Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Nội năng, định luật I (Vật lý Lớp 12)

Một học sinh sử dụng bơm xe đạp để tìm hiểu sự biến đổi trạng thái và nội năng của không khí khi bị nén. Trong mỗi lần khảo sát, van thoát khí của bơm chưa mở và pít-tông được coi là kín, nên lượng không khí trong xi lanh không đổi.

Trong một lần nén chậm, coi nhiệt độ của khối khí gần như không đổi. Ban đầu, khối khí có thể tích $0,120{\mathrm{dm}}^3$ và áp suất $1,01\cdot 10^5$ Pa; sau đó được nén đến thể tích $0,080{\mathrm{dm}}^3$.

Trong một lần nén nhanh khác, xét một lượng khí xác định trong xi lanh. Trong quá trình nén, khối khí nhận công 52 J từ pít-tông và truyền ra thành bơm nhiệt lượng 18 J.

Một lượng khí lí tưởng được chứa kín trong xi-lanh. Ban đầu, khí có áp suất $1,00\cdot 10^3$ Pa và thể tích $0,600{\mathrm{dm}}^3$. Ở giai đoạn 1, khí được nén chậm đẳng nhiệt không làm thay đổi nội năng của khối khí đến thể tích $0,400{\mathrm{dm}}^3$. Ở giai đoạn 2, xi-lanh được cách nhiệt và khí tiếp tục bị nén, nhận công 45 J. Ở giai đoạn 3, pít-tông được giữ cố định, lớp cách nhiệt được tháo ra và khí truyền 18 J năng lượng nhiệt ra môi trường. Sử dụng quy ước $\Delta U=A+Q$.

Một chiếc xe tải có khối lượng 30 tấn di chuyển trên một đoạn dốc núi dài 2,5 km. Con dốc này có độ dốc là 6%, được hiểu là cứ đi hết 100 m trên mặt dốc thì độ cao của xe giảm 6 m. Xe bắt đầu quá trình xuống dốc với vận tốc là 36 km/h và tăng tốc dần, đạt vận tốc 90 km/h ở cuối dốc. Trong suốt quá trình chuyển động, xe luôn chịu tác dụng của lực ma sát lăn và lực cản không khí không đổi là 8090 N. Hệ thống phanh của xe có tổng khối lượng 250 kg và được làm từ vật liệu có nhiệt dung riêng 450 J/(kg.K). Lấy gia tốc trọng trường là $g=9,8$ m/s${}^2$.

Trong một thí nghiệm khảo sát sự chuyển hóa cơ năng thành nội năng, một học sinh dùng sợi dây nối với vật nặng có khối lượng $5,00\mathrm{kg}$. Dây được vắt qua ròng rọc và quấn quanh trục gắn với các cánh khuấy đặt trong một bình chứa $0,400\mathrm{kg}$ nước. Khi vật nặng đi xuống, các cánh khuấy quay và khuấy nước. Mỗi lần thả, vật nặng đi xuống một đoạn $1,20\mathrm{m}$ với tốc độ gần như không đổi. Sau mỗi lần, học sinh đưa vật trở lại vị trí ban đầu rồi tiếp tục thả. Sau 60 lần thả, nhiệt độ của nước tăng từ $25,0{}^{\circ }\mathrm{C}$ lên $26,8{}^{\circ }\mathrm{C}$. Bỏ qua sự thay đổi động năng của vật nặng và coi nhiệt dung của bình, cánh khuấy không đáng kể; độ tăng nội năng của nước chính là nhiệt lượng mà nước nhận vào. Biết nhiệt dung riêng của nước là $4,20\cdot 10^{3}J/(\mathrm{kg}\cdot \mathrm{K})$, lấy $g=9,81m/{\mathrm{s}}^2$.

Dùng thông tin sau cho Câu 1 và Câu 2: Một phòng họp đang trống trước giờ sử dụng có kích thước khoảng 6,8 m $\times$ 5,4 m $\times$ 3,1 m. Bàn ghế và các thiết bị chiếm khoảng 8,5% thể tích phòng. Phòng được làm ấm bằng quạt sưởi điện công suất lớn, có công suất định mức 9,0 kW và bộ điều nhiệt điều khiển tự động. Điện năng tiêu thụ của hệ thống sưởi được ghi bằng công tơ điện.

Trong một ngày rét, trước khi bật quạt sưởi, phòng đã để trống đủ lâu nên nhiệt độ không khí trong phòng bằng nhiệt độ ngoài trời, đều là $14,0{}^{\circ }$C. Khi đó, áp suất không khí trong phòng là 98,8 kPa. Quạt sưởi hoạt động liên tục ở chế độ định mức trong 15,9 phút để đưa nhiệt độ phòng lên $22,0{}^{\circ }$C.

Khi nhiệt độ phòng được duy trì ổn định ở $22,0{}^{\circ }$C, trong 90,0 phút theo dõi, công tơ điện ghi nhận hệ thống sưởi tiêu thụ 3,80 kWh.

Biết ở điều kiện tiêu chuẩn ($0{}^{\circ }$C; 101,3 kPa), khối lượng riêng của không khí là 1,293 kg/m${}^3$; nhiệt dung riêng đẳng tích của không khí là 718 J/(kg$\cdot$K). Nhiệt dung tính chung của tường, sàn, bàn ghế và các thiết bị tham gia trao đổi nhiệt trong quá trình làm ấm là 0,825 MJ/K. Coi lượng không khí trong phòng không đổi và không khí là khí lí tưởng.