Đề Thi Chuyên Sâu Vật Lý THPT: Đồ Thị Sự Chuyển Thể & Cân Bằng Nhiệt

Người ta dùng một lò hồ quang điện để nấu chảy một khối kim loại nặng 20 kg. Biết lò hồ quang cung cấp cho khối kim loại một nhiệt lượng không đổi là 5000 J/s. Sự thay đổi nhiệt độ của khối kim loại được ghi lại theo thời gian như hình vẽ.

Một học sinh pha một cốc trà nóng. Sau một lúc, học sinh này thêm một số viên đá vào trà. Học sinh sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của trà. Hình dưới đây cho thấy biểu đồ nhiệt độ - thời gian thu được.

Một nhiệt lượng kế cách nhiệt chứa nước đá khối lượng $m$ và chất rắn X khối lượng $m_1=1,05m$. Một sợi đốt điện trong nhiệt lượng kế, được cấp điện sao cho tỏa nhiệt với công suất không đổi $P$. Dùng nhiệt kế theo dõi sự phụ thuộc của nhiệt độ hỗn hợp vào thời gian trong khoảng 0 - 50 phút, ta thu được đồ thị như hình vẽ. Biết nhiệt dung riêng của nước đá là $c_{\text{đaˊ}}=2100$ J/kg.K; nhiệt dung riêng của chất X ở trạng thái rắn là $c_{X\text{ra˘ˊn}}=1200$ J/kg.K. Chỉ có trao đổi nhiệt giữa sợi đốt, chất X và nước đá.

Một nhóm học sinh làm thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước. Bộ dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ nguyên lí như hình bên gồm: biến áp nguồn, oát kế, nhiệt kế điện tử, nhiệt lượng kế có vỏ xốp cách nhiệt tốt kèm dây điện trở, cân điện tử, dây nối, que khuấy. Bỏ qua nhiệt dung của nhiệt lượng kế, que khuấy.

Họ thực hiện như sau: đổ một lượng nước có khối lượng 0,185 kg vào trong bình nhiệt lượng kế sao cho dây điện trở chìm hoàn toàn trong nước; cho dòng điện qua dây điện trở; đo nhiệt độ của nước và đọc số chỉ của oát kế ở các thời điểm.

Họ tính được giá trị trung bình của công suất mà oát kế đo được là $\overline{P}=11,60$ W và vẽ được đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ $t$ của nước trong bình vào thời gian $\tau$ như hình bên.

Cung cấp nhiệt lượng cho một viên nước đá tinh khiết có khối lượng 180 g ở $0^{\circ }$C chuyển từ thể rắn sang thể lỏng và hóa hơi hoàn toàn. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ $t$ theo nhiệt lượng cung cấp $Q$ được mô tả như hình vẽ.

Hai vật rắn A và B được làm bằng hai kim loại khác nhau nhưng có cùng khối lượng và được nung nóng đều đặn trong các điều kiện giống nhau. Độ biến thiên nhiệt độ của mỗi vật theo thời gian được mô tả bởi đồ thị ở hình bên dưới.

Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng một lò nấu chảy kim loại để nấu chảy một mẫu đồng. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của mẫu đồng theo thời gian. Biết lò cung cấp nhiệt cho mẫu đồng với tốc độ không đổi là 121 kJ/phút, nhiệt nóng chảy riêng của đồng là $1,8\cdot 10^5$ J/kg. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Khối lượng của mẫu này là bao nhiêu kilôgam (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Cho 200 g nước đá ở $-10^{\circ }$C vào một cốc cách nhiệt đựng nước ở $30^{\circ }$C. Sự thay đổi nhiệt độ của nước đá và nước trong cốc theo thời gian được biểu diễn theo đồ thị hình bên. Biết nhiệt dung riêng của nước đá là 2100 J/kg.K, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $3,4\cdot 10^5$ J/kg, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K, bỏ qua nhiệt dung của cốc. Khối lượng nước trong cốc bằng bao nhiêu kilogam (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Nhiệt độ ban đầu của nước đá tính theo thang độ K là bao nhiêu? (kết quả lấy đến hàng đơn vị)

Biết rằng nhiệt dung riêng của nước đá là $2,10\cdot 10^3$ J/kg.K, thí nghiệm cho thấy ${\theta }_2=5{\theta }_1$, nhiệt nóng chảy riêng của nước đá mà nhóm đo được bằng $x\cdot 10^5$ J/kg. Giá trị của $x$ là bao nhiêu (kết quả lấy đến hàng phần trăm)?