Ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 phần Nhiệt học (Có lời giải chi tiết)

Ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 phần Nhiệt học có lời giải chi tiết

Nhiệt học là một trong những phần kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 9, thường xuyên xuất hiện trong các đề thi học sinh giỏi cấp trường, huyện và tỉnh. Phần kiến thức này đòi hỏi học sinh không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn phải vận dụng tốt vào các bài toán tính toán liên quan đến nhiệt lượng, phương trình cân bằng nhiệt, công và hiệu suất của nguồn nhiệt.

Bài viết dưới đây tổng hợp chuyên đề ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 phần Nhiệt học với đầy đủ bài tập có lời giải chi tiết, giúp học sinh vừa hệ thống kiến thức vừa rèn luyện kỹ năng giải bài. Các dạng bài được phân chia rõ ràng, có phân tích hướng dẫn, phù hợp để luyện thi HSG Vật lý 9 ở mọi cấp độ. Nếu bạn đang cần tìm tài liệu ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 có đáp án, đặc biệt là phần Nhiệt học, thì đừng bỏ qua chuyên đề này!

A. Công thức phần nhiệt học lớp 9

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: \(Q_{1} = m.c.\Delta t\) (với \(\Delta t = t_{2} - t_{1}\): Nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ đầu)

- Nhiệt lượng của một vật tỏa ra để lạnh đi: \(Q_{2} = m.c.\Delta t\) (với \(\Delta t = t_{1} - t_{2}\): Nhiệt độ đầu trừ nhiệt độ cuối)

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

• Sự nóng chảy – Đông đặc: \(Q = m.\lambda\) (với \(\lambda\) là nhiệt nóng chảy)
• Sự hóa hơi – Ngưng tụ: \(Q = m.L\) (với \(L\) là nhiệt hóa hơi)
• Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu bị đốt cháy: \(Q = m.q\) (với \(q\) năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu)
• Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua: \(Q = I^{2}Rt\)

3. Phương trình cân bằng nhiệt

\(Q_{toa} = Q_{thu}\)

4. Hiệu suất của động cơ nhiệt

\(H = \frac{Q_{ích}}{Q_{tp}}.100\%\)

5. Một số công thức liên quan

• Khối lượng riêng: \(D = \frac{m}{V}\)
• Trọng lượng riêng: \(d = \frac{P}{V}\)
• Biểu thức liên hệ giữa khối lượng và trọng lượng: \(P = 10m\)
• Biểu thức liên hệ giữa khối lượng riêng và trọng lượng riêng \(d = 10D\)

B. Bài tập minh họa cân bằng nhiệt có hướng dẫn giải chi tiết

Bài tập 1. Dùng một ca múc nước ở thùng chứa nước A có nhiệt độ t₁ = 80⁰C và ở thùng chứa nước B có nhiệt độ t₂ = 20⁰ C rồi đổ vào thùng chứa nước C. Biết rằng trước khi đổ, trong thùng chứa nước C đã có sẵn một lượng nước ở nhiệt độ t₃ = 40⁰C và bằng tổng số ca nước vừa đổ thêm vào nó. Tính số ca nước phải múc ở mỗi thùng A và B để có nhiệt độ nước ở thùng C là t₄ = 50⁰C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường, với bình chứa và ca múc.

Hướng dẫn giải

Gọi c là nhiệt dung riêng của nước, m là khối lượng nước chứa trong một ca.

n₁ và n₂ lần lượt là số ca nước múc ở thùng A và B

(n₁ + n₂) là số ca nước có sẵn trong thùng C

Nhiệt lượng do n₁ ca nước ở thùng A khi đổ vào thùng C đã tỏa ra là

Q­₁ = n₁.m.c(80 – 50) = 30cmn₁

Nhiệt lượng do n₂ ca nước ở thùng B khi đổ vào thùng C đã hấp thu là

Q­₂ = n₂.m.c(50 – 20) = 30cmn₂

Nhiệt lượng do (n₁ + n₂) ca nước ở thùng A và B khi đổ vào thùng C đã hấp thụ là

Q­₃ = (n₁ + n₂).m.c.(50 – 40) = 10cm(n₁ + n₂)

Phương trình cân băng nhiệt: Q­₂ + Q­₃ = Q­₁

\(\Rightarrow\) 30cmn₂ + 10cm(n₁ + n₂) = 30cmn₁ \(\Rightarrow\) 2n₂ = n₁

Vậy khi múc n ca nước ở thùng B thì phải múc 2n ca nước ở thùng A và số nước đã có sẵn trong thùng C trước khi đổ thêm là 3n ca

Bài tập 2. Có hai bình cách nhiệt đựng cùng một loại chất lỏng. Một học sinh lần lượt múc từng ca chất lỏng ở bình 1 đổ vào bình 2 và ghi lại nhiệt độ khi cân bằng của bình 2 sau mỗi lần đổ, trong bốn lần ghi đầu tiên lần lượt là: t₁ = 10 ⁰C, t₂ = 17,5 ⁰C, t₃ (bỏ sót chưa ghi), t₄ = 25 ⁰C. Hãy tính nhiệt độ t₀ của chất lỏng ở bình 1 và nhiệt độ t₃ ở trên. Coi nhiệt độ và khối lượng mỗi ca chất lỏng lấy từ bình 1 là như nhau. Bỏ qua các sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng với bình, ca và môi trường bên ngoài.

Hướng dẫn giải

Sau 4 lần đổ nhiệt độ bình 2 tăng dần đến bằng 25⁰C nên t₀ > 25⁰C

c(m + m₀)(t₂ - t₁) = cm₀(t₀ - t₂) (1)

Sau khi đổ lần 4, phương trình cân bằng nhiệt là (coi ba ca tỏa ra cho (m + m₀) thu vào)

c(m + m₀)(t₄ – t₁) = 3cm₀(t₀ – t₄) (3)

Từ (1) và (2) ta có: \(\frac{t_{2} - t_{1}}{t_{4} - t_{1}} = \frac{t_{0} - t_{2}}{3(t_{0} - t_{4}^{})}\ \Rightarrow \ t_{0} = 40^{0}C\)

Từ (1) và (3) ta có:

\(\frac{t_{2} - t_{1}}{t_{3} - t_{1}} = \frac{t_{0} - t_{2}}{2(t_{0} - t_{3})}\ \Rightarrow \ t_{3} = 22^{0}C\)

Bài tập 3. Một bình nhôm khối lượng m₀=260g, nhiệt độ ban đầu là t₀ = 20⁰C, được bọc kín bằng lớp xốp cách nhiệt. Cần bao nhiêu nước ở nhiệt độ t₁=50⁰C và bao nhiêu nước ở nhiệt độ t₂=0⁰C để khi cân bằng nhiệt có 1,5 kg nước ở t₃=10⁰C. Cho nhiệt dung riêng của nhôm là C₀=880J/kg.độ, của nước là C₁=4200J/kg.độ.

Hướng dẫn giải

Đổi m₀ = 260g=0,26kg

Gọi khối lượng nước ở nhiệt độ 50⁰C cần lấy là m₁ vậy khối lượng nước ở 0⁰C cần lấy là 1,5 -m₁ khi đó

Nhiệt lượng tỏa ra của ấm nhôm từ 20⁰C xuống 10⁰C là :

Q₀= c₀m₀ (20-10) = 10 c₀m₀(J)

Nhiệt lượng tảo ra của m₁ kg nước từ nhiệt độ 50⁰C xuông 10⁰C là

Q₁= m₁c₁(50-10) = 40m₁c₁(J)

Nhiệt lượng thu vào của 1,5-m₁ (kg) nước ở nhiệt độ 0⁰C lên 10⁰C là

Q₂= c₁ ( 1,5-m₁) 10 =15c₁ -10 m₁c₁ (J)

Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau :

Q₀+ Q₁= Q₂ thay vào ta có : 10 c₀m₀ + 40m₁c₁=15c₁ -10 m₁c₁

Thay só vào ta có :

10.880.0,26 + 40 . 4200.m₁ =15.4200-10.4200m₁

Giải phương trình ta được m₁ = 0,289kg

Khối lượng nước cần lấy ở 0⁰C là m₂ =1,211kg

C. Bài tập tự rèn luyện có đáp án

Bài 1. Muốn có 100 lít nước ở nhiệt độ 35⁰C thì phải đổ bao nhiêu lít nước đang sôi vào bao nhiêu lít nước ở nhiệt độ 15⁰C? Lấy nhiệt dung riêng của nước là 4190J/kgK.

Bài 2. Hai bình giống nhau, chứa 2 lượng nước như nhau. Bình thứ nhất có nhiệt độ t₁, bình thứ hai có nhiệt độ t₂ = 2t₁. Sau khi trộn lẫn với nhau nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là 36⁰C. Tìm nhiệt độ ban đầu của mỗi bình. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt của nước với bình và môi trường.

Bài 3. Nước máy có nhiệt độ 22⁰C. Muốn có 20 lít nước ở nhiệt độ 35⁰C để tắm cho con, một chị đã mua 4 lít nước có nhiệt độ 99⁰C. Hỏi:

a. Lượng nước nóng đó có đủ không? Thừa hay thiếu bao nhiêu?

b. Nếu dùng hết cả 4 lít nước sôi, thì được bao nhiêu nước ấm?

Không thể hiển thị hết nội dung tại đây — bấm Tải về để lấy toàn bộ tài liệu.

----------------------------------------------------

Trên đây là tổng hợp bài tập ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 phần Nhiệt học kèm lời giải chi tiết, giúp học sinh nâng cao khả năng vận dụng kiến thức, làm quen với các dạng bài thi HSG thường gặp. Khi luyện tập đều đặn với các bài tập này, học sinh sẽ cải thiện đáng kể kỹ năng giải nhanh, trình bày khoa học và tránh được những lỗi sai thường gặp.

Ngoài ra, các thầy cô giáo cũng có thể sử dụng tài liệu này như một nguồn đề tham khảo khi xây dựng chương trình ôn luyện cho đội tuyển học sinh giỏi.

Hãy lưu lại tài liệu, chia sẻ với bạn bè và tiếp tục theo dõi website của chúng tôi để cập nhật thêm nhiều chuyên đề ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 có đáp án, phân theo từng phần như Điện học, Cơ học, Nhiệt học,… kèm lời giải đầy đủ và phân tích phương pháp giải hiệu quả.

Chúc các em học tốt và đạt thành tích cao trong các kỳ thi học sinh giỏi sắp tới!