Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 3
Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học
Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 3: Nội năng. Định luật 1 của nhiệt động lực học được VnDoc.com tổng hợp và xin gửi tới bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết hướng dẫn bạn đọc trả lời các câu hỏi trong SGK Vật lý 12 các trang 20, 21, 22, 23, 24, 25, 28.
Giải Vật lí 12 trang 20 Chân trời
Mở đầu trang 20 SGK Vật lí 12
Ô tô khi đóng kín cửa để ngoài trời nắng nóng (Hình 3.1), nhiệt độ không khí trong xe tăng rất cao so với nhiệt độ bên ngoài, làm giảm tuổi thọ của các thiết bị bên trong xe. Nguyên nhân nào gây ra sự tăng nhiệt độ này?
Lời giải:
Khi nhiệt độ bên ngoài cao, nhiệt năng truyền từ bên ngoài vào trong xe, làm nóng các thiết bị trên xe, dẫn đến không khí bên trong xe cũng tăng cao. Khối khí bên trong xe nhận được nhiệt lượng nên nội năng tăng, dẫn đến động năng phân tử tăng lên, các phân tử dao động nhiệt mạnh hơn, nhiệt độ tăng cao hơn.
Thảo luận 1 trang 20 SGK Vật lí 12
Chứng tỏ nội năng của vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật.
Lời giải:
Nội năng là tổng động năng và thế năng phân tử.
Động năng phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của phân tử, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển động càng tăng, dẫn đến động năng tăng.
Thế năng phân tử phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử, thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử thay đổi dẫn đến thế năng phân tử thay đổi.
Suy ra nội năng của vật phụ thuộc vào động năng và thế năng phân tử hay nói cách khác là phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích vật.
Giải Vật lí 12 trang 21 Chân trời
Thảo luận 2 trang 21 SGK Vật lí 12
Vận dụng mô hình động học phân tử, hãy giải thích hiện tượng chiếc nút bị đẩy bật ra khỏi ống (Hình 3.2b).
Lời giải:
Sau một thời gian ngắn bị đốt nóng, chiếc nút đậy bị đẩy bật ra khỏi ống nghiệm. Khi bị đốt nóng, không khí trong ống nghiệm bị nóng lên, nhiệt độ khối khí tăng lên, nội năng khí tăng. Theo mô hình động học phân tử, khi nhiệt độ khối khí tăng, các phân tử khí chuyển động nhiệt nhanh hơn nên va chạm với thành ống nghiệm nhiều hơn và mạnh hơn làm áp suất khí trong ống tăng lên. Đến một nhiệt độ nào đó, áp suất này tạo ra lực đẩy đủ lớn làm bật nút đậy ra khỏi ống nghiệm.
Thảo luận 3 trang 21 SGK Vật lí 12
Việc thay đổi lượng không khí chứa trong ống nghiệm có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm không? Nếu có thì ảnh hưởng như thế nào?
Lời giải:
Việc thay đổi lượng không khí chứa trong ống nghiệm không đáng kể thì về cơ bản sẽ không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm, nó chỉ làm nhanh hoặc làm chậm quá trình giãn nở không khí bên trong ống nghiệm. Tuy nhiên nếu lượng không khí quá ít thì kết quả thí nghiệm sẽ bị ảnh hưởng, nút đậy sẽ không bật ra.
- Nếu lượng không khí bên trong nhiều thì khối khí sẽ bị giãn nở nhiều hơn và làm bật nút đậy nhanh hơn.
- Nếu lượng không khí ít thì khối khí bị giãn nở ít hơn, quá trình làm bật nút đậy chậm hơn.
Luyện tập trang 21 SGK Vật lí 12
Dựa vào mô hình động học phân tử, hãy giải thích hiện tượng quả bóng bàn bị móp (nhưng chưa bị thủng) khi thả vào cốc nước nóng sẽ phồng trở lại (Hình 3.3).
Lời giải:
Khi thả vào cốc nước nóng, khối khí bên trong quả bóng nhận được nhiệt lượng từ nước nóng, nội năng khối khí tăng lên, thể tích khí tăng lên gây ra lực từ bên trong tác dụng lên vỏ quả bóng làm cho nó phồng trở lại.
Giải Vật lí 12 trang 22 Chân trời
Thảo luận 4 trang 22 SGK Vật lí 12
Có những cách nào làm thay đổi nội năng của một vật (hoặc hệ vật)? Cho ví dụ minh họa.
Lời giải:
Ví dụ về quá trình thực hiện công làm thay đổi nội năng của vật:
- Bơm xe đạp, sau một thời gian ngắn ống bơm sẽ nóng lên.
Ví dụ về quá trình truyền nhiệt làm thay đổi nội năng của vật:
- Thợ rèn nung nóng thanh sắt.
Luyện tập trang 22 SGK Vật lí 12
Lấy ví dụ minh họa về việc làm thay đổi nội năng của một khối chất rắn, khối chất lỏng và khối chất khí bằng cách thực hiện công trong thực tiễn.
Lời giải:
- Cách làm thay đổi nội năng của khối chất rắn: người thợ rèn dùng búa đập vào thanh sắt nhiều lần.
- Cách làm thay đổi nội năng của khối chất lỏng: cho nước vào chai nhựa, đậy kín lại, dùng tay lắc chai nhựa thật nhiều lần, nội năng của nước thay đổi do ma sát của nước với chai.
- Cách làm thay đổi nội năng của khối chất khí: hít một lượng khí vào xilanh, sau đó dùng tay bịt đầu xilanh lại, tay kia kéo lên ấn xuống pittong nhiều lần sẽ làm thay đổi nội năng khối khí.
Giải Vật lí 12 trang 23 Chân trời
Luyện tập trang 23 SGK Vật lí 12
Giải thích tại sao khi hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc với nhau thì nhiệt độ của chúng sẽ tiến đến bằng nhau.
Lời giải:
Khi hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc nhau thì có sự trao đổi nhiệt lượng giữa hai vật.
- Nhiệt lượng từ vật có nhiệt độ cao truyền sang cho vật có nhiệt độ thấp hơn.
- Khi hai vật tiếp xúc với nhau, các phân tử ở vật có nhiệt độ cao sẽ chuyển động nhanh hơn và va chạm với các phân tử ở vật có nhiệt độ thấp. Trong quá trình va chạm, sẽ truyền năng lượng từ các phân tử ở vật có nhiệt độ cao sang các phân tử ở vật có nhiệt độ thấp.
Nên vật có nhiệt độ cao sẽ truyền nhiệt lượng làm nhiệt độ giảm đi, vật có nhiệt độ thấp sẽ nhận nhiệt lượng làm nhiệt độ tăng lên. Quá trình truyền nhiệt sẽ dừng khi nhiệt độ của chúng bằng nhau.
Thảo luận 5 trang 23 SGK Vật lí 12
Xét trường hợp đun một ấm nước, nhiệt lượng cần cung cấp cho nước sẽ thay đổi như thế nào nếu khối lượng của nước càng lớn và độ tăng nhiệt độ của nước càng lớn?
Lời giải:
Khối lượng nước càng lớn và độ tăng nhiệt độ càng lớn thì nhiệt lượng cần cung cấp càng nhiều.
Giải Vật lí 12 trang 24 Chân trời
Luyện tập 1 trang 24 SGK Vật lí 12
Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 3 lít nước từ nhiệt độ 25°C lên 100°C, biết nhiệt dung riêng của nước là 4 180 J/kg.K.
Lời giải:
Nhiệt lượng cần cung cấp: Q = mcΔt = 3.4180.(100 − 25) = 940500J
Luyện tập 2 trang 24 SGK Vật lí 12
Một người thợ rèn nhúng một con dao rựa bằng thép có khối lượng 1,1 kg ở nhiệt độ 850°C vào trong bể nước lạnh để làm tăng độ cứng của lưỡi dao. Nước trong bể có thể tích 200 lít và có nhiệt độ bằng với nhiệt độ ngoài trời là 27°C. Xác định nhiệt độ của nước khi có sự cân bằng nhiệt. Bỏ qua sự truyền nhiệt cho thành bể và môi trường bên ngoài. Biết nhiệt dung riêng của thép là 460 J/kg.K; của nước là 4180 J/kg.K.
Lời giải:
Gọi nhiệt độ cân bằng là t
Nhiệt lượng do thép truyền cho nước: Qtoa = m1c1Δt1 = 1,1.460.(850 − t)
Nhiệt lượng do nước nhận được từ thép: Qthu = m2c2Δt2 = 200.4180.(t − 27)
Khi có sự cân bằng nhiệt:
Qtoa = Qthu ⇔ 1,1.460.(850 − t) = 200.4180.(t − 27) ⇔ t ≈ 27,5°C
Vận dụng trang 24 SGK Vật lí 12
Hình 3.6 mô tả cách tạo lửa bằng ma sát trong tình huống nguy cấp của con người (như cần sưởi ấm trong thời tiết lạnh, nấu chín thức ăn,... khi không có bật lửa. Hãy giải thích cách tạo ra lửa trong tình huống này.
Lời giải:
Khi quay thanh gỗ nhỏ vào miếng gỗ to ở bên dưới sẽ tạo ra ma sát, quay càng nhanh ma sát càng lớn, nhiệt sinh ra càng nhiều, khi nhiệt đủ lớn sẽ tạo ra lửa.
Giải Vật lí 12 trang 25 Chân trời
Thảo luận 6 trang 25 SGK Vật lí 12
Xét khối khí như trong Hình 3.4, nếu ta vừa dùng tay ấn mạnh và nhanh pit-tông, vừa nung nóng khí bằng ngọn lửa đèn cồn thì nội năng của khí biến thiên như thế nào so với trường hợp không nung nóng? Vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, viết biểu thức liên hệ độ biến thiên nội năng của khối khí với công và nhiệt lượng mà khí nhận được.
Lời giải:
Vừa dùng tay ấn mạnh và nhanh pit-tông, vừa nung nóng khí bằng ngọn lửa đèn cồn thì nội năng của khối khí tăng nhanh hơn so với trường hợp không nung nóng, vì ngoài thực hiện công ta đã truyền cho khối khí một nhiệt lượng Q.
Biểu thức độ biến thiên nội năng: ΔU = Q + A
Luyện tập trang 25 SGK Vật lí 12
Giả sử cung cấp cho vật một công là 200 J nhưng nhiệt lượng bị thất thoát ra môi trường bên ngoài là 120 J. Hỏi nội năng của vật tăng hay giảm bao nhiêu?
Lời giải:
Vật nhận công nên A > 0, nhiệt lượng truyền ra ngoài nên Q < 0
Độ biến thiên nội năng: ΔU = Q + A = −120 + 200 = 80J > 0 nên nội năng tăng.
Vận dụng trang 25 SGK Vật lí 12
Hãy giải thích nguyên nhân gây ra sự tăng nhiệt độ trong ô tô ở Hình 3.1. Người ta thường sử dụng biện pháp đơn giản nào để hạn chế sự tăng nhiệt độ không khí trong ô tô trong trường hợp này?
Lời giải:
Nguyên nhân sự tăng nhiệt độ trong ô tô do nội năng của khối khí bên trong ô tô tăng lên. Để hạn chế sự tăng nhiệt độ không khí trong ô tô ta nên sử dụng một số cách sau:
- Đỗ ô tô ở dưới bóng mát
- Nếu phải di chuyển dưới trời nắng thì nên bật điều hoà để có sự lưu thông không khí bên ngoài và bên trong.
- Sử dụng nội thất cũng như màu sơn của xe là màu sáng.
- Lắp thêm rèm cửa xe
- Dán tấm kính cách nhiệt
- Có thể mở hé cửa kính xe
Giải Vật lí 12 trang 28 Chân trời
Bài tập 1 trang 28 SGK Vật lí 12
Hệ thức nào dưới đây là phù hợp với quá trình một khối khí trong bình kín bị nung nóng?
A. ΔU = A; A > 0.
B. ΔU = Q; Q > 0.
C. ΔU = A; A < 0.
D. ΔU = Q; Q < 0.
Lời giải:
Khí bị nung nóng tức là nó nhận nhiệt lượng, Q > 0, bình kín nên thể tích không đổi, khối khí không sinh công nên A = 0. Chọn đáp án B.
Bài tập 2 trang 28 SGK Vật lí 12
Một người cọ xát một miếng sắt dẹt có khối lượng 150 g trên một tấm đá mài. Sau một khoảng thời gian, miếng sắt nóng thêm 12 °C, Tính công mà người này đã thực hiện, giả sử rằng 40% công đó được dùng để làm nóng miếng sắt. Biết nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kg.K.
Lời giải:
Nhiệt lượng mà miếng sắt nhận được: Q = mcΔt = 0,150.460.12 = 828J
Công mà người đã thực hiện: A = 828/40% = 2070J
Bài tập 3 trang 28 SGK Vật lí 12
Một ấm đun nước bằng nhôm có ở khối lượng 400 g, chứa 3 lít nước được đun trên bếp. Khi nhận được nhiệt lượng 740 kJ thì ấm đạt đến nhiệt độ là 80°C. Tính nhiệt độ ban đầu của ấm và nước, biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước là 4 180 J/kg.K. Coi nhiệt lượng mà ấm toả ra bên ngoài là không đáng kể.
Lời giải:
Đang cập nhật...
Bài tiếp theo: Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 4
