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

Trong một phòng thí nghiệm, một lượng khí được chứa trong xi lanh kín có pít-tông chuyển động được. Bằng cách thay đổi vị trí của pít-tông hoặc trao đổi nhiệt với môi trường, người ta có thể làm thay đổi trạng thái của khối khí. Hãy cho biết các phát biểu sau đây là đúng hay sai.

Trong một phòng thí nghiệm, một lượng khí được chứa trong xi lanh kín có pít-tông chuyển động được. Bằng cách thay đổi vị trí của pít-tông hoặc trao đổi nhiệt với môi trường, người ta có thể làm thay đổi trạng thái của khối khí. Hãy cho biết các phát biểu sau đây là đúng hay sai.

Độ biến thiên nội năng của khí trong quá trình trên bằng bao nhiêu joule (J) (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Trong khoảng thời gian trên, nội năng của mẫu vật liệu tăng bao nhiêu kilojoule (kJ) (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Sau một lần va chạm, nội năng của hệ gồm kiện hàng và tấm giảm chấn tăng thêm bao nhiêu joule (J) (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Công mà lượng khí thực hiện trong quá trình nâng pittông và vật bằng bao nhiêu joule (J) (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Một nhóm học sinh tìm hiểu về sự truyền nhiệt. Họ có các dụng cụ và cách tiến hành như sau:

Dụng cụ: cốc nhôm đựng 200 ml nước ở nhiệt độ 30 °C (1); bình cách nhiệt đựng 500 ml nước ở nhiệt độ 60 °C (2); hai nhiệt kế (3).

Tiến hành: Đặt cốc nhôm vào trong lòng bình cách nhiệt như hình vẽ và quan sát số chỉ nhiệt kế để tìm hiểu về sự truyền nhiệt của chúng.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Biết rằng trong quá trình trên, nội năng của khối khí giảm 1100 J. Nhiệt lượng cung cấp cho khối khí là bao nhiêu jun (J)?

Khi trời lạnh cơ thể chúng ta dễ bị mất nhiệt lượng vào môi trường. Sự mất nhiệt lượng này sẽ dẫn đến các hệ quả như cơ thể bị run rẩy, kiệt sức. Trong trận bóng đá ngoài trời vào ngày lạnh, cầu thủ sẽ bắt đầu cảm thấy kiệt sức sau khi tiêu hao khoảng $8\cdot 10^5$ J năng lượng bên trong cơ thể, trong đó nhiệt lượng do cơ thể một cầu thủ truyền cho môi trường là $6,5\cdot 10^5$ J. Công mà cầu thủ này đã thực hiện có độ lớn bằng bao nhiêu megajun (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Một viên đạn có khối lượng $m=45$ g bay theo phương ngang với tốc độ $v_0=100$ m/s xuyên qua một quả dưa có khối lượng $M=2,5$ kg đang nằm yên trên sàn ngang nhẵn. Tốc độ của viên đạn và của quả dưa ngay sau khi viên đạn xuyên qua lần lượt là $v=80$ m/s và $V=20$ cm/s. Độ tăng nội năng của viên đạn và quả dưa là bao nhiêu jun (làm tròn kết quả đến chữ số hàng đơn vị)?

Một học sinh tiến hành thí nghiệm để tìm hiểu mối liên hệ giữa nội năng của chất khí với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật. Chuẩn bị các dụng cụ: ống nghiệm (1); nút bấc có kích thước vừa khít miệng ống nghiệm (2); đèn cồn (3); giá đỡ thí nghiệm (4). Học sinh đó đã thực hiện thí nghiệm như sau:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình bên.

Bước 2: Dùng đèn cồn đun nóng ống nghiệm.

Kết quả: Sau một thời gian bị đun nóng, nút bấc bị bật ra khỏi ống nghiệm.

Gọi $D_1$, $D_2$, $D_3$ và $D_4$ lần lượt là khối lượng riêng của thiếc, nhôm, sắt và niken. Biết $D_2<D_1<D_3<D_4$. Nội năng của vật nào tăng lên nhiều nhất khi ta thả rơi bốn vật có cùng thể tích từ cùng một độ cao xuống đất? Coi như toàn bộ độ giảm cơ năng chuyển hết thành nội năng của vật.

Một viên đạn có khối lượng 50 g đang bay ngang với vận tốc $v_0=360$km/h thì xuyên qua một vách tường bằng gỗ được cố định thẳng đứng. Ngay sau khi xuyên qua gỗ, vận tốc viên đạn còn 72 km/h. Quá trình va chạm diễn ra trong thời gian rất ngắn nên coi như hệ đạn và gỗ không trao đổi nhiệt với môi trường. Trong quá trình va chạm, biết rằng 60\% độ tăng nội năng của hệ biến thành nhiệt làm nóng viên đạn. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Để tiến hành thí nghiệm về sự thay đổi nội năng. Nhóm học sinh sử dụng hai thí nghiệm như hình vẽ (a) và (b). Cả hai thí nghiệm đều sử dụng xi lanh, pit-tông, cảm biến nhiệt độ và giá đỡ. Các thí nghiệm lần lượt được tiến hành như sau:

Ở thí nghiệm 1 mô tả hình (a): Nén khí bằng cách đẩy mạnh pit-tông làm nhiệt độ tăng từ 22,2 °C lên 22,8 °C.

Ở thí nghiệm 2 mô tả hình (b): Giữ pit-tông cố định, đổ nước nóng tiếp xúc với xi lanh làm nhiệt độ tăng từ 22,5 °C lên 24,6 °C.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Người ta truyền nhiệt lượng Q cho khối khí trong một xi lanh hình trụ thì khí dãn nở đẩy pit-tông làm thể tích của khối khí tăng thêm 7 lít. Biết áp suất của khối khí là $5\cdot 10^5$Pa và không đổi trong quá trình khí dãn nở. Biết rằng trong quá trình này, nội năng của khối khí giảm 1200 J. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một động cơ nhiệt hoạt động giữa hai nguồn nhiệt có nhiệt độ $T_1$ và $T_2$ như hình vẽ bên. Động cơ nhận nhiệt lượng $Q_1=4000$J từ nguồn nóng trong mỗi giây, công suất của động cơ là 1,2 kW. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhóm học sinh tìm hiểu về mối liên hệ giữa sự thay đổi nội năng của một khối khí xác định và nhiệt độ của nó. Họ đã thực hiện các nội dung sau:

(I) Chuẩn bị các dụng cụ: Xi lanh có pit-tông và cảm biến nhiệt độ (hình vẽ);

(II) Họ cho rằng khi làm thay đổi nội năng của khối khí trong xi-lanh bằng cách tăng, giảm thể tích thì nhiệt độ của khối khí thay đổi;

(III) Họ đã làm thí nghiệm nén khối khí trong xi lanh và thu được kết quả là nhiệt độ khối khí tăng lên;

(IV) Họ kết luận rằng thí nghiệm này đã chứng minh được nội dung ở (II).

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một pit-tông có khối lượng 1,2 kg và có thể di chuyển không ma sát trong xi lanh như hình bên. Biết rằng khi bật đèn cồn khối khí nhận được một nhiệt lượng 5 J và đẩy pit-tông di chuyển lên trên 10 cm. Cho rằng khối khí sau khi nhận nhiệt lượng thì không trao đổi với môi trường bên ngoài. Lấy $g=10m/{\mathrm{s}}^2$. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Khi tìm hiểu về sự biến đổi nội năng của một lượng khí xác định,

(I) Một nhóm học sinh cho rằng: "Nếu một lượng khí nhận được hoặc mất đi năng lượng nhiệt thì nội năng của nó thay đổi khi giữ cho thể tích không đổi".

(II) Để kiểm tra nhận định trên, nhóm học sinh dùng: một xi-lanh (có pit-tông) được gắn cố định trên giá đỡ, một cảm biến đo nhiệt độ của khí trong xi-lanh, một bình đựng nước cách nhiệt và thực hiện thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Dùng pit-tông hút một lượng khí xác định vào xi-lanh; ghi số chỉ $T_0$ của cảm biến nhiệt độ; giữ pit-tông cố định, đổ nước nóng vào bình cho ngập hết phần xi-lanh chứa khí; ghi số chỉ $T_1$ khi ổn định. Nhóm học sinh thu được kết quả: $T_1>T_0$.

Bước 2: Thay nước nóng bằng nước đá đang tan. Nhóm học sinh thu được kết quả: $T_2<T_0$.

Một nhóm học sinh tìm hiểu về mối liên hệ giữa nội năng của vật với năng lượng của các phân tử cấu tạo nên vật. Họ đã thực hiện các nội dung sau: (I) Chuẩn bị các dụng cụ: Ống nghiệm có chất lỏng bên trong (1), nút bấc có kích thước vừa khít miệng ống nghiệm (2), đèn cồn (3) và giá đỡ thí nghiệm (4); (II) Họ cho rằng nội năng của chất trong ống nghiệm thay đổi là do động năng và thế năng phân tử của chất thay đổi; (III) Họ đã làm thí nghiệm đun nóng ống nghiệm có chất lỏng bên trong và thu được kết quả nút chai bật ra; (IV) Họ kết luận rằng thí nghiệm này đã chứng minh được nội dung ở (II).