Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 7: Chất rắn. Chất lỏng và sự chuyển thể

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 7: Chất rắn. Chất lỏng và sự chuyển thể

1. CHƯƠNG CHUYÊN ĐỀ PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: 1. Phương pháp giải Áp dụng các công thức về biến dạng và sự nở vì Ví dụ: Một thanh kim loại bằng sắt có chiều nhiệt của vật rắn. dài 1m ở 20°C. Khi nhiệt độ tăng đến 100°C thì độ Trang 1
2. dài của thanh là bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của sắt bằng 11.10-6 K-1 Hướng dẫn Áp dụng công thức nở dài ta có: 6 I I0 1 t 1. 1 11.10 . 100 20 1,00088m. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một khối hộp bằng đồng có thể tích 1 m 3 ở 0°C. Biết hệ số nở dài của đồng bằng 17.10 -6 K-1 và hệ số nở khối gấp ba lần hệ số nở dài. Khi nhiệt độ tăng đến 100°C thì khối đồng trên có thể tích bằng A. 1,0023 m3.B. 1,0051 m 3.C. 1,0072 m 3. D. 1,0096 m3. Hướng dẫn Áp dụng công thức về độ nở khối:  = 3 = 3.17.10-6 = 51.10-6 K-1 -6 3 V = V0 ( 1 + . t) = 1.[1 + 51.10 .(100 - 0)] = 1,0051 m Chọn B. Ví dụ 2: (Bài 6 SGK trang 197) Ở 0°C, khối lượng riêng của sắt là 7,8.103 kg/m3. Ở 800°C thì khối lượng riêng của nó bằng bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của sắt bằng 11.10-6 K-1. A. 7,900.103 kg/m3.B. 7,599.10 3 kg/m3. C. 7,857.103 kg/m3. D. 7,485.103 kg/m3. Hướng dẫn Hệ số nở khối của sắt:  = 3 = 33.10-6 K-1 m Khối lượng riêng tính bởi công thức: D mà khối lượng m không đổi nên khi nhiệt độ thay đổi, V V thay đổi làm cho D thay đổi theo nó. Ở 0°C, khối lượng riêng của sắt là: m 3 3 D0 7,8.10 kg / m (1) V0 Ở nhiệt độ 800°C, thể tích của sắt: V = V0 (1 + . t). Suy ra khối lượng riêng của sắt bây giờ là: m m D (2) V V0 1  t Chia vế với vế (2) cho (1) ta có: m D V 1  t 1 D 7,8.103 0 D 0 7,599.103 kg / m3 m 6 D0 1  t 1  t 1 33.10 800 0 V0 Chọn B. Trang 2
3. Ví dụ 3: Một sợi dây thép có hệ số đàn hồi bằng 100 N/m, đầu trên gắn cố định và đầu dưới treo một vật có khối lượng m. Biết gia tốc trọng trường g = 10 m/s 2. Cần treo vật khối lượng bằng bao nhiêu vào đầu dưới của sợi dây để khi cân bằng nó dài ra thêm 1 cm? A. 100 g.B. 150 g.C. 250 g.D. 50 g. Hướng dẫn Hệ số đàn hồi k = 100 N/m. Tác dụng lên vật nặng m có trọng lực P và lực đàn hồi F của sợi dây. Hai lực này cùng phương, ngược chiều nên vật nằm cân bằng khi: k. l 100.0,01 F P k. l mg m 0,1(kg) g 10 Chọn A. Dạng 2: Tính lực căng bề mặt của chất lỏng 1. Phương pháp giải Với bài tập tính lực căng bề mặt của chất lỏng ta Ví dụ: Một vòng xuyến có đường kính trong làm theo 2 bước: và ngoài lần lượt bằng 30 mm và 35 mm được nhúng vào nước có hệ số căng bề mặt bằng 73.10 -3 N/m. Tính lực căng bề mặt của nước tác dụng lên vòng xuyến? Hướng dẫn Vì vòng xuyến có hai mặt trong Bước 1: Tính chiều dài đường tiếp xúc giữa vật và và ngoài là các đường tròn nên chất lỏng. chiều dài đường tiếp xúc giữa nó và nước là tổng chu vi trong và ngoài của vòng: l = ( d + D) Lực căng bề mặt: Bước 2: Áp dụng công thức để tính lực căng bề F = l = . .(d + D) mặt. = 73.10-3. .( 30.10-3 + 35.10-3) 0,015 N 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một vòng kim loại mỏng có đường kính 40 mm và trọng lượng 40.10 -3 N được treo vào một sợi dây sao cho đáy vòng tiếp xúc với mặt nước. Biết lực căng bề mặt của nước là 72.10 -3 N/m. Để kéo được vòng ra khỏi mặt nước cần một lực bằng: A. 0,042 N.B. 0,052 N.C. 0,058 N.D. 0,064 N. Hướng dẫn Vì vòng kim loại mỏng nên đường kính trong và ngoài của nó xấp xỉ bằng nhau. Do đó chiều dài đường tiếp xúc l chính bằng hai lần chu vi vòng dây: l = 2 D Để kéo được vòng dây lên thì lực kéo cần thắng được trọng lực và lực căng bề mặt: -3 -3 -3 Fk = P + F = P + l = P + .2 D = 40.10 + 72.10 .2. .40.10 = 0,058 N. Trang 3
4. Chọn C. Ví dụ 2: (Bài 12 SGK trang 203) Một màng xà phòng được căng trên mặt khung dây đồng mảnh hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây đồng ab dài 50 mm và có thể trượt dọc dễ dàng dọc theo chiều dài khung. Tính trọng lượng của đoạn dây AB để nó nằm cân bằng? Biết màng xà phòng có hệ số căng bề mặt  = 0,040 N/m. A. 2.10-3 N.B. 4.10 -3 N.C. 8.10 -3N.D. 12.10 -3 N. Hướng dẫn Tác dụng lên sợi dây đồng có lực căng bề mặt F hướng lên và trọng lực P hướng xuống.   Thanh nằm cân bằng nên: P F Vì màng xà phòng có 2 mặt trước và sau nên chiều dài đường tiếp xúc của thanh với màng xà phòng chính bằng hai lần chiều dài thanh. Ta phải có: P = F = .2.l = 0,04.2.50.10-3 = 4.10-3 N. Chọn B. Dạng 3: Sự chuyển thể 1. Phương pháp giải Bài tập tính nhiệt lượng ta làm theo 3 bước sau: Ví dụ: Tính nhiệt lượng cần thiết để 2 kg nước đá ở 0°C để nó chuyển thành nước ở 20°C? Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 3,4.10 5 J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K. Bước 1: Tính nhiệt lượng cần cho quá trình chuyển thể. Quá trình này bao gồm 2 giai đọan: Chú ý: trong quá trình chuyển thể, nhiệt độ của vật Giai đoạn 1: Nước đá nhận nhiệt lượng để nóng giữ nguyên không đổi. chảy thành nước ở thể lỏng ở 0°C. Bước 2: Tính nhiệt lượng trong quá trình thay đổi Nhiệt lượng cần thiết: nhiệt độ. Q = .m = 3,4.105.2 = 6,8.105 J. Q = mc t Giai đoạn 2: Nước lỏng nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ từ 0oC lên đến 20°C. Nhiệt lượng cần thiết: Bước 3: Tính tổng nhiệt lượng. Q' = mc t = 2.4200.(20 - 0) = 168000J. Vậy tổng nhiệt lượng cần cung cấp là: Q + Q’ = 848000 J. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Xác định nhiệt lượng cần cung cấp để làm bay hơi hoàn toàn 1 kg nước ở nhiệt độ 20°C? Biết nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.106 J/kg và nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kg.K. A. 2446300 J.B. 2634400 J.C. 2643400 J.D. 6432000 J. Trang 4
5. Hướng dẫn Quá trình bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: nước nhận nhiệt lượng để gia tăng nhiệt độ lên đến nhiệt độ sôi là 100°C. Nhiệt lượng cần cung cấp Q = mc t = 1.4180.(100 - 20) = 334400 J. Giai đoạn 2: nước giữ nguyên nhiệt độ và nhận nhiệt lượng để hóa hơi. Nhiệt hóa hơi: Q’ = L.m = 2,3.106.1 =2,3.106 J. Vậy tổng nhiệt lượng cần cung cấp cho nước là: Q + Q’ = 2634400 J. Chọn B. Dạng 4: Độ ẩm không khí 1. Phương pháp giải Với bài tập tính độ ẩm ta làm theo 2 bước: Ví dụ: Không khí ở 26°C có độ ẩm tuyệt đối là 20 g/m3. Biết khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ này là 25 g/m 3. Xác định độ ẩm tỉ đối của không khí? Hướng dẫn Bài cho biết độ ẩm tuyệt đối a = 20 g/m3. Bước 1: Xác định các đại lượng đầu bài cho. Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa chính bằng độ ẩm cực đại: A = 25 g/m3. a 20 Bước 2: Áp dụng công thức tính độ ẩm. Độ ẩm tỉ đối: f .100% .100% 80% A 25 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Trong một căn phòng có nhiệt độ 20°C người ta đo được độ ẩm tỉ đối của không khí là 80%. Biết thể tích phòng là 100 m3 và khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở 20°C là 24 g/m 3. Khối lượng của hơi nước có trong phòng là A. 1 kg.B. 2 kg.C. 3 kg.D. 5 kg. Hướng dẫn Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa chính là độ ẩm cực đại: A = 24 g/m3. Từ công thức tính độ ẩm: a f .A 80%.25 f .100% a 20g / m3. A 100% 100% Tức là cứ trong 1 m3 không khí trong phòng thì có 20 g hơi nước. Khối lượng hơi nước có trong phòng: m = V.a = 100.20 = 2000 g = 2kg. Chọn B. PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Trang 5
6. Câu 1. Một sợi dây kim loại dài 1,8 m có đường kính 0,8 mm. Người ta dùng nó để treo một vật nặng. Vật này tạo nên một lực kéo dây bằng 25 N và làm dây dài thêm một đoạn bằng 1 mm . Suất lâng của kim loại đó là A. 8,95.1010 Pa.B. 7,75.10 10 Pa.C. 9,25.10 10 Pa.D. 8,50.10 10 Pa. Câu 2. Một quả cầu bằng kim loại có đường kính d = 4 cm ở nhiệt độ t 1 = 20°C và có hệ số nở dài là = -6 -1 11.10 K . Khi nung nóng đến nhiệt độ t2 = 120°C thì độ tăng thể tích của quả cầu đó là A. 0,11 cm3.B. 0,2 cm 3. C. 1,7 cm3.D. 0,017 cm 3. 4 3 Câu 3. Khối lượng riêng của thuỷ ngân ở 0°C là D0 = 1,36.10 kg/m . Hệ số nở khối của thuỷ ngân là 1,82 .10-4 K-1. Khối lượng riêng của thuỷ ngân ở 40°C bằng A. 1,35.104 kg/m3.B. 1,35.10 3 kg/m3.C. 1,26.10 4 kg/m3.D. 1,26.10 3 kg/m3. Câu 4. Có 40 giọt nước rơi ra từ đầu dưới của một ống nhỏ giọt có đường kính trong là 2 mm. Tổng khối lượng của các giọt nước là 1,9 g. Lấy g = 10m/s2, coi trọng lượng của mỗi giọt khi rơi đúng bằng lực căng mặt ngoài đặt lên vòng tròn trong của ống nhỏ giọt. Hệ số căng mặt ngoài của nước là A. 72,3.10-3 N/m.B. 75,6.10 -3 N/m. C. 78,8.10-3 N/m.D. 70,1.10 -3 N/m. Câu 5. Một cọng rơm dài 8 cm nổi trên mặt nước. Người ta nhỏ dung dịch xà phòng xuống một bên mặt nước (nước xà phòng chỉ lan ra ở một bên của cọng rơm). Hỏi cọng rơm di chuyển về phía nào? Hợp lực tác dụng vào cọng rơm là bao nhiêu? Cho hệ số căng mặt ngoài của nước và của xà phòng lần lượt là 75.10-3 N/m và 40.10-3 N/m. A. Cọng rơm chuyển động về phía xà phòng, lực tác dụng là 2,8.10-3 N. B. Cọng rơm chuyển động về phía nước, lực tác dụng là 1,5.10-3 N. C. Cọng rơm chuyển động về phía xà phòng, lực tác dụng là 1,5.10-3 N. D. Cọng rơm chuyển động về phía nước, lực tác dụng là 2,8.10-3 N. Câu 6. Nhiệt độ trong phòng là 15°C, độ ẩm tỉ đối là 70% thể tích trong phòng là 100 m 3. Độ ẩm cực đại là 12,8 g/m3. Tìm lượng hơi nước có trong phòng? A. 0,8 kg.B. 0,9 kg.C. 1 kg.D. 1,3 kg. Câu 7. Lấy 0,01 kg hơi nước ở 100°C cho ngưng tụ trong bình nhiệt lượng kế chứa 0,2 kg nước ở 9,5°C. nhiệt độ cuối cùng là 40°C, cho nhiệt dung riêng của nước là c = 4180 J/kg.K. Tính nhiệt hóa hơi của nước? A. 1,8.103 J/kg.B. 2,3.10 6 J/kg.C. 2,8.10 6 J/kg.D. 3,2.10 6 J/kg. Câu 8. Thả một cục nước đá có khối lượng 30 g ở 0°C vào cốc nước có chứa 0,2 lít nước ở 20°C. Bỏ qua nhiệt dung của cốc, nhiệt dung riêng của nước 4,2 J/g.K, khối lượng riêng của nước là 1 g/cm3, nhiệt nóng chảy của nước đá là 334 J/g. Nhiệt độ cuối cùng của cốc nước là: A. 0°C.B. 5°C.C. 7°C.D. 10°C. Câu 9. Một tấm nhôm hình vuông có cạnh 50 cm ở nhiệt độ 10°C. Diện tích của nó tăng lên bao nhiêu khi nhiệt độ là 40°C. Biết hệ số nở dài của nhôm là 24,5.10-6 K-1. A. 3,675 m2.B. 3,675 mm 2. C. 3,675 cm2.D. 3,675 dm 2. Câu 10. Để xác định gần đúng nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg nước hóa thành hơi khi sôi (ở 100°C) một em học sinh đã làm thí nghiệm sau: Cho 1 lít nước ( Coi là 1 kg nước ) ở 10°C vào ấm rồi đặt lên bếp điện để đun. Theo dõi thời gian đun, em học sinh đó ghi chép được các số liệu sau: Để đun nước nóng từ 10°C đến 100°C cần 18 phút. Trang 6
7. Để cho 200g nước trong ấm hóa thành hơi khi sôi cần 23 phút. Bỏ qua nhiệt dung của ấm, nhiệt dung riêng của nước là 4,2 kJ/kg. Từ thí nghiệm trên tính được nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg nước hóa thành hơi ở nhiệt độ sôi 100°C là A. 2052 kJ.B. 1756 kJ.C. 2415 kJ.D. 1457 kJ. Đáp án: 1-A 2-A 3-A 4-B 5-D 6-B 7-B 8-C 9-C 10-C Trang 7