Chuyên đề Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lý 9 - Phần Nhiệt học

BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 9 - PHẦN NHIỆT HỌC

 

1/ Nguyên lý truyền nhiệt:

Nếu chỉ có hai vật trao đổi nhiệt thì:

- Nhiệt tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

- Sự truyền nhiệt xảy ra cho đến khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì dừng lại.

-Nhiệt lượng của vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng của vật khi thu vào.

2/ Công thức nhiệt lượng:

- Nhiệt lượng của một vật thu vào để nóng lên: Q = mc∆t (với ∆t = t₂ - t_1. ­Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu₎

- Nhiệt lượng của một vật tỏa ra để lạnh đi: Q = mc∆t (với ∆t = t₁ - t_2. ­Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối)

- Nhiệt lượng tỏa ra và thu của các chất khi chuyển thể:

         + Sự nóng chảy - Đông đặc: Q = mλ (λ là nhiệt nóng chảy)

         + Sự hóa hơi - Ngưng tụ: Q = mL (L là nhiệt hóa hơi)

Bài 1: Người ta thả một thỏi đồng 0,4kg ở nhiệt độ 80­⁰C vào 0,25kg nước ở nhiệt độ 18⁰C. Hãy xác định nhiệt độ khi cân bằng nhiệt. Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là 380J/kg.k của nước là 4200J/Kg.K.

Hướng dẫn giải:

- Nhiệt lượng do miếng đồng tỏa ra để nguội đi từ 80⁰C xuống t⁰C:

Q₁ = m₁.C₁.(t₁ - t) = 0,4. 380. (80 - t) (J)

- Nhiệt lượng nước thu vào để nóng lên từ 18⁰C đến t⁰C:

Q₂ = m₂.C₂.(t - t₂) = 0,25. 4200. (t - 18) (J)

Theo phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁ = Q₂

<=> 0,4. 380. (80 - t) = 0,25. 4200. (t - 18)

<=> t ≈ 26⁰C

Vậy nhiệt độ xảy ra cân bằng là 26⁰C.

Bài 2: Trộn lẫn rượu và nước người ta thu được hỗn hợp nặng 140g ở nhiệt độ 36⁰C. Tính khối lượng của nước và khối lượng của rượu đã trộn. Biết rằng ban đầu rượu có nhiệt độ 19⁰C và nước có nhiệt độ 100⁰C, cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/Kg.K, của rượu là 2500J/Kg.k.

Hướng dẫn giải:

-  Theo bài ra ta biết tổng khối lượng của nước và rượu là 140

m₁ + m₂ = m   m₁ = m - m₂ (1)

- Nhiệt lượng do nước tỏa ra: Q₁ = m₁. C₁ (t₁ - t)

- Nhiệt lượng rượu thu vào: Q₂ = m₂. C₂ (t - t₂)

- Theo PTCB nhiệt: Q₁ = Q₂

m₁. C₁ (t₁ - t) = m₂. C₂ (t - t₂)

m₁4200(100 - 36) = m₂2500 (36 - 19)

268800 m₁ = 42500 m₂

\({m_2} = \frac{{268800{m_1}}}{{42500}}\) (2)

- Thay (1) vào (2) ta được:

268800 (m - m₂) = 42500 m₂

<=> 37632 - 268800 m₂ = 42500 m₂

<=> 311300 m₂ = 37632

<=> m₂ = 0,12 (Kg)

- Thay m₂ vào pt (1)  ta được:

(1) m₁ = 0,14 - 0,12 = 0,02 (Kg)

Vậy ta phải  pha trộn là 0,02Kg nước vào 0,12Kg. rượu để thu được hỗn hợp nặng 0,14Kg ở 36⁰C.

Bài 3: Người ta đổ m₁(Kg) nước ở nhiệt độ 60⁰C vào m₂(Kg) nước đá ở nhiệt độ -5⁰C. Khi có cân bằng nhiệt lượng nước thu được là 50Kg và có nhiệt độ là 25⁰C . Tính khối lượng của nước đá và nước ban đầu. Cho nhiệt dung riêng của nước đá là 2100J/Kg.k. (Giải tương tự bài số 2)

Bài 4: Người ta dẫn 0,2 Kg hơi nước ở nhiệt độ 100⁰C vào một bình chứa 1,5 Kg nước đang ở nhiệt độ 15⁰C. Tính nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp và tổng khối lượng khi xảy ra cân bằng nhiệt.

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng tỏa ra khi 0,2 Kg hơi nước ở 100⁰C ngưng tụ thành nước ở 100⁰C

Q₁ = m₁. L = 0,2 . 2,3.10⁶ = 460000 (J)

Nhiệt lượng tỏa ra khi 0,2Kg nước ở 100⁰C thành nước ở t⁰C

Q₂ = m₁.C. (t₁ - t) = 0,2. 4200 (100 - t)

Nhiệt lượng thu vào khi 1,5Kg nước ở 15⁰C thành nước ở t⁰C

Q₃ = m₂.C. (t - t₂) = 1,5. 4200 (t - 15)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

Q₁ + Q₂ = Q₃

<=> 460000 + 0,2. 4200 (100 - t) = 1,5. 4200 (t - 15)

<=> 6780t = 638500

<=> t ≈ 94⁰C

Tổng khối lượng khi xảy ra cân bằng nhiệt.

m = m₁ + m₂ = 0,2 + 1,5 = 1,7(Kg)

Bài 5: Có ba chất lỏng không tác dụng hóa học với nhau và được trộn lẫn vào nhau trong một nhiệt lượng kế. chúng có khối lượng lần lượt là m₁=1kg, m₂= 10kg, m₃=5kg, có nhiệt dung riêng lần lượt là C₁ = 2000J/Kg.K, C₂ = 4000J/Kg.K, C₃  = 2000J/Kg.K và có nhiệt độ là t₁ = 6⁰C, t₂ = -40⁰C, t₃ = 60⁰C.

a/ Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp khi xãy ra cân bằng.

b/ Tính nhiệt lượng cần thiết để hỗn hợp được nóng lên thêm 6⁰C. Biết rằng khi trao đổi nhiệt không có chất nào bị hóa hơi hay đông đặc.

Hướng dẫn giải:

a/ Giả sử rằng, thoạt đầu ta trộn hai chất có nhiệt độ thấp hơn với nhau ta thu được một hỗn hợp ở nhiệt độ t < t₃ ta có pt cân bằng nhiệt:

m₁C₁(t₁ - t) = m₂C₂(t - t₂)

   \(t = \frac{{{m_1}{C_1}{t_1} + {m_2}{C_2}{t_2}}}{{{m_1}{C_1} + {m_2}{C_2}}}\) (1)

Sau đó ta đem hỗn hgợp trên trôn với chất thứ 3 ta thu được hỗn hợp 3 chất ở nhiệt độ t' (t < t' < t₃) ta có phương trình cân bằng nhiệt:

(m₁C₁ + m₂C₂)(t' - t) = m₃C₃(t₃ - t')  (2)

Từ (1) và (2) ta có:

\(t' = \frac{{{m_1}{C_1}{t_1} + {m_2}{C_2}{t_2} + {m_3}{C_3}{t_3}}}{{{m_1}{C_1} + {m_2}{C_2} + {m_3}{C_3}}}\)

Thay số vào ta tính được t' ≈ -19⁰C

b/ Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của hỗn hợp lên 6⁰C:

Q = (m₁C₁ + m₂C₂ + m₃C₃) (t₄ - t') = 1300000(J)

...

-(Nội dung đầy đủ, chi tiết của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập xem online hoặc tải về)-

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung tài liệu Chuyên đề Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lý 9 - Phần Nhiệt học. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.