Giải bài tập SBT Vật Lí 10 Bài tập cuối chương VI: Cơ sở của nhiệt động lực học

Hệ thức nào sau đây phù hợp với quá trình nén khí đẳng nhiệt?

A. Q + A = 0 với A < 0

B. ΔU = Q + A với ΔU > 0 ; Q < 0 ; A > 0.

C. Q + A = 0 với A > 0.

D. ΔU = A + Q với A > 0 ; Q < 0.

Phương pháp giải

Quá trình nén khí đẳng nhiệt có tổng nhiệt lượng và công bằng 0 với công A>0

Hướng dẫn giải

- Hệ thức Q + A = 0 với A > 0 là phù hợp với quá trình nén khí đẳng nhiệt

- Chọn đáp án C

Hệ thức nào sau đây phù hợp với quá trình làm lạnh khí đẳng tích?

A. ΔU = Q với Q > 0.                          

B. ΔU = A với A > 0.

C. ΔU = A với A < 0.                            

D. ΔU = Q với Q < 0.

Phương pháp giải

Quá trình đẳng tích: hệ không sinh công cũng không nhận công A = 0, ứng với quá trình làm lạnh khí, hệ tỏa nhiệt Q<0

Hướng dẫn giải

- Hệ thức ΔU = Q với Q < 0 là phù hợp với quá trình làm lạnh khí đẳng tích

- Chọn đáp án D

Hệ thức ΔU = Q là hệ thức của nguyên lí I NĐLH áp dụng cho quá trình nào sau đây của khí lí tưởng?

A. Quá trình đẳng nhiệt.                      

B. Quá trình đẳng áp.

C. Quá trình đẳng tích.                        

D. Cả ba quá trình trên.

Phương pháp giải

Quá trình đẳng tích khí không sinh công cũng không nhận công, A = 0 →ΔU=Q

Hướng dẫn giải

- Hệ thức ΔU = Q là hệ thức của nguyên lí I NĐLH áp dụng cho quá trình đẳng tích của khí lí tưởng

- Chọn đáp án C

Khí thực hiện công trong quá trình nào sau đây ?

A. Nhiệt lượng mà khí nhận được lớn hơn độ tăng nội năng của khí.

B. Nhiệt lượng mà khí nhận được nhỏ hơn độ tăng nội năng của khí.

C. Nhiệt lượng mà khí nhận được bằng độ tăng nội năng của khí.

D. Nhiệt lượng mà khí nhận được có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhưng không thể bằng độ tăng nội năng của khí.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm đặc điểm của quá trình khí thực hiện công

Hướng dẫn giải

- Áp dụng công thức ΔU=A+Q, nếu nhiệt lượng mà khí nhận được lớn hơn độ tăng nội năng của khí thì hệ thực hiện công A=Q−ΔU

- Chọn đáp án A

Hệ thức của nguyên lí I nhiệt động lực học có dạng ΔU = Q ứng với quá trình nào vẽ ở hình VI.1?

A. Quá trình 1 → 2.

B. Quá trình 2 → 3.

C. Ọuá trình 3 → 4.

D. Quá trình 4 → 1.

Phương pháp giải

Trong quá trình từ 4 sang 1, là quá trình đẳng tích, hệ không sinh công suy ra ΔU=Q

Hướng dẫn giải

- Hệ thức của nguyên lí I nhiệt động lực học có dạng ΔU = Q ứng với quá trình từ 4 sang 1

- Chọn đáp án D

Một vật khối lượng 1 kg trượt không vận tốc đầu trên một mặt phẳng nghiêng dài 0,80 m đặt nghiêng 30° so với mặt phẳng nằm ngang. Khi tới chân mặt phẳng nghiêng, vận tốc của vật đạt 1,2 m/s. Nhiệt lượng do vật toả ra do ma sát là:

A. 7,02 J

B. 3,2 J

C. 3,92 J

D. 6,4 J

Phương pháp giải

Áp dụng công thức:

Q = A_ms= mglsinα - mv²/2 để tính nhiệt lượng

Hướng dẫn giải

- Khi vật trượt trên mặt phẳng nghiêng có ma sát thì độ giảm cơ năng đúng bằng công để thắng ma sát:

A_ms = W₀ - W = mgh-mv²/2

Theo đầu bài thì : Q = A_ms= mglsinα - mv²/2 = 3,2 J.

- Chọn đáp án B

Một viên đạn bằng bạc có khối lượng 2 g đang bay với vận tốc 200 m/s thì va chạm vào một bức tường gỗ. Nếu coi viên đạn không trao đổi nhiệt với bên ngoài thì nhiệt độ của viên đạn sẽ tăng thêm bao nhiêu độ? Nhiệt dung riêng của bạc là 234 J/(kg.K).

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức:

\({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2} \) để tính động năng

- Tính độ tăng nhiệt độ của viên đạn theo công thức:

\({\rm{\Delta }}t = \frac{Q}{{mc}} \)

Hướng dẫn giải

- Động năng của viên đạn khi va chạm với tường :

\({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}({2.10^{ - 3}}){(200)^2} = 40(J)\)

- Khi bị bức tường giữ lại, viên đạn đã nhận được công có độ lớn A = Wđ.

- Do viên đạn không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài nên công A phải bằng độ tăng nội năng của viên đạn :

ΔU = A

- Phần nội năng tăng thêm này làm viên đạn nóng lên : Q = mcΔt

Do đó : \({\rm{\Delta }}t = \frac{Q}{{mc}} = \frac{{40}}{{{{2.10}^{ - 3}}.234}} = {85,5^0}C\)

Một bình chứa 14 g khí nitơ ở nhiệt độ 27°C và áp suất 1 atm. Sau khi hơ nóng, áp suất trong bình chứa khí tăng lên tới 5 at. Hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp cho khí nitơ và độ tăng nội năng của khí

Biết nhiệt dung riêng của nitơ trong quá trình nung nóng đẳng nhiệt là c_V = 742 J/(kg.K). Coi sự nở vì nhiệt của bình là không đáng kể.

Phương pháp giải

- Tính nhiệt lượng theo công thức:

Q = mc_v (T₂ – T₁) 

Với: \( {T_2} = \frac{{{p_2}{T_1}}}{{{T_2}}}\)

- Độ tăng nội năng được tính theo công thức: ΔU = Q

Hướng dẫn giải

- Do bình không dãn nở vì nhiệt, nên công do khí sinh ra : A' = pΔV = 0. 

- Theo nguyên lí I, ta có :

ΔU = Q (1)

- Nhiệt lượng do khí nhận được : Q = mc_v (T₂ – T₁) (2)

- Mặt khác, do quá trình là đẳng tích nên :

\(\frac{{{p_2}}}{{{T_2}}} = \frac{{{p_1}}}{{{T_1}}} = > {T_2} = \frac{{{p_2}{T_1}}}{{{T_2}}} = 1500K\)

Từ (2) tính được : Q = 15,58.10³ J.

Từ (1) suy ra:  ΔU = 15,58.10³ J.

Một khối khí chứa trong một xilanh đặt thẳng đứng có pit-tông trọng lượng không đáng kể, diện tích đáy 10 cm², có thể dịch chuyển được. Tính công cần thực hiện để kéo pit-tông lên cao thêm 10 cm. Biết nhiệt độ của khí không đổi, áp suất khí quyển bằng 1 at, và công khí sinh ra trong quá trình này là 7,5 J.

Phương pháp giải

Tính công cần thực hiện để kéo pit-tông theo công thức:

A = A₁ + A₂ = p₀Sh – A’₂ 

Hướng dẫn giải

Khi kéo pit-tông lên một đoạn h thì áp suất của khí quyển nén lên pit-tông thực hiện công A₁= p₀Sh, đồng thời khí dãn nở sinh công  A’₂= 7,5 J. Do đó. công ta cần thực hiện trong quá trình này là :

A = A₁ + A₂ = p₀Sh – A’₂ = 2,31 J

Trong một xilanh đặt nằm ngang có một lượng không khí thể tích 2,73 dm³ ở điều kiện chuẩn. Người ta hơ nóng xilanh sao cho nhiệt độ tăng thêm 40°C và pit-tông dịch chuyển đều trong khi áp suất của không khí trong xilanh coi như không đổi. Tính công do lượng khí sinh ra khi dãn nở. Công này có phụ thuộc diện tích của mặt pit-tông không ? Bỏ qua ma sát giữa pit-tông và xilanh.

Phương pháp giải

Tính công sinh ra theo công thức:

A' = pΔV

trong đó:

\({\rm{\Delta }}V = V - {V_0} = {V_0}\frac{{T - {T_0}}}{{{T_0}}}\)

Hướng dẫn giải

- Công do khí sinh ra trong quá trình dãn nở đẳng áp :

A' = pΔV (1)

- Do quá trình là đẳng áp nên :

\(\frac{V}{T} = \frac{{{V_0}}}{{{T_0}}} = > V = {V_0}\frac{T}{{{T_0}}}\)

 và \({\rm{\Delta }}V = V - {V_0} = {V_0}\frac{{T - {T_0}}}{{{T_0}}}\) (2)

- Từ (1) và (2) dễ dàng tính được:

A' = 40,52 J.

⇒ Trong (1) và (2) không thấy giá trị của diện tích mặt pit-tông nên công trên không phụ thuộc vào diện tích này