_2 = 0,6 m_1 \text{ (2)}$$ Thay (2) vào (1): $m_1 + 0,6 m_1 = 120 \Rightarrow 1,6 m_1 = 120 \Rightarrow m_1 = 75\text{ g}$.
Giải chi tiết: Gọi khối lượng nước lạnh ($t_1 = 20^\circ\text{C}$) là $m_1$ và khối lượng nước nóng ($t_2 = 100^\circ\text{C}$) là $m_2$.
- Tổng khối lượng nước sau khi pha: $m_1 + m_2 = 120\text{ g}$ (1).
- Phương trình cân bằng nhiệt ở $t = 50^\circ\text{C}$:
$$Q_{\text{thu}} = Q_{\text{tỏa}} \Leftrightarrow m_1 c (50 - 20) = m_2 c (100 - 50) \Leftrightarrow 30 m_1 = 50 m_2 \Rightarrow m_2 = 0,6 m_1 \text{ (2)}$$ Thay (2) vào (1): $m_1 + 0,6 m_1 = 120 \Rightarrow 1,6 m_1 = 120 \Rightarrow m_1 = 75\text{ g}$.
Câu 17: Hãy sắp xếp các bước sau theo đúng thứ tự tiến hành Thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước.
| 1. | Tắt nguồn điện. |
| 2. | Khuấy liên tục để nước nóng đều. Cứ sau mỗi khoảng thời gian 1 phút đọc công suất dòng điện từ oát kế, nhiệt độ từ nhiệt kế rồi điền kết quả vào vở theo mẫu. |
| 3. | Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện. |
| 4. | Cắm đầu đo của nhiệt kế vào nhiệt lượng kế. |
| 5. | Bật nguồn điện. |
| 6. | Đổ một lượng nước vào bình nhiệt lượng kế, sao cho toàn bộ điện trở nhiệt chìm trong nước, xác định khối lượng nước này. |
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Quy trình chuẩn và an toàn khi tiến hành thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước là:
- Bước 6: Đổ nước vào bình nhiệt lượng kế sao cho ngập dây điện trở và cân xác định khối lượng nước.
- Bước 4: Cắm đầu đo của nhiệt kế vào bình nhiệt lượng kế.
- Bước 3: Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện.
- Bước 5: Bật nguồn điện để bắt đầu cấp nhiệt.
- Bước 2: Khuấy nhẹ liên tục và ghi số liệu công suất, nhiệt độ sau mỗi phút.
- Bước 1: Tắt nguồn điện khi kết thúc thí nghiệm.
Thứ tự đúng là: 6 - 4 - 3 - 5 - 2 - 1.
Giải chi tiết: Quy trình chuẩn và an toàn khi tiến hành thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước là:
- Bước 6: Đổ nước vào bình nhiệt lượng kế sao cho ngập dây điện trở và cân xác định khối lượng nước.
- Bước 4: Cắm đầu đo của nhiệt kế vào bình nhiệt lượng kế.
- Bước 3: Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện.
- Bước 5: Bật nguồn điện để bắt đầu cấp nhiệt.
- Bước 2: Khuấy nhẹ liên tục và ghi số liệu công suất, nhiệt độ sau mỗi phút.
- Bước 1: Tắt nguồn điện khi kết thúc thí nghiệm.
Thứ tự đúng là: 6 - 4 - 3 - 5 - 2 - 1.
Câu 18: Câu nào sau đây nói về nhiệt lượng là không đúng?
Đáp án đúng: B
Giải chi tiết: Mọi vật luôn có nội năng (hàm trạng thái), nhưng nhiệt lượng chỉ là số đo phần nội năng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt (hàm quá trình). Khi không có quá trình truyền nhiệt thì không thể nói vật "có nhiệt lượng". Do đó phát biểu B là không đúng.
Giải chi tiết: Mọi vật luôn có nội năng (hàm trạng thái), nhưng nhiệt lượng chỉ là số đo phần nội năng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt (hàm quá trình). Khi không có quá trình truyền nhiệt thì không thể nói vật "có nhiệt lượng". Do đó phát biểu B là không đúng.
PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 4. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh tích chọn vào ô vuông nếu phát biểu Đúng, để trống nếu phát biểu Sai.
Câu 1: Để xác định nhiệt dung riêng của nước, có thể tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ nguyên lí như hình bên dưới.
Đáp án đúng/sai: a) Sai | b) Đúng | c) Đúng | d) Sai
Giải chi tiết:
- a) Sai: Oát kế dùng để đo công suất dòng điện cung cấp cho dây điện trở (hoặc đo năng lượng điện tiêu thụ), không phải dụng cụ đo thời gian nước sôi.
- b) Đúng: Bình nhiệt lượng kế có cấu tạo cách nhiệt nhằm ngăn cản sự trao đổi nhiệt của nước bên trong bình với môi trường bên ngoài.
- c) Đúng: Biến áp nguồn có nhiệm vụ cung cấp cho mạch một hiệu điện thế an toàn phù hợp với dây điện trở.
- d) Sai: Theo mô hình nguyên lí của thí nghiệm trong chương trình (bỏ qua nhiệt dung của bình nhiệt lượng kế và sự thất thoát nhiệt ra môi trường), toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra trên dây điện trở được truyền hết cho nước thu vào ($Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$).
Giải chi tiết:
- a) Sai: Oát kế dùng để đo công suất dòng điện cung cấp cho dây điện trở (hoặc đo năng lượng điện tiêu thụ), không phải dụng cụ đo thời gian nước sôi.
- b) Đúng: Bình nhiệt lượng kế có cấu tạo cách nhiệt nhằm ngăn cản sự trao đổi nhiệt của nước bên trong bình với môi trường bên ngoài.
- c) Đúng: Biến áp nguồn có nhiệm vụ cung cấp cho mạch một hiệu điện thế an toàn phù hợp với dây điện trở.
- d) Sai: Theo mô hình nguyên lí của thí nghiệm trong chương trình (bỏ qua nhiệt dung của bình nhiệt lượng kế và sự thất thoát nhiệt ra môi trường), toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra trên dây điện trở được truyền hết cho nước thu vào ($Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$).
Câu 2: Một động cơ thực hiện công $500\text{ J}$ khi nhận được từ nguồn nóng nhiệt lượng là $1000\text{ J}$ ở nhiệt độ $300^\circ\text{C}$.
Đáp án đúng/sai: a) Đúng | b) Sai | c) Đúng | d) Đúng
Giải chi tiết:
- a) Đúng: Hiệu suất của động cơ nhiệt là $H = \dfrac{A}{Q_1} = \dfrac{500}{1000} = 0,5 = 50\%$.
- b) Sai: Nhiệt độ nguồn nóng là $T_1 = 300 + 273 = 573\text{ K}$. Ngay cả khi xét động cơ lí tưởng thì $T_2 = (1 - H)T_1 = 0,5 \cdot 573 = 286,5\text{ K} \neq 250\text{ K}$, và đề bài không cho thêm dữ kiện để kết luận nhiệt độ nguồn lạnh bằng $250\text{ K}$.
- c) Đúng: Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được là $Q_2 = Q_1 - A = 1000 - 500 = 500\text{ J}$.
- d) Đúng: Tỉ số giữa nhiệt lượng nhận từ nguồn nóng và công động cơ thực hiện là $\dfrac{Q_1}{A} = \dfrac{1000}{500} = 2$.
Giải chi tiết:
- a) Đúng: Hiệu suất của động cơ nhiệt là $H = \dfrac{A}{Q_1} = \dfrac{500}{1000} = 0,5 = 50\%$.
- b) Sai: Nhiệt độ nguồn nóng là $T_1 = 300 + 273 = 573\text{ K}$. Ngay cả khi xét động cơ lí tưởng thì $T_2 = (1 - H)T_1 = 0,5 \cdot 573 = 286,5\text{ K} \neq 250\text{ K}$, và đề bài không cho thêm dữ kiện để kết luận nhiệt độ nguồn lạnh bằng $250\text{ K}$.
- c) Đúng: Nhiệt lượng nguồn lạnh nhận được là $Q_2 = Q_1 - A = 1000 - 500 = 500\text{ J}$.
- d) Đúng: Tỉ số giữa nhiệt lượng nhận từ nguồn nóng và công động cơ thực hiện là $\dfrac{Q_1}{A} = \dfrac{1000}{500} = 2$.
Câu 3: Một hệ làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời có hiệu suất chuyển đổi $22\%$, cường độ bức xạ mặt trời lên bộ thu nhiệt là $980\text{ W/m}^2$, diện tích bộ thu là $20\text{ m}^2$. Cho nhiệt dung riêng của nước là $4180\text{ J/kg.K}$, khối lượng riêng của nước là $1000\text{ kg/m}^3$.
Đáp án đúng/sai: a) Đúng | b) Sai | c) Đúng | d) Đúng
Giải chi tiết:
- b) Sai: Công suất bức xạ mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt là:
$$P = I \cdot S = 980 \cdot 20 = 19\,600\text{ W} = 19,6\text{ kW} \neq 20\text{ kW}$$ - d) Đúng: Trong thời gian $\tau = 30\text{ phút} = 1800\text{ s}$, năng lượng mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt là:
$$W = P \cdot \tau = 19\,600 \cdot 1800 = 35\,280\,000\text{ J} = 35,28\text{ MJ}$$ - c) Đúng: Vì hiệu suất chuyển đổi là $H = 22\%$, nên khi bộ thu nhận được $100\text{ J}$ năng lượng mặt trời thì phần nhiệt lượng truyền cho nước (làm tăng nội năng của nước) là $Q = 0,22 \cdot 100 = 22\text{ J}$.
- a) Đúng: Khối lượng của $40\text{ lít}$ nước ($V = 0,04\text{ m}^3$) là $m = D\cdot V = 1000 \cdot 0,04 = 40\text{ kg}$.
Nhiệt lượng nước thu vào trong $30\text{ phút}$ là: $Q = H \cdot W = 0,22 \cdot 35\,280\,000 = 7\,761\,600\text{ J}$.
Độ tăng nhiệt độ của nước: $\Delta t = \dfrac{Q}{m \cdot c} = \dfrac{7\,761\,600}{40 \cdot 4180} \approx 46,42^\circ\text{C} \approx 46,4^\circ\text{C}$.
Giải chi tiết:
- b) Sai: Công suất bức xạ mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt là:
$$P = I \cdot S = 980 \cdot 20 = 19\,600\text{ W} = 19,6\text{ kW} \neq 20\text{ kW}$$ - d) Đúng: Trong thời gian $\tau = 30\text{ phút} = 1800\text{ s}$, năng lượng mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt là:
$$W = P \cdot \tau = 19\,600 \cdot 1800 = 35\,280\,000\text{ J} = 35,28\text{ MJ}$$ - c) Đúng: Vì hiệu suất chuyển đổi là $H = 22\%$, nên khi bộ thu nhận được $100\text{ J}$ năng lượng mặt trời thì phần nhiệt lượng truyền cho nước (làm tăng nội năng của nước) là $Q = 0,22 \cdot 100 = 22\text{ J}$.
- a) Đúng: Khối lượng của $40\text{ lít}$ nước ($V = 0,04\text{ m}^3$) là $m = D\cdot V = 1000 \cdot 0,04 = 40\text{ kg}$.
Nhiệt lượng nước thu vào trong $30\text{ phút}$ là: $Q = H \cdot W = 0,22 \cdot 35\,280\,000 = 7\,761\,600\text{ J}$.
Độ tăng nhiệt độ của nước: $\Delta t = \dfrac{Q}{m \cdot c} = \dfrac{7\,761\,600}{40 \cdot 4180} \approx 46,42^\circ\text{C} \approx 46,4^\circ\text{C}$.
Câu 4: Một học sinh tiến hành đun một lượng nước đá đựng trong nhiệt lượng kế từ $0^\circ\text{C}$ đến khi tan thành nước và hóa hơi ở $100^\circ\text{C}$. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt lượng mà khối nước đá nhận được từ lúc đun đến lúc hóa hơi và sự thay đổi nhiệt độ của nó. Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $3,3\cdot 10^5\text{ J/kg}$, nhiệt hóa hơi riêng của nước là $2,3\cdot 10^6\text{ J/kg}$, bỏ qua nhiệt dung của nhiệt lượng kế.
Đáp án đúng/sai: a) Sai | b) Đúng | c) Sai | d) Đúng
Giải chi tiết:
- a) Sai: Quá trình hóa hơi của nước ứng với đoạn BC trên đồ thị. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình hóa hơi này là $\Delta Q_{BC} = 121 - 75 = 46\text{ kJ}$ ($121\text{ kJ}$ là tổng nhiệt lượng cung cấp từ lúc bắt đầu đun).
- b) Đúng: Quá trình đun nước từ $0^\circ\text{C}$ ( tại A, khi đá vừa nóng chảy hoàn toàn) đến $100^\circ\text{C}$ (tại B, khi nước bắt đầu sôi) nhận nhiệt lượng là $\Delta Q_{AB} = 75 - 33 = 42\text{ kJ}$.
- c) Sai: Nhiệt lượng làm nóng chảy hoàn toàn lượng nước đá ban đầu ở $0^\circ\text{C}$ là $Q_{OA} = 33\text{ kJ} = 33\cdot 10^3\text{ J}$. Khối lượng nước đá ban đầu là:
$$m = \dfrac{Q_{OA}}{\lambda} = \dfrac{33\cdot 10^3}{3,3\cdot 10^5} = 0,1\text{ kg} = 100\text{ g} \neq 80\text{ g}$$ - d) Đúng: Trên đoạn BC, nhiệt lượng nước nhận để hóa hơi là $\Delta Q_{BC} = 46\text{ kJ} = 46\cdot 10^3\text{ J}$. Khối lượng nước đã hóa hơi là:
$$m_{\text{hơi}} = \dfrac{\Delta Q_{BC}}{L} = \dfrac{46\cdot 10^3}{2,3\cdot 10^6} = 0,02\text{ kg} = 20\text{ g}$$
Giải chi tiết:
- a) Sai: Quá trình hóa hơi của nước ứng với đoạn BC trên đồ thị. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình hóa hơi này là $\Delta Q_{BC} = 121 - 75 = 46\text{ kJ}$ ($121\text{ kJ}$ là tổng nhiệt lượng cung cấp từ lúc bắt đầu đun).
- b) Đúng: Quá trình đun nước từ $0^\circ\text{C}$ ( tại A, khi đá vừa nóng chảy hoàn toàn) đến $100^\circ\text{C}$ (tại B, khi nước bắt đầu sôi) nhận nhiệt lượng là $\Delta Q_{AB} = 75 - 33 = 42\text{ kJ}$.
- c) Sai: Nhiệt lượng làm nóng chảy hoàn toàn lượng nước đá ban đầu ở $0^\circ\text{C}$ là $Q_{OA} = 33\text{ kJ} = 33\cdot 10^3\text{ J}$. Khối lượng nước đá ban đầu là:
$$m = \dfrac{Q_{OA}}{\lambda} = \dfrac{33\cdot 10^3}{3,3\cdot 10^5} = 0,1\text{ kg} = 100\text{ g} \neq 80\text{ g}$$ - d) Đúng: Trên đoạn BC, nhiệt lượng nước nhận để hóa hơi là $\Delta Q_{BC} = 46\text{ kJ} = 46\cdot 10^3\text{ J}$. Khối lượng nước đã hóa hơi là:
$$m_{\text{hơi}} = \dfrac{\Delta Q_{BC}}{L} = \dfrac{46\cdot 10^3}{2,3\cdot 10^6} = 0,02\text{ kg} = 20\text{ g}$$
PHẦN III. Câu trắc nghiệm trả lời ngắn
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 6. Điền kết quả số vào ô trống (có thể dùng dấu phẩy , hoặc dấu chấm . cho số thập phân).
Câu 1: Khi làm thí nghiệm, một học sinh đã đo được nhiệt độ của một cốc nước ấm là $57^\circ\text{C}$. Trong thang Kelvin thì nhiệt độ này ứng với bao nhiêu K?
(Đơn vị: K, nhập số nguyên)
Đáp án đúng: 330
Giải chi tiết: Nhiệt độ của cốc nước ấm trong thang nhiệt Kelvin là:
$$T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273 = 57 + 273 = 330\text{ K}$$
Giải chi tiết: Nhiệt độ của cốc nước ấm trong thang nhiệt Kelvin là:
$$T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273 = 57 + 273 = 330\text{ K}$$
Câu 2: Người ta truyền cho khí trong xi lanh nhiệt lượng $100\text{ J}$. Khí nở ra thực hiện công $70\text{ J}$ đẩy pit-tông lên. Độ biến thiên nội năng của khí bao nhiêu J?
(Đơn vị: J, nhập số nguyên)
Đáp án đúng: 30
Giải chi tiết: Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = 100\text{ J}$; khí nở ra thực hiện công nên $A = -70\text{ J}$.
Độ biến thiên nội năng của khối khí là:
$$\Delta U = A + Q = -70 + 100 = 30\text{ J}$$
Giải chi tiết: Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = 100\text{ J}$; khí nở ra thực hiện công nên $A = -70\text{ J}$.
Độ biến thiên nội năng của khối khí là:
$$\Delta U = A + Q = -70 + 100 = 30\text{ J}$$
Sử dụng thông tin sau cho Câu 3 và Câu 4: Vào mùa hè, một số người thường có thói quen uống trà đá. Để có một cốc trà đá chất lượng, người chủ quán rót khoảng $0,05\text{ kg}$ nước trà nóng ở $80^\circ\text{C}$ vào cốc, sau đó cho tiếp $m\text{ (g)}$ đá viên ở $0^\circ\text{C}$. Cuối cùng được cốc trà đá ở nhiệt độ phù hợp nhất là $10^\circ\text{C}$. Biết nhiệt dung riêng của nước là $4,2\text{ kJ/kg.K}$; nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $3,33\cdot 10^5\text{ J/kg}$.
Câu 3: Tính nhiệt lượng do nước trà tỏa ra để hạ nhiệt độ từ $80^\circ\text{C}$ xuống $10^\circ\text{C}$. (Kết quả được tính theo đơn vị kJ và làm tròn đến chữ số hàng phần mười).
(Đơn vị: kJ, làm tròn đến 1 chữ số thập phân)
Đáp án đúng: 14,7
Giải chi tiết: Nhiệt lượng do $m_{\text{trà}} = 0,05\text{ kg}$ nước trà nóng tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ $t_1 = 80^\circ\text{C}$ xuống $t = 10^\circ\text{C}$ là:
$$Q_{\text{tỏa}} = m_{\text{trà}} \cdot c \cdot (t_1 - t) = 0,05 \cdot 4,2 \cdot (80 - 10) = 14,7\text{ kJ}$$
Giải chi tiết: Nhiệt lượng do $m_{\text{trà}} = 0,05\text{ kg}$ nước trà nóng tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ $t_1 = 80^\circ\text{C}$ xuống $t = 10^\circ\text{C}$ là:
$$Q_{\text{tỏa}} = m_{\text{trà}} \cdot c \cdot (t_1 - t) = 0,05 \cdot 4,2 \cdot (80 - 10) = 14,7\text{ kJ}$$
Câu 4: Hao phí do tỏa nhiệt ra môi trường là $10\%$. Giá trị của $m$ là bao nhiêu gam? (Kết quả được làm tròn đến chữ số hàng phần mười).
(Đơn vị: gam, làm tròn đến 1 chữ số thập phân)
Đáp án đúng: 35,3
Giải chi tiết:
- Nhiệt lượng do nước trà tỏa ra là $Q_{\text{tỏa}} = 14,7\text{ kJ} = 14\,700\text{ J}$.
- Do hao phí tỏa nhiệt ra môi trường là $10\%$, nên nhiệt lượng thực tế truyền cho nước đá thu vào là:
$$Q_{\text{thu}} = 90\% \cdot Q_{\text{tỏa}} = 0,9 \cdot 14\,700 = 13\,230\text{ J}$$ - Mặt khác, lượng nước đá có khối lượng $m\text{ (kg)}$ ở $0^\circ\text{C}$ thu nhiệt lượng để nóng chảy hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ rồi tăng nhiệt độ lên $t = 10^\circ\text{C}$:
$$Q_{\text{thu}} = m\lambda + m c (10 - 0) = m \left(3,33\cdot 10^5 + 4200 \cdot 10\right) = 375\,000 m\text{ (J)}$$ - Suy ra khối lượng nước đá cần dùng:
$$m = \dfrac{13\,230}{375\,000} = 0,03528\text{ kg} = 35,28\text{ g} \approx 35,3\text{ g}$$
Giải chi tiết:
- Nhiệt lượng do nước trà tỏa ra là $Q_{\text{tỏa}} = 14,7\text{ kJ} = 14\,700\text{ J}$.
- Do hao phí tỏa nhiệt ra môi trường là $10\%$, nên nhiệt lượng thực tế truyền cho nước đá thu vào là:
$$Q_{\text{thu}} = 90\% \cdot Q_{\text{tỏa}} = 0,9 \cdot 14\,700 = 13\,230\text{ J}$$ - Mặt khác, lượng nước đá có khối lượng $m\text{ (kg)}$ ở $0^\circ\text{C}$ thu nhiệt lượng để nóng chảy hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ rồi tăng nhiệt độ lên $t = 10^\circ\text{C}$:
$$Q_{\text{thu}} = m\lambda + m c (10 - 0) = m \left(3,33\cdot 10^5 + 4200 \cdot 10\right) = 375\,000 m\text{ (J)}$$ - Suy ra khối lượng nước đá cần dùng:
$$m = \dfrac{13\,230}{375\,000} = 0,03528\text{ kg} = 35,28\text{ g} \approx 35,3\text{ g}$$
Câu 5: Vận động viên chạy Marathon mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động viên thường chỉ có thể chuyển hóa khoảng $20\%$ năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là hoạt động chạy. 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 của cơ thể không đổi. Nếu vận động viên dùng hết $9\text{ MJ}$ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra khỏi cơ thể? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hóa hơi riêng của nước trong cơ thể vận động viên là $2,45\cdot 10^6\text{ J/kg}$. Lấy khối lượng riêng của mồ hôi là $1\text{ kg/lít}$. (Kết quả làm tròn đến chữ số hàng phần mười).
(Đơn vị: lít, làm tròn đến 1 chữ số thập phân)
Đáp án đúng: 2,9
Giải chi tiết:
- Phần năng lượng hóa học chuyển thành nhiệt lượng thải ra ngoài chiếm $100\% - 20\% = 80\%$:
$$Q = 80\% \cdot W = 0,8 \cdot 9\cdot 10^6\text{ J} = 7,2\cdot 10^6\text{ J}$$ - Khối lượng nước đã bay hơi để giải phóng lượng nhiệt này là:
$$m = \dfrac{Q}{L} = \dfrac{7,2\cdot 10^6}{2,45\cdot 10^6} \approx 2,9388\text{ kg}$$ - Với khối lượng riêng $D = 1\text{ kg/lít}$, thể tích nước đã thoát ra khỏi cơ thể là:
$$V = \dfrac{m}{D} \approx 2,9388\text{ lít} \approx 2,9\text{ lít}$$
Giải chi tiết:
- Phần năng lượng hóa học chuyển thành nhiệt lượng thải ra ngoài chiếm $100\% - 20\% = 80\%$:
$$Q = 80\% \cdot W = 0,8 \cdot 9\cdot 10^6\text{ J} = 7,2\cdot 10^6\text{ J}$$ - Khối lượng nước đã bay hơi để giải phóng lượng nhiệt này là:
$$m = \dfrac{Q}{L} = \dfrac{7,2\cdot 10^6}{2,45\cdot 10^6} \approx 2,9388\text{ kg}$$ - Với khối lượng riêng $D = 1\text{ kg/lít}$, thể tích nước đã thoát ra khỏi cơ thể là:
$$V = \dfrac{m}{D} \approx 2,9388\text{ lít} \approx 2,9\text{ lít}$$
Câu 6: Một bình cách nhiệt nhẹ chứa nước ở nhiệt độ $t_0 = 20^\circ\text{C}$. Người ta lần lượt thả vào bình này những quả cầu giống nhau đã được đốt nóng đến $100^\circ\text{C}$. Sau khi thả quả cầu thứ nhất thì nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng nhiệt là $t_1 = 40^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình và môi trường. Giả thiết nước không bị tràn ra ngoài và không tính đến sự bay hơi của nước. Cần phải thả bao nhiêu quả cầu để nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng nhiệt là $90^\circ\text{C}$?
(Đơn vị: quả cầu, nhập số nguyên)
Đáp án đúng: 21
Giải chi tiết:
Gọi nhiệt dung của lượng nước trong bình là $C_n = m_n c_n$ và nhiệt dung của mỗi quả cầu là $C_c = m_c c_c$.
- Khi thả quả cầu thứ nhất (ở $t_c = 100^\circ\text{C}$) vào bình nước (ở $t_0 = 20^\circ\text{C}$), nhiệt độ cân bằng là $t_1 = 40^\circ\text{C}$. Phương trình cân bằng nhiệt:
$$C_c (100 - 40) = C_n (40 - 20) \Leftrightarrow 60 C_c = 20 C_n \Rightarrow C_n = 3 C_c$$ - Giả sử cần thả tất cả $N$ quả cầu (mỗi quả đều có nhiệt độ ban đầu $100^\circ\text{C}$) để hệ đạt nhiệt độ cân bằng cuối cùng là $t = 90^\circ\text{C}$. Vì bỏ qua mọi hao phí nhiệt với bình và môi trường, xét toàn bộ quá trình từ đầu đến cuối cho hệ gồm nước và $N$ quả cầu:
$$N \cdot C_c (100 - 90) = C_n (90 - 20)$$ Thay $C_n = 3 C_c$ vào phương trình trên:
$$N \cdot C_c \cdot 10 = 3 C_c \cdot 70 \Rightarrow 10 N = 210 \Rightarrow N = 21\text{ (quả cầu)}$$
Giải chi tiết:
Gọi nhiệt dung của lượng nước trong bình là $C_n = m_n c_n$ và nhiệt dung của mỗi quả cầu là $C_c = m_c c_c$.
- Khi thả quả cầu thứ nhất (ở $t_c = 100^\circ\text{C}$) vào bình nước (ở $t_0 = 20^\circ\text{C}$), nhiệt độ cân bằng là $t_1 = 40^\circ\text{C}$. Phương trình cân bằng nhiệt:
$$C_c (100 - 40) = C_n (40 - 20) \Leftrightarrow 60 C_c = 20 C_n \Rightarrow C_n = 3 C_c$$ - Giả sử cần thả tất cả $N$ quả cầu (mỗi quả đều có nhiệt độ ban đầu $100^\circ\text{C}$) để hệ đạt nhiệt độ cân bằng cuối cùng là $t = 90^\circ\text{C}$. Vì bỏ qua mọi hao phí nhiệt với bình và môi trường, xét toàn bộ quá trình từ đầu đến cuối cho hệ gồm nước và $N$ quả cầu:
$$N \cdot C_c (100 - 90) = C_n (90 - 20)$$ Thay $C_n = 3 C_c$ vào phương trình trên:
$$N \cdot C_c \cdot 10 = 3 C_c \cdot 70 \Rightarrow 10 N = 210 \Rightarrow N = 21\text{ (quả cầu)}$$
KẾT QUẢ BÀI LÀM
0.00 / 10 điểm
