TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO
ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ 1 - MÔN VẬT LÍ KHỐI 12
Đề kiểm tra giữa kì 1 Vật lý 12 THPT Trần Hưng Đạo giúp học sinh ôn tập trọng tâm chương Vật lý nhiệt và rèn luyện kỹ năng thi thử online TN THPT theo cấu trúc định dạng mới.
PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn (4,5 điểm)
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 18. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ chọn một phương án đúng (0,25 điểm/câu).
Câu 1: Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng vì
Đáp án đúng: C
Giải thích: Ở thể khí, khoảng cách giữa các phân tử rất lớn so với kích thước của mỗi phân tử. Do đó, lực tương tác giữa các phân tử khí rất yếu (quá nhỏ, có thể bỏ qua trừ lúc va chạm), làm cho các phân tử khí chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng về mọi phía.
Câu 2: Các bình hình bên đều đựng cùng một lượng nước. Để cả ba bình vào trong phòng kín. Hỏi sau một tuần bình nào còn ít nước nhất?
Đáp án đúng: B
Giải thích: Tốc độ bay hơi của chất lỏng phụ thuộc vào: nhiệt độ, gió và diện tích mặt thoáng của chất lỏng. Cả ba bình đặt trong cùng một phòng kín (cùng nhiệt độ và điều kiện không khí), bình B có diện tích mặt thoáng lớn nhất nên nước ở bình B bay hơi nhanh nhất. Do đó sau một tuần, bình B còn ít nước nhất.
Câu 3: Quy ước về dấu nào sau đây phù hợp với công thức $\Delta U = A + Q$ của nguyên lí I NĐLH?
Đáp án đúng: B
Giải thích: Theo quy ước dấu của nguyên lí I nhiệt động lực học ($\Delta U = A + Q$):
- $Q > 0$: Hệ (vật) nhận nhiệt lượng từ bên ngoài; $Q < 0$: Hệ truyền (tỏa) nhiệt lượng cho bên ngoài.
- $A > 0$: Hệ (vật) nhận công từ bên ngoài; $A < 0$: Hệ thực hiện công lên bên ngoài.
- $Q > 0$: Hệ (vật) nhận nhiệt lượng từ bên ngoài; $Q < 0$: Hệ truyền (tỏa) nhiệt lượng cho bên ngoài.
- $A > 0$: Hệ (vật) nhận công từ bên ngoài; $A < 0$: Hệ thực hiện công lên bên ngoài.
Câu 4: Nhiệt năng và nội năng khác nhau ở chỗ
Đáp án đúng: C
Giải thích: Nội năng của vật là tổng động năng chuyển động nhiệt của các phân tử và thế năng tương tác giữa chúng. Trong khi đó, nhiệt năng của vật chỉ là tổng động năng chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật.
Câu 5: "Độ không tuyệt đối" là nhiệt độ ứng với
Đáp án đúng: A
Giải thích: Độ không tuyệt đối là mức nhiệt độ $0\text{ K}$ (tương ứng khoảng $-273,15^\circ\text{C}$), tại đó động năng chuyển động nhiệt của các phân tử bằng không và thế năng của chúng đạt tối thiểu.
Câu 6: Cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Nhiệt được truyền từ vật nào sang vật nào?
Đáp án đúng: B
Giải thích: Khi hai vật tiếp xúc nhau, năng lượng nhiệt luôn tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi hai vật đạt trạng thái cân bằng nhiệt (cùng nhiệt độ).
Câu 7: Đơn vị của nhiệt dung riêng trong hệ SI là
Đáp án đúng: B
Giải thích: Từ công thức $c = \frac{Q}{m\Delta T}$, trong hệ SI: nhiệt lượng $Q$ tính bằng Jun ($\text{J}$), khối lượng $m$ tính bằng kilôgam ($\text{kg}$), độ tăng nhiệt độ $\Delta T$ tính bằng độ ($\text{K}$ hoặc $^\circ\text{C}$). Do đó đơn vị của nhiệt dung riêng là $\text{J/(kg}\cdot\text{K)}$ hay $\text{J/kg}$ độ.
Câu 8: Phát biểu nào sau đây là sai?
Đáp án đúng: B
Giải thích: Mọi vật ở bất kỳ trạng thái nào cũng luôn có nội năng (vì các phân tử luôn chuyển động nhiệt và tương tác với nhau). Tuy nhiên, nhiệt lượng chỉ là phần nội năng mà vật nhận thêm được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. Khi không có quá trình truyền nhiệt thì không thể nói vật "có nhiệt lượng".
Câu 9: Biết nhiệt dung riêng của nước là $4200\text{ J/kg.K}$ và của sắt là $460\text{ J/kg.K}$. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt lượng cần thiết để đun $5\text{ kg}$ nước từ $15^\circ\text{C}$ đến $100^\circ\text{C}$ trong một cái thùng bằng sắt có khối lượng $1,5\text{ kg}$ là
Đáp án đúng: B
Hướng dẫn giải chi tiết:
Khi đun nước trong thùng sắt, cả thùng sắt và nước đều tăng nhiệt độ từ $t_1 = 15^\circ\text{C}$ lên $t_2 = 100^\circ\text{C}$ ($\Delta t = 100 - 15 = 85^\circ\text{C}$).
Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là: $$Q = Q_{\text{nước}} + Q_{\text{sắt}} = (m_{\text{nước}} c_{\text{nước}} + m_{\text{sắt}} c_{\text{sắt}})\Delta t$$ $$Q = (5 \cdot 4200 + 1,5 \cdot 460) \cdot (100 - 15) = (21000 + 690) \cdot 85 = 1843650\text{ J}$$
Khi đun nước trong thùng sắt, cả thùng sắt và nước đều tăng nhiệt độ từ $t_1 = 15^\circ\text{C}$ lên $t_2 = 100^\circ\text{C}$ ($\Delta t = 100 - 15 = 85^\circ\text{C}$).
Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là: $$Q = Q_{\text{nước}} + Q_{\text{sắt}} = (m_{\text{nước}} c_{\text{nước}} + m_{\text{sắt}} c_{\text{sắt}})\Delta t$$ $$Q = (5 \cdot 4200 + 1,5 \cdot 460) \cdot (100 - 15) = (21000 + 690) \cdot 85 = 1843650\text{ J}$$
Câu 10: Nhiệt nóng chảy riêng của đồng là $1,8\cdot 10^5\text{ J/kg}$ có ý nghĩa gì?
Đáp án đúng: B
Giải thích: Nhiệt nóng chảy riêng $\lambda$ của một chất có giá trị bằng nhiệt lượng cần cung cấp cho $1\text{ kg}$ chất đó chuyển hoàn toàn từ thể rắn sang thể lỏng (hoá lỏng hoàn toàn) ở nhiệt độ nóng chảy.
Câu 11: Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $\lambda = 3,4\cdot 10^5\text{ J/kg}$. Nhiệt lượng $Q$ cần cung cấp để làm nóng chảy $100\text{ g}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ bằng
Đáp án đúng: D
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,1 = 3,4\cdot 10^4\text{ J} = 34\cdot 10^3\text{ J}$$
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,1 = 3,4\cdot 10^4\text{ J} = 34\cdot 10^3\text{ J}$$
Câu 12: Câu nào sau đây nói về sự truyền nhiệt là không đúng?
Đáp án đúng: D
Giải thích: Giữa hai vật có cùng nhiệt độ (đã ở trạng thái cân bằng nhiệt) thì không có sự truyền nhiệt tự phát từ vật này sang vật kia. (Lưu ý: Phát biểu C đúng vì nhiệt vẫn có thể truyền từ vật lạnh sang vật nóng nếu có sự can thiệp/thực hiện công từ bên ngoài như ở tủ lạnh, máy điều hòa).
Câu 13: Người ta đổ $0,20\text{ kg}$ chì nóng chảy ở $327^\circ\text{C}$ vào một cốc chứa $0,80\text{ lít}$ nước ở $15^\circ\text{C}$. Xác định nhiệt độ của nước còn lại trong cốc ở trạng thái cân bằng nhiệt. Cho biết chì có nhiệt nóng chảy riêng là $2,5\cdot 10^4\text{ J/kg}$ và nhiệt dung riêng là $120\text{ J/kg.K}$; nước có nhiệt dung riêng là $4180\text{ J/kg.K}$. Bỏ qua sự mất mát nhiệt truyền ra bên ngoài.
Đáp án đúng: A
Hướng dẫn giải chi tiết:
Gọi $t$ ($^\circ\text{C}$) là nhiệt độ khi cân bằng nhiệt. Khối lượng nước là $m_{\text{n}} = 0,80\text{ kg}$.
- Nhiệt lượng do $m_{\text{c}} = 0,20\text{ kg}$ chì nóng chảy ở $327^\circ\text{C}$ đông đặc hoàn toàn ở $327^\circ\text{C}$ và hạ nhiệt độ xuống $t$ tỏa ra là: $$Q_{\text{tỏa}} = m_{\text{c}}\lambda_{\text{c}} + m_{\text{c}}c_{\text{c}}(327 - t) = 0,20 \cdot 2,5\cdot 10^4 + 0,20 \cdot 120 \cdot (327 - t) = 5000 + 24(327 - t)$$ - Nhiệt lượng do $0,80\text{ kg}$ nước thu vào để tăng từ $15^\circ\text{C}$ lên $t$ là: $$Q_{\text{thu}} = m_{\text{n}}c_{\text{n}}(t - 15) = 0,80 \cdot 4180 \cdot (t - 15) = 3344(t - 15)$$ - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$: $$5000 + 24(327 - t) = 3344(t - 15) \Leftrightarrow 12848 - 24t = 3344t - 50160 \Leftrightarrow 3368t = 63008 \Rightarrow t \approx 18,7^\circ\text{C}$$
Gọi $t$ ($^\circ\text{C}$) là nhiệt độ khi cân bằng nhiệt. Khối lượng nước là $m_{\text{n}} = 0,80\text{ kg}$.
- Nhiệt lượng do $m_{\text{c}} = 0,20\text{ kg}$ chì nóng chảy ở $327^\circ\text{C}$ đông đặc hoàn toàn ở $327^\circ\text{C}$ và hạ nhiệt độ xuống $t$ tỏa ra là: $$Q_{\text{tỏa}} = m_{\text{c}}\lambda_{\text{c}} + m_{\text{c}}c_{\text{c}}(327 - t) = 0,20 \cdot 2,5\cdot 10^4 + 0,20 \cdot 120 \cdot (327 - t) = 5000 + 24(327 - t)$$ - Nhiệt lượng do $0,80\text{ kg}$ nước thu vào để tăng từ $15^\circ\text{C}$ lên $t$ là: $$Q_{\text{thu}} = m_{\text{n}}c_{\text{n}}(t - 15) = 0,80 \cdot 4180 \cdot (t - 15) = 3344(t - 15)$$ - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$: $$5000 + 24(327 - t) = 3344(t - 15) \Leftrightarrow 12848 - 24t = 3344t - 50160 \Leftrightarrow 3368t = 63008 \Rightarrow t \approx 18,7^\circ\text{C}$$
Câu 14: Nhiệt hóa hơi được xác định bằng công thức
Đáp án đúng: C
Giải thích: Nhiệt lượng $Q$ cần cung cấp cho khối chất lỏng có khối lượng $m$ hóa hơi hoàn toàn ở nhiệt độ xác định được tính bằng công thức $Q = Lm$, với $L$ là nhiệt hóa hơi riêng của chất lỏng.
Câu 15: Để xác định nhiệt hoá hơi riêng của một chất lỏng bằng thực nghiệm ta không cần dùng đến dụng cụ nào sau đây?
Đáp án đúng: D
Giải thích: Trong bài thực hành đo nhiệt hóa hơi riêng của nước, ta dùng nhiệt kế để xác định thời điểm nước sôi ($100^\circ\text{C}$), cân điện tử để đo khối lượng nước đã hóa hơi $\Delta m$, và oát kế (kết hợp đồng hồ bấm giây) để đo trực tiếp công suất dòng điện $\mathcal{P}$ cấp cho ấm đun ($Q = \mathcal{P}\cdot\tau$). Vì đã có oát kế nên không cần dùng vôn kế.
Câu 16: Biết nhiệt hóa hơi riêng của nước là $L = 2,3\cdot 10^6\text{ J/kg}$. Nhiệt lượng cần cung cấp để làm bay hơi hoàn toàn $100\text{ g}$ nước ở $100^\circ\text{C}$ là
Đáp án đúng: B
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm bay hơi hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước ở $100^\circ\text{C}$ là: $$Q = Lm = 2,3\cdot 10^6 \cdot 0,1 = 2,3\cdot 10^5\text{ J}$$
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm bay hơi hoàn toàn $0,1\text{ kg}$ nước ở $100^\circ\text{C}$ là: $$Q = Lm = 2,3\cdot 10^6 \cdot 0,1 = 2,3\cdot 10^5\text{ J}$$
Câu 17: Trường hợp nào dưới đây làm biến đổi nội năng không do thực hiện công?
Đáp án đúng: A
Giải thích: Nung nước bằng bếp là quá trình làm thay đổi nội năng bằng hình thức truyền nhiệt. Các trường hợp B, C, D đều có ngoại lực tác dụng và sinh công cơ học nên là sự biến đổi nội năng do thực hiện công.
Câu 18: Nội năng (nhiệt độ) của vật nào tăng lên nhiều nhất khi ta thả rơi bốn vật dưới đây có cùng khối lượng từ cùng một độ cao xuống đất? Coi như toàn bộ độ giảm cơ năng chuyển hết thành nội năng của vật.
Đáp án đúng: D
Hướng dẫn giải & Lưu ý bản chất vật lý:
Khi thả rơi 4 vật có cùng khối lượng $m$ từ cùng độ cao $h$, độ giảm cơ năng chuyển hóa thành nội năng của mỗi vật là $\Delta U = mgh$.
Mặt khác, $\Delta U = mc\Delta t \Rightarrow \Delta t = \frac{\Delta U}{mc} = \frac{gh}{c}$.
Vì vật bằng chì có nhiệt dung riêng nhỏ nhất ($c = 130\text{ J/kg.K}$) nên độ tăng nhiệt độ $\Delta t$ của vật bằng chì là lớn nhất (theo đáp án chính thức của đề thi là D; lưu ý câu hỏi gốc muốn hỏi về độ tăng nhiệt độ của vật).
Khi thả rơi 4 vật có cùng khối lượng $m$ từ cùng độ cao $h$, độ giảm cơ năng chuyển hóa thành nội năng của mỗi vật là $\Delta U = mgh$.
Mặt khác, $\Delta U = mc\Delta t \Rightarrow \Delta t = \frac{\Delta U}{mc} = \frac{gh}{c}$.
Vì vật bằng chì có nhiệt dung riêng nhỏ nhất ($c = 130\text{ J/kg.K}$) nên độ tăng nhiệt độ $\Delta t$ của vật bằng chì là lớn nhất (theo đáp án chính thức của đề thi là D; lưu ý câu hỏi gốc muốn hỏi về độ tăng nhiệt độ của vật).
PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai (4,0 điểm)
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 4. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn Đúng hoặc Sai.
💡 Hướng dẫn: Tích vào ô vuông nếu phát biểu Đúng, để trống nếu phát biểu Sai. (Đúng 1 ý: 0,1đ; 2 ý: 0,25đ; 3 ý: 0,5đ; cả 4 ý: 1,0đ).
Câu 1: Cho các phát biểu sau về cấu trúc chất và các thể của chất, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?
Đáp án chuẩn: a) Đúng | b) Đúng | c) Sai | d) Đúng
Giải chi tiết từng ý:
- a) Đúng: Khi khoảng cách giữa các phân tử càng lớn (như ở thể khí), lực tương tác liên kết giữa các phân tử càng yếu.
- b) Đúng: Ở thể rắn kết tinh, các phân tử sắp xếp có trật tự chặt chẽ tại các nút mạng tinh thể nên lực liên kết giữa chúng rất mạnh.
- c) Sai: Vật ở thể lỏng có thể tích riêng xác định nhưng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.
- d) Đúng: Do các phân tử ở rất gần nhau và liên kết chặt chẽ nên vật rắn có thể tích, hình dạng riêng và rất khó bị nén.
- a) Đúng: Khi khoảng cách giữa các phân tử càng lớn (như ở thể khí), lực tương tác liên kết giữa các phân tử càng yếu.
- b) Đúng: Ở thể rắn kết tinh, các phân tử sắp xếp có trật tự chặt chẽ tại các nút mạng tinh thể nên lực liên kết giữa chúng rất mạnh.
- c) Sai: Vật ở thể lỏng có thể tích riêng xác định nhưng không có hình dạng riêng mà có hình dạng của phần bình chứa nó.
- d) Đúng: Do các phân tử ở rất gần nhau và liên kết chặt chẽ nên vật rắn có thể tích, hình dạng riêng và rất khó bị nén.
Câu 2: Cho các phát biểu sau về các thang đo nhiệt độ, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?
Đáp án chuẩn: a) Đúng | b) Sai | c) Đúng | d) Đúng
Giải chi tiết từng ý:
- a) Đúng: Ở áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ nước đá đang tan trong thang Celsius là $0^\circ\text{C}$.
- b) Sai: Theo thang Fahrenheit: $t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot 0 + 32 = 32^\circ\text{F}$ (giá trị $273\text{ K}$ là theo thang nhiệt độ Kelvin).
- c) Đúng: Ở áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ hơi nước đang sôi theo thang Celsius là $100^\circ\text{C}$.
- d) Đúng: Công thức chuyển đổi là $t(^\circ\text{F}) = 1,8\cdot t(^\circ\text{C}) + 32$. Khi $t(^\circ\text{C}) = 160^\circ\text{C}$ thì: $$t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot 160 + 32 = 320^\circ\text{F} = 2 \cdot 160$$ Như vậy số đọc trên thang Fahrenheit gấp đôi số đọc trên thang Celsius.
- a) Đúng: Ở áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ nước đá đang tan trong thang Celsius là $0^\circ\text{C}$.
- b) Sai: Theo thang Fahrenheit: $t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot 0 + 32 = 32^\circ\text{F}$ (giá trị $273\text{ K}$ là theo thang nhiệt độ Kelvin).
- c) Đúng: Ở áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ hơi nước đang sôi theo thang Celsius là $100^\circ\text{C}$.
- d) Đúng: Công thức chuyển đổi là $t(^\circ\text{F}) = 1,8\cdot t(^\circ\text{C}) + 32$. Khi $t(^\circ\text{C}) = 160^\circ\text{C}$ thì: $$t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot 160 + 32 = 320^\circ\text{F} = 2 \cdot 160$$ Như vậy số đọc trên thang Fahrenheit gấp đôi số đọc trên thang Celsius.
Câu 3: Một nhiệt lượng kế bằng đồng khối lượng $m_1 = 100\text{ gam}$ có chứa $m_2 = 375\text{ gam}$ nước ở nhiệt độ $25^\circ\text{C}$. Cho vào nhiệt lượng kế một vật bằng kim loại khối lượng $m_3 = 400\text{ gam}$ ở $90^\circ\text{C}$. Biết nhiệt độ khi có sự cân bằng nhiệt là $30^\circ\text{C}$. Cho biết nhiệt dung riêng của đồng là $380\text{ J/kg.K}$, của nước là $4200\text{ J/kg.K}$. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài.
Đáp án chuẩn theo biểu điểm của trường: a) Đúng | b) Sai | c) Đúng | d) Đúng
Hướng dẫn giải chi tiết:
- a) Đúng: Nhiệt lượng kế bằng đồng và nước có nhiệt độ ban đầu $25^\circ\text{C} < 30^\circ\text{C}$ nên thu nhiệt lượng để tăng từ $25^\circ\text{C}$ lên $30^\circ\text{C}$.
- b) Sai: Miếng kim loại có nhiệt độ ban đầu $90^\circ\text{C}$ cao hơn nhiệt độ nước nên truyền (tỏa) nhiệt lượng cho nước và nhiệt lượng kế.
- c) & d): Tổng nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước thu vào là: $$Q_{\text{thu}} = (m_1 c_1 + m_2 c_2)(30 - 25) = (0,1 \cdot 380 + 0,375 \cdot 4200) \cdot 5 = 8065\text{ J}$$ Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}} = 8065\text{ J}$, suy ra nhiệt dung riêng của kim loại là: $$c_3 = \frac{Q_{\text{tỏa}}}{m_3(90 - 30)} = \frac{8065}{0,4 \cdot 60} \approx 336,04\text{ J/kg.K} \Rightarrow \text{Ý d) Đúng.}$$ (Lưu ý ở ý c: Trong bảng đáp án chính thức của đề thi, ý c được chấm là Đúng khi tính với $c = 380\text{ J/kg.K}$: $Q = 0,4 \cdot 380 \cdot 60 = 9120\text{ J}$; tuy nhiên nếu tính từ cân bằng nhiệt với nước thì $Q_{\text{tỏa}} = 8065\text{ J}$).
- a) Đúng: Nhiệt lượng kế bằng đồng và nước có nhiệt độ ban đầu $25^\circ\text{C} < 30^\circ\text{C}$ nên thu nhiệt lượng để tăng từ $25^\circ\text{C}$ lên $30^\circ\text{C}$.
- b) Sai: Miếng kim loại có nhiệt độ ban đầu $90^\circ\text{C}$ cao hơn nhiệt độ nước nên truyền (tỏa) nhiệt lượng cho nước và nhiệt lượng kế.
- c) & d): Tổng nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước thu vào là: $$Q_{\text{thu}} = (m_1 c_1 + m_2 c_2)(30 - 25) = (0,1 \cdot 380 + 0,375 \cdot 4200) \cdot 5 = 8065\text{ J}$$ Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}} = 8065\text{ J}$, suy ra nhiệt dung riêng của kim loại là: $$c_3 = \frac{Q_{\text{tỏa}}}{m_3(90 - 30)} = \frac{8065}{0,4 \cdot 60} \approx 336,04\text{ J/kg.K} \Rightarrow \text{Ý d) Đúng.}$$ (Lưu ý ở ý c: Trong bảng đáp án chính thức của đề thi, ý c được chấm là Đúng khi tính với $c = 380\text{ J/kg.K}$: $Q = 0,4 \cdot 380 \cdot 60 = 9120\text{ J}$; tuy nhiên nếu tính từ cân bằng nhiệt với nước thì $Q_{\text{tỏa}} = 8065\text{ J}$).
Câu 4: Thả một cục nước đá có khối lượng $30\text{ g}$ ở $0^\circ\text{C}$ vào cốc nước chứa $0,2\text{ lít}$ nước ở $20^\circ\text{C}$. Bỏ qua nhiệt dung của cốc và sự tỏa nhiệt ra môi trường. Biết nhiệt dung riêng của nước là $c = 4,2\text{ J/g.K}$; khối lượng riêng của nước: $\rho = 1\text{ g/cm}^3$; nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $\lambda = 334\text{ kJ/kg}$.
Đáp án chuẩn: a) Đúng | b) Đúng | c) Sai | d) Đúng
Hướng dẫn giải chi tiết:
- a) Đúng & b) Đúng: Nước ở $20^\circ\text{C}$ có nhiệt độ cao hơn nên tỏa nhiệt, nước đá ở $0^\circ\text{C}$ thu nhiệt. Do bỏ qua sự trao đổi nhiệt với cốc và môi trường nên $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$.
- c) Sai: Khối lượng nước trong cốc là $m_2 = 0,2\text{ lít} = 200\text{ g}$; khối lượng nước đá là $m_1 = 30\text{ g}$, $\lambda = 334\text{ kJ/kg} = 334\text{ J/g}$.
Nhiệt lượng cần để $30\text{ g}$ nước đá tan hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_{\text{tan}} = \lambda m_1 = 334 \cdot 30 = 10020\text{ J}$$ Nhiệt lượng tối đa mà $200\text{ g}$ nước ở $20^\circ\text{C}$ có thể tỏa ra khi hạ xuống $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_{\text{max}} = m_2 c (20 - 0) = 200 \cdot 4,2 \cdot 20 = 16800\text{ J}$$ Vì $Q_{\text{max}} > Q_{\text{tan}}$ ($16800\text{ J} > 10020\text{ J}$) nên cục nước đá tan hết.
- d) Đúng: Gọi $t$ ($^\circ\text{C}$) là nhiệt độ cân bằng cuối cùng của cốc nước ($0 < t < 20$). Phương trình cân bằng nhiệt: $$\lambda m_1 + m_1 c (t - 0) = m_2 c (20 - t) \Leftrightarrow 10020 + 30 \cdot 4,2 \cdot t = 200 \cdot 4,2 \cdot (20 - t)$$ $$\Leftrightarrow 10020 + 126t = 16800 - 840t \Leftrightarrow 966t = 6780 \Rightarrow t \approx 7,02^\circ\text{C} \approx 7^\circ\text{C}$$
- a) Đúng & b) Đúng: Nước ở $20^\circ\text{C}$ có nhiệt độ cao hơn nên tỏa nhiệt, nước đá ở $0^\circ\text{C}$ thu nhiệt. Do bỏ qua sự trao đổi nhiệt với cốc và môi trường nên $Q_{\text{tỏa}} = Q_{\text{thu}}$.
- c) Sai: Khối lượng nước trong cốc là $m_2 = 0,2\text{ lít} = 200\text{ g}$; khối lượng nước đá là $m_1 = 30\text{ g}$, $\lambda = 334\text{ kJ/kg} = 334\text{ J/g}$.
Nhiệt lượng cần để $30\text{ g}$ nước đá tan hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_{\text{tan}} = \lambda m_1 = 334 \cdot 30 = 10020\text{ J}$$ Nhiệt lượng tối đa mà $200\text{ g}$ nước ở $20^\circ\text{C}$ có thể tỏa ra khi hạ xuống $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_{\text{max}} = m_2 c (20 - 0) = 200 \cdot 4,2 \cdot 20 = 16800\text{ J}$$ Vì $Q_{\text{max}} > Q_{\text{tan}}$ ($16800\text{ J} > 10020\text{ J}$) nên cục nước đá tan hết.
- d) Đúng: Gọi $t$ ($^\circ\text{C}$) là nhiệt độ cân bằng cuối cùng của cốc nước ($0 < t < 20$). Phương trình cân bằng nhiệt: $$\lambda m_1 + m_1 c (t - 0) = m_2 c (20 - t) \Leftrightarrow 10020 + 30 \cdot 4,2 \cdot t = 200 \cdot 4,2 \cdot (20 - t)$$ $$\Leftrightarrow 10020 + 126t = 16800 - 840t \Leftrightarrow 966t = 6780 \Rightarrow t \approx 7,02^\circ\text{C} \approx 7^\circ\text{C}$$
PHẦN III. Câu trắc nghiệm trả lời ngắn (1,5 điểm)
Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 6. Điền kết quả số vào ô trống (0,25 điểm/câu; có thể dùng dấu chấm hoặc dấu phẩy cho số thập phân).
Câu 1: Một bình kín chứa $3,01\cdot 10^{23}$ phân tử khí hiđrô ($\text{H}_2$). Khối lượng khí hiđrô trong bình là bao nhiêu gam? (Lấy $N_A = 6,02\cdot 10^{23}\text{ mol}^{-1}$, $M_{\text{H}_2} = 2\text{ g/mol}$, làm tròn đến hàng đơn vị).
gam
Đáp án đúng: 1
Hướng dẫn giải chi tiết:
Số mol phân tử khí hiđrô ($\text{H}_2$) chứa trong bình là: $$n = \frac{N}{N_A} = \frac{3,01\cdot 10^{23}}{6,02\cdot 10^{23}} = 0,5\text{ mol}$$ Khối lượng khí hiđrô trong bình là: $$m = n \cdot M_{\text{H}_2} = 0,5 \cdot 2 = 1\text{ gam}$$
Số mol phân tử khí hiđrô ($\text{H}_2$) chứa trong bình là: $$n = \frac{N}{N_A} = \frac{3,01\cdot 10^{23}}{6,02\cdot 10^{23}} = 0,5\text{ mol}$$ Khối lượng khí hiđrô trong bình là: $$m = n \cdot M_{\text{H}_2} = 0,5 \cdot 2 = 1\text{ gam}$$
Câu 2: Người ta truyền cho khí trong xilanh nhiệt lượng $100\text{ J}$. Khí nở ra thực hiện công $70\text{ J}$ đẩy pit-tông lên. Độ biến thiên nội năng của khí là bao nhiêu $\text{J}$? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
J
Đáp án đúng: 30
Hướng dẫn giải chi tiết:
Theo nguyên lí I nhiệt động lực học: $\Delta U = A + Q$.
- Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = +100\text{ J}$.
- Khí nở ra thực hiện công đẩy pit-tông nên $A = -70\text{ J}$.
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $$\Delta U = -70 + 100 = 30\text{ J}$$
Theo nguyên lí I nhiệt động lực học: $\Delta U = A + Q$.
- Khí nhận nhiệt lượng nên $Q = +100\text{ J}$.
- Khí nở ra thực hiện công đẩy pit-tông nên $A = -70\text{ J}$.
Độ biến thiên nội năng của lượng khí là: $$\Delta U = -70 + 100 = 30\text{ J}$$
Câu 3: Giá trị nhiệt độ đo được theo thang nhiệt độ Kelvin là $293\text{ K}$. Hỏi theo thang nhiệt độ Fahrenheit, nhiệt độ đó có giá trị là bao nhiêu $^\circ\text{F}$? (Lấy $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$, làm tròn đến hàng đơn vị).
°F
Đáp án đúng: 68
Hướng dẫn giải chi tiết:
- Đổi từ thang nhiệt độ Kelvin sang thang nhiệt độ Celsius: $$t(^\circ\text{C}) = T(\text{K}) - 273 = 293 - 273 = 20^\circ\text{C}$$ - Đổi từ thang nhiệt độ Celsius sang thang nhiệt độ Fahrenheit: $$t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot t(^\circ\text{C}) + 32 = 1,8 \cdot 20 + 32 = 68^\circ\text{F}$$
- Đổi từ thang nhiệt độ Kelvin sang thang nhiệt độ Celsius: $$t(^\circ\text{C}) = T(\text{K}) - 273 = 293 - 273 = 20^\circ\text{C}$$ - Đổi từ thang nhiệt độ Celsius sang thang nhiệt độ Fahrenheit: $$t(^\circ\text{F}) = 1,8 \cdot t(^\circ\text{C}) + 32 = 1,8 \cdot 20 + 32 = 68^\circ\text{F}$$
Câu 4: Một quả cầu bằng sắt có khối lượng $m$ được nung nóng đến nhiệt độ $t_0^\circ\text{C}$. Nếu thả quả cầu đó vào một bình cách nhiệt thứ nhất chứa $5\text{ kg}$ nước ở nhiệt độ $0^\circ\text{C}$ thì nhiệt độ cân bằng của hệ là $4,2^\circ\text{C}$. Nếu thả quả cầu đó vào bình cách nhiệt thứ hai chứa $4\text{ kg}$ nước ở nhiệt độ $25^\circ\text{C}$ thì nhiệt độ cân bằng của hệ là $28,9^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình và môi trường. Khối lượng $m$ của quả cầu là bao nhiêu $\text{kg}$? (Kết quả làm tròn về phần nguyên). Biết nhiệt dung riêng của sắt và nước lần lượt là $460\text{ J/kg.K}$ và $4200\text{ J/kg.K}$.
kg
Đáp án đúng: 2
Hướng dẫn giải chi tiết:
- Khi thả quả cầu sắt vào bình thứ nhất ($m_1 = 5\text{ kg}$ nước ở $0^\circ\text{C}$, cân bằng ở $4,2^\circ\text{C}$): $$m \cdot c_{\text{Fe}} \cdot (t_0 - 4,2) = m_1 \cdot c_{\text{nước}} \cdot (4,2 - 0) \Rightarrow 460m(t_0 - 4,2) = 5 \cdot 4200 \cdot 4,2 = 88200 \quad (1)$$ - Khi thả quả cầu sắt vào bình thứ hai ($m_2 = 4\text{ kg}$ nước ở $25^\circ\text{C}$, cân bằng ở $28,9^\circ\text{C}$): $$m \cdot c_{\text{Fe}} \cdot (t_0 - 28,9) = m_2 \cdot c_{\text{nước}} \cdot (28,9 - 25) \Rightarrow 460m(t_0 - 28,9) = 4 \cdot 4200 \cdot 3,9 = 65520 \quad (2)$$ - Lấy phương trình $(1)$ trừ phương trình $(2)$ vế theo vế: $$460m \cdot (28,9 - 4,2) = 88200 - 65520 \Leftrightarrow 460m \cdot 24,7 = 22680 \Leftrightarrow 11362m = 22680 \Rightarrow m \approx 1,996\text{ kg} \approx 2\text{ kg}$$
- Khi thả quả cầu sắt vào bình thứ nhất ($m_1 = 5\text{ kg}$ nước ở $0^\circ\text{C}$, cân bằng ở $4,2^\circ\text{C}$): $$m \cdot c_{\text{Fe}} \cdot (t_0 - 4,2) = m_1 \cdot c_{\text{nước}} \cdot (4,2 - 0) \Rightarrow 460m(t_0 - 4,2) = 5 \cdot 4200 \cdot 4,2 = 88200 \quad (1)$$ - Khi thả quả cầu sắt vào bình thứ hai ($m_2 = 4\text{ kg}$ nước ở $25^\circ\text{C}$, cân bằng ở $28,9^\circ\text{C}$): $$m \cdot c_{\text{Fe}} \cdot (t_0 - 28,9) = m_2 \cdot c_{\text{nước}} \cdot (28,9 - 25) \Rightarrow 460m(t_0 - 28,9) = 4 \cdot 4200 \cdot 3,9 = 65520 \quad (2)$$ - Lấy phương trình $(1)$ trừ phương trình $(2)$ vế theo vế: $$460m \cdot (28,9 - 4,2) = 88200 - 65520 \Leftrightarrow 460m \cdot 24,7 = 22680 \Leftrightarrow 11362m = 22680 \Rightarrow m \approx 1,996\text{ kg} \approx 2\text{ kg}$$
Câu 5: Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $\lambda = 3,4\cdot 10^5\text{ J/kg}$. Nhiệt lượng $Q$ cần cung cấp để làm nóng chảy $100\text{ g}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ bằng bao nhiêu $\text{kJ}$? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
kJ
Đáp án đúng: 34
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,1 = 34000\text{ J} = 34\text{ kJ}$$
Đổi đơn vị: $m = 100\text{ g} = 0,1\text{ kg}$.
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy $0,1\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,1 = 34000\text{ J} = 34\text{ kJ}$$
Câu 6: Cho biết nước đá có nhiệt nóng chảy riêng là $\lambda = 3,4\cdot 10^5\text{ J/kg}$ và nhiệt dung riêng $c = 2,09\cdot 10^3\text{ J/kg.K}$. Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn cục nước đá khối lượng $50\text{ g}$ đang có nhiệt độ $-20^\circ\text{C}$ có giá trị bằng bao nhiêu $\text{kJ}$? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
kJ
Đáp án đúng: 19
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đổi đơn vị: $m = 50\text{ g} = 0,05\text{ kg}$.
- Nhiệt lượng cần cung cấp để $0,05\text{ kg}$ nước đá tăng nhiệt độ từ $-20^\circ\text{C}$ lên $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_1 = mc\Delta t = 0,05 \cdot 2,09\cdot 10^3 \cdot [0 - (-20)] = 2090\text{ J} = 2,09\text{ kJ}$$ - Nhiệt lượng cần cung cấp để $0,05\text{ kg}$ nước đá nóng chảy hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_2 = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,05 = 17000\text{ J} = 17\text{ kJ}$$ - Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là: $$Q = Q_1 + Q_2 = 2,09 + 17 = 19,09\text{ kJ} \approx 19\text{ kJ}$$
Đổi đơn vị: $m = 50\text{ g} = 0,05\text{ kg}$.
- Nhiệt lượng cần cung cấp để $0,05\text{ kg}$ nước đá tăng nhiệt độ từ $-20^\circ\text{C}$ lên $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_1 = mc\Delta t = 0,05 \cdot 2,09\cdot 10^3 \cdot [0 - (-20)] = 2090\text{ J} = 2,09\text{ kJ}$$ - Nhiệt lượng cần cung cấp để $0,05\text{ kg}$ nước đá nóng chảy hoàn toàn ở $0^\circ\text{C}$ là: $$Q_2 = \lambda m = 3,4\cdot 10^5 \cdot 0,05 = 17000\text{ J} = 17\text{ kJ}$$ - Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là: $$Q = Q_1 + Q_2 = 2,09 + 17 = 19,09\text{ kJ} \approx 19\text{ kJ}$$
