Bài tập ôn — Vật lí 12 — Học kì 1 — Ôn kiểm tra giữa kì

Phạm vi: Chương 1 — Vật lí nhiệt (Bài 1–7) và Chương 2 — Khí lí tưởng (Bài 8–11).

Phần 1: Cơ bản

Bài 1. Đun nóng đẳng tích một khối khí từ 300 K lên 450 K, áp suất ban đầu 2 atm. Tính áp suất mới.

Bài 2. Làm lạnh đẳng tích một khối khí từ 400 K xuống 200 K, áp suất ban đầu 4 atm. Tính áp suất mới.

Bài 3. Một lượng khí biến đổi từ trạng thái ( $p_1 = 1\ \text{atm}$ , $V_1 = 6\ \text{L}$ , $T_1 = 300\ \text{K}$ ) sang trạng thái ( $p_2 = 2\ \text{atm}$ , $V_2 = 4\ \text{L}$ ). Tính $T_2$ .

Bài 4. Một lượng khí biến đổi từ trạng thái ( $p_1 = 3\ \text{atm}$ , $V_1 = 2\ \text{L}$ , $T_1 = 300\ \text{K}$ ) sang trạng thái ( $p_2 = 1\ \text{atm}$ , $V_2 = 3\ \text{L}$ ). Tính $T_2$ .

Bài 5. Đun 1,5 kg nước từ 25 °C lên 75 °C. Biết $c = 4200\ \text{J/(kg·K)}$ . Tính nhiệt lượng cần cung cấp.

Bài 6. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để làm nóng chảy hoàn toàn 0,25 kg nước đá đang ở 0 °C? Biết $\lambda = 3,4 \times 10^5\ \text{J/kg}$ .

Bài 7. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để hoá hơi hoàn toàn 0,15 kg nước đang ở 100 °C? Biết $L = 2,3 \times 10^6\ \text{J/kg}$ .

Bài 8. Một hệ toả ra 200 J nhiệt lượng và nhận công 300 J. Tính độ biến thiên nội năng của hệ.

Bài 9. Một hệ nhận 500 J nhiệt lượng, nội năng tăng 200 J. Tính công mà hệ thực hiện.

Bài 10. Viết phương trình trạng thái của khí lí tưởng và nêu tên các đại lượng trong phương trình.

Bài 11. Nêu quy ước dấu của nhiệt lượng $Q$ và công $A$ trong định luật I của nhiệt động lực học.

Bài 12. Đổi 77 °C ra kelvin.

Bài 13. Đổi 600 K ra độ Celsius.

Bài 14. Nén đẳng nhiệt một khối khí từ 5 L xuống 1 L, áp suất ban đầu 1,2 atm. Tính áp suất mới.

Bài 15. Đun nóng đẳng áp một khối khí từ 300 K lên 900 K, thể tích ban đầu 3 L. Tính thể tích mới.

Bài 16. Một lượng khí có áp suất $2 \times 10^5\ \text{Pa}$ , thể tích 3 L, nhiệt độ 300 K. Tính số mol khí. Biết $R = 8,31\ \text{J/(mol·K)}$ .

Bài 17. Đun 0,7 kg nhôm từ 20 °C lên 120 °C. Biết $c = 880\ \text{J/(kg·K)}$ . Tính nhiệt lượng cần cung cấp.

Bài 18. Đun 2 kg thép từ 30 °C lên 130 °C. Biết $c = 460\ \text{J/(kg·K)}$ . Tính nhiệt lượng cần cung cấp.

Phần 2: Nâng cao

Bài 19. Một bình kín chứa 0,3 mol khí ở 27 °C, áp suất $1,5 \times 10^5\ \text{Pa}$ . Tính thể tích của bình. Biết $R = 8,31\ \text{J/(mol·K)}$ .

Bài 20. Một lượng khí đẳng áp giãn nở từ 2 L lên 6 L ở 300 K. Tính nhiệt độ mới. Sau đó nén đẳng nhiệt khối khí về 3 L. Hỏi áp suất cuối cùng tăng bao nhiêu lần so với áp suất sau quá trình đẳng áp?

Bài 21. Trộn 1 kg nước ở 90 °C với 2 kg nước ở 30 °C. Tính nhiệt độ cân bằng, bỏ qua hao phí.

Bài 22. Đun 0,4 kg nước từ 20 °C đến sôi rồi hoá hơi hoàn toàn 0,1 kg nước trong số đó. Tính tổng nhiệt lượng cần cung cấp. Biết $c = 4200\ \text{J/(kg·K)}$ , $L = 2,3 \times 10^6\ \text{J/kg}$ .

Bài 23. Một lượng khí biến đổi như sau: đẳng nhiệt nén từ 8 L xuống 4 L, rồi đẳng áp giãn nở trở về 8 L. Hỏi sau hai quá trình, nhiệt độ của khí thay đổi như thế nào so với ban đầu?

Bài 24. Giải thích vì sao lốp xe bơm quá căng có thể bị nổ khi trời nắng gắt.

Bài 25. Tính nhiệt lượng cần để làm nóng 0,2 kg nước đá từ −10 °C lên 0 °C rồi làm nóng chảy hoàn toàn. Biết $c_{\text{đá}} = 1800\ \text{J/(kg·K)}$ , $\lambda = 3,4 \times 10^5\ \text{J/kg}$ .

Bài 26. Một khối khí ở 27 °C, áp suất 1 atm, thể tích 12 L. Đun nóng đẳng áp đến 127 °C. Tính thể tích mới.

Đáp án

$p_2 = 2 \times 450/300 = 3\ \text{atm}$ .
$p_2 = 4 \times 200/400 = 2\ \text{atm}$ .
$T_2 = \dfrac{2 \times 4 \times 300}{1 \times 6} = 400\ \text{K}$ .
$T_2 = \dfrac{1 \times 3 \times 300}{3 \times 2} = 150\ \text{K}$ .
$Q = 1,5 \times 4200 \times 50 = 315,000\ \text{J}$ .
$Q = 3,4 \times 10^5 \times 0,25 = 85,000\ \text{J}$ .
$Q = 2,3 \times 10^6 \times 0,15 = 345,000\ \text{J}$ .
$\Delta U = 300 - 200 = 100\ \text{J}$ .
$A' = 500 - 200 = 300\ \text{J}$ .
$pV = nRT$ : $p$ là áp suất (Pa), $V$ là thể tích (m³), $n$ là số mol, $R = 8,31\ \text{J/(mol·K)}$ , $T$ là nhiệt độ tuyệt đối (K).
Hệ nhận nhiệt: $Q > 0$ ; hệ toả nhiệt: $Q < 0$ . Hệ nhận công: $A > 0$ ; hệ thực hiện công: $A < 0$ .
$77 + 273 = 350\ \text{K}$ .
$600 - 273 = 327\ \text{°C}$ .
$p_2 = 1,2 \times 5/1 = 6\ \text{atm}$ .
$V_2 = 3 \times 900/300 = 9\ \text{L}$ .
$n = \dfrac{2 \times 10^5 \times 3 \times 10^{-3}}{8,31 \times 300} \approx 0,24\ \text{mol}$ .
$Q = 0,7 \times 880 \times 100 = 61,600\ \text{J}$ .
$Q = 2 \times 460 \times 100 = 92,000\ \text{J}$ .
$V = \dfrac{0,3 \times 8,31 \times 300}{1,5 \times 10^5} \approx 4,99 \times 10^{-3}\ \text{m}^3 \approx 4,99\ \text{L}$ .
$T_2 = 300 \times 6/2 = 900\ \text{K}$ . Nén đẳng nhiệt từ 6 L về 3 L, áp suất tăng 2 lần.
$t = \dfrac{1 \times 90 + 2 \times 30}{3} = 50\ \text{°C}$ .
$Q_1 = 0,4 \times 4200 \times 80 = 134,400\ \text{J}$ ; $Q_2 = 0,1 \times 2,3 \times 10^6 = 230,000\ \text{J}$ ; tổng $364,400\ \text{J}$ .
Nén đẳng nhiệt: áp suất tăng 2 lần, nhiệt độ không đổi. Đẳng áp giãn từ 4 L về 8 L: nhiệt độ tăng 2 lần. Vậy nhiệt độ cuối gấp đôi nhiệt độ ban đầu.
Khi trời nắng, nhiệt độ khí trong lốp tăng mà thể tích lốp gần như không đổi (đẳng tích) nên áp suất tăng mạnh, có thể vượt giới hạn chịu đựng của lốp và gây nổ.
$Q_1 = 0,2 \times 1800 \times 10 = 3,600\ \text{J}$ ; $Q_2 = 0,2 \times 3,4 \times 10^5 = 68,000\ \text{J}$ ; tổng $71,600\ \text{J}$ .
$V_2 = 12 \times 400/300 = 16\ \text{L}$ .