Bộ 2 Đề Kiểm Tra Giữa Kì I Vật Lí 12 - Chương I Vật Lí Nhiệt (Kèm Lời Giải Chi Tiết)

BẢNG THÔNG SỐ VẬT LÍ NHIỆT (Dùng cho các câu tính toán khi cần thiết):
- Nhiệt dung riêng của nước: $c_{\text{nước}} = 4180\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của nước đá: $c_{\text{đá}} = 2090\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của đồng: $c_{\text{Cu}} = 380\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của nhôm: $c_{\text{Al}} = 880\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$.
- Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá ở $0^\circ\text{C}$: $\lambda_{\text{đá}} = 3,34 \cdot 10^5\text{ J/kg}$.
- Nhiệt hoá hơi riêng của nước ở $100^\circ\text{C}$: $L_{\text{nước}} = 2,26 \cdot 10^6\text{ J/kg}$.
- Khối lượng riêng của nước: $\rho = 1000\text{ kg/m}^3 = 1\text{ kg/L}$. Nhiệt độ Kelvin: $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273,15$.

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.

Câu 1 (0,25 điểm). Khi quan sát chuyển động Brown của các hạt phấn hoa lơ lửng trong nước dưới kính hiển vi, nhận định nào sau đây phản ánh đúng bản chất vi mô?

Câu 2 (0,25 điểm). Nhận định nào sau đây về lực tương tác liên phân tử là sai?

Câu 3 (0,25 điểm). Khi nung nóng đẳng áp một khối đồng rắn từ $20^\circ\text{C}$ đến $80^\circ\text{C}$, nội năng của khối đồng thay đổi như thế nào về mặt vi mô?

Câu 4 (0,25 điểm). Biểu thức của định luật I nhiệt động lực học có dạng $\Delta U = A + Q$. Theo quy ước dấu chuẩn quốc tế, trường hợp khối chất thực hiện công $250\text{ J}$ và tỏa ra nhiệt lượng $100\text{ J}$ thì giá trị của $A$ và $Q$ là

Câu 5 (0,25 điểm). Trong nhiệt giai Kelvin, nhiệt độ của điểm ba của nước được định nghĩa chuẩn bằng

Câu 6 (0,25 điểm). Một thang nhiệt độ $X$ có điểm đóng băng của nước ở $1\text{ atm}$ là $-20^\circ\text{X}$ và điểm sôi của nước ở $1\text{ atm}$ là $130^\circ\text{X}$. Nếu nhiệt kế đo được $40^\circ\text{C}$ thì tương ứng trên thang $X$ có giá trị là

Câu 7 (0,25 điểm). Gọi $Q$ là nhiệt lượng cần cung cấp cho vật có khối lượng $m$ để làm tăng nhiệt độ của nó từ $T_1$ lên $T_2$ mà không thay đổi thể trạng. Biểu thức xác định nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật là

Câu 8 (0,25 điểm). Khi đun sôi nước trong ấm đun ở áp suất tiêu chuẩn, trong suốt thời gian nước đang sôi mạnh, nhiệt kế nhúng trong lòng nước sôi luôn chỉ $100^\circ\text{C}$. Năng lượng nhiệt mà ấm tiếp tục cung cấp chủ yếu dùng để

Câu 9 (0,25 điểm). Nhiệt nóng chảy riêng của một chất rắn kết tinh phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

Câu 10 (0,25 điểm). Trong phòng thí nghiệm, một nhóm học sinh dùng nhiệt lượng kế bằng nhôm có vỏ cách nhiệt xốp để đo nhiệt dung riêng của một thỏi đồng. Nguồn gốc gây ra sai số hệ thống lớn nhất trong phép đo này thường là do

Câu 11 (0,25 điểm). Hiện tượng bay hơi của chất lỏng khác với hiện tượng sôi ở điểm nào sau đây?

Câu 12 (0,25 điểm). Đồ thị dưới đây mô tả quá trình biến thiên nhiệt độ theo thời gian của một khối chất rắn nguyên chất được đun nóng liên tục với công suất không đổi trong điều kiện đoạn nhiệt hoàn hảo:

[Đồ thị]

Nhiệt độ nóng chảy của chất này và thời gian diễn ra quá trình nóng chảy lần lượt là

Câu 13 (0,25 điểm). Một quả đạn chì khối lượng $m = 200\text{ g}$ bay với vận tốc $v = 300\text{ m/s}$ đâm xuyên vào tấm gỗ dày rồi dừng lại bên trong khối gỗ. Giả sử $80\%$ cơ năng ban đầu của quả đạn biến thành nội năng làm nóng quả đạn. Cho biết nhiệt dung riêng của chì là $c_{\text{Pb}} = 130\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$. Độ tăng nhiệt độ $\Delta t$ của quả đạn chì xấp xỉ bằng

Câu 14 (0,25 điểm). Khi dùng xilanh nén một lượng không khí xác định rất nhanh, người ta quan sát thấy nhiệt độ của khối khí tăng vọt. Quá trình này được giải thích đúng theo định luật I nhiệt động lực học là

Câu 15 (0,25 điểm). Thả một cục nước đá có khối lượng $m_1 = 50\text{ g}$ ở $0^\circ\text{C}$ vào một cốc chứa $m_2 = 200\text{ g}$ nước ở $25^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với cốc và môi trường. Khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt, khối lượng nước đá còn lại trong cốc là

Câu 16 (0,25 điểm). Người ta chế tạo nhiệt kế dựa trên sự phụ thuộc của điện trở một dây kim loại vào nhiệt độ theo quy luật $R(t) = R_0 (1 + \alpha t)$ với $\alpha = 3,92 \cdot 10^{-3}\text{ K}^{-1}$. Ở $0^\circ\text{C}$, điện trở của dây là $100,0\ \Omega$. Khi nhúng nhiệt kế vào một lò nung nhiệt độ cao, điện trở đo được là $256,8\ \Omega$. Nhiệt độ của lò nung là

Câu 17 (0,25 điểm). Một ấm điện có công suất định mức $P = 1500\text{ W}$ hoạt động ở hiệu điện thế định mức dùng để đun sôi $1,5\text{ kg}$ nước từ $20^\circ\text{C}$. Biết hiệu suất của ấm là $85\%$. Thời gian đun sôi nước là

Câu 18 (0,25 điểm). Đổ $0,2\text{ kg}$ một chất lỏng ở nhiệt độ $15^\circ\text{C}$ vào $0,3\text{ kg}$ nước ở nhiệt độ $60^\circ\text{C}$. Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng nhiệt là $45^\circ\text{C}$. Bỏ qua mọi sự mất mát nhiệt ra cốc và môi trường. Nhiệt dung riêng của chất lỏng đó là

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.

Câu 1. Một nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm khảo sát định luật I nhiệt động lực học bằng cách dùng xilanh kín chứa một khối chất khí được trang bị cảm biến áp suất, cảm biến thể tích và cảm biến nhiệt độ.
a) Khi pittông nén khí chậm và vỏ xilanh làm bằng đồng tiếp xúc tốt với môi trường không đổi nhiệt độ, nội năng khối khí biến đổi chủ yếu do truyền nhiệt.
b) Nếu pittông bị ấn đột ngột thật nhanh làm thể tích khí giảm từ $2,0\text{ L}$ xuống $1,2\text{ L}$, công ngoại lực thực hiện là công dương ($A > 0$).
c) Khi nén khí cực nhanh, do nhiệt lượng chưa kịp truyền qua thành xilanh ra ngoài ($Q \approx 0$) nên độ biến thiên nội năng $\Delta U \approx A > 0$, nhiệt độ của khối khí tăng lên.
d) Trong một chu trình khép kín đưa khối khí trở về trạng thái ban đầu, độ biến thiên nội năng toàn phần của khối khí $\Delta U_{\text{chu trình}} > 0$.

Câu 2. Một học sinh thực hiện thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng của nhôm bằng phương pháp cân bằng nhiệt với bố cục dụng cụ như sơ đồ:

[Hình vẽ]

Số liệu đo đạc được ghi nhận:
- Khối lượng bình nhiệt lượng kế bằng đồng rỗng: $m_{\text{b}} = 120\text{ g}$.
- Khối lượng nước ban đầu trong bình: $m_{\text{n}} = 250\text{ g}$.
- Nhiệt độ ban đầu của bình và nước: $t_1 = 22,0^\circ\text{C}$.
- Miếng nhôm có khối lượng $m_{\text{Al}} = 150\text{ g}$ được đun nóng cách thủy đến nhiệt độ sôi của nước $t_2 = 100,0^\circ\text{C}$.
- Gắp nhanh miếng nhôm thả vào nhiệt lượng kế, khuấy đều, nhiệt độ cao nhất đo được là $t_{\text{cb}} = 31,5^\circ\text{C}$.
a) Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước thu vào để tăng từ $22,0^\circ\text{C}$ lên $31,5^\circ\text{C}$ xấp xỉ bằng $10344\text{ J}$.
b) Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, nhiệt dung riêng của nhôm tính toán từ dữ kiện thực nghiệm trên là $c_{\text{Al}} \approx 1007\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$.
c) Thao tác gắp khối nhôm chuyển từ cốc nước sôi sang nhiệt lượng kế bị chậm sẽ làm tăng sự tỏa nhiệt ra không khí trong lúc di chuyển, dẫn tới giá trị nhiệt dung riêng tính toán thu được lớn hơn giá trị thực.
d) Nếu tính thêm que khuấy bằng nhôm khối lượng $20\text{ g}$ ban đầu ở cùng nhiệt độ $22,0^\circ\text{C}$ với nước, giá trị $c_{\text{Al}}$ xác định được từ biểu thức sẽ giảm đi so với khi bỏ qua que khuấy.

Câu 3. Người ta khảo sát quá trình hoá hơi của $0,5\text{ kg}$ nước ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn $p_0 = 1,013 \cdot 10^5\text{ Pa}$. Khi chuyển từ thể lỏng ở $100^\circ\text{C}$ sang thể hơi ở $100^\circ\text{C}$, thể tích của lượng nước tăng từ $V_1 = 0,5 \cdot 10^{-3}\text{ m}^3$ đến $V_2 = 0,835\text{ m}^3$. Biết nhiệt hoá hơi riêng của nước là $L = 2,26 \cdot 10^6\text{ J/kg}$.
a) Nhiệt lượng cần cung cấp để hoá hơi hoàn toàn khối nước là $Q = 1,13 \cdot 10^6\text{ J}$.
b) Lượng hơi nước sinh ra giãn nở đẩy không khí xung quanh, công do khối nước thực hiện có độ lớn xấp xỉ $84,5\text{ kJ}$.
c) Theo định luật I nhiệt động lực học, độ biến thiên nội năng của khối nước trong quá trình hoá hơi này là $\Delta U = 1,13 \cdot 10^6\text{ J}$.
d) Phần năng lượng cung cấp dưới dạng nhiệt lượng chủ yếu biến đổi thành thế năng tương tác giữa các phân tử khi chúng chuyển từ khoảng cách gần ở thể lỏng sang khoảng cách rất xa nhau ở thể hơi.

Câu 4. Một bình đun cách nhiệt chứa $m_0 = 1,2\text{ kg}$ nước ở $20^\circ\text{C}$. Bên trong có một điện trở nhiệt công suất điện không đổi $P = 600\text{ W}$. Trong quá trình đun, do lớp cách nhiệt không hoàn hảo nên bình liên tục truyền nhiệt ra không khí với công suất hao phí phụ thuộc vào nhiệt độ của nước theo biểu thức $P_{\text{hp}} = k(t - t_{\text{mt}})$, với hệ số $k = 4,0\text{ W/}^\circ\text{C}$ và nhiệt độ môi trường xung quanh ổn định ở $t_{\text{mt}} = 20^\circ\text{C}$.
a) Ngay tại thời điểm bắt đầu đóng điện ($t = 20^\circ\text{C}$), tốc độ tăng nhiệt độ của nước đạt giá trị cực đại.
b) Khi nhiệt độ của nước trong bình đạt tới $70^\circ\text{C}$, công suất hao phí nhiệt tỏa ra môi trường là $200\text{ W}$.
c) Nếu đun trong thời gian đủ dài, nhiệt độ cực đại mà nước trong bình có thể đạt tới được là $170^\circ\text{C}$.
d) Nước trong bình này hoàn toàn có thể được đun sôi đến $100^\circ\text{C}$ ở áp suất chuẩn với nguồn điện trên.

PHẦN III. Câu trắc nghiệm trả lời ngắn (1,5 điểm)

Thí sinh trả lời từ Câu 1 đến Câu 6. Mỗi câu trả lời đúng được 0,25 điểm.

Câu 1. Một vật rắn khối lượng $m = 1,5\text{ kg}$ rơi tự do từ độ cao $h = 40\text{ m}$ xuống một mặt sàn bê tông mềm và lún sâu vào sàn rồi đứng yên. Lấy gia tốc trọng trường $g = 9,8\text{ m/s}^2$. Coi toàn bộ cơ năng bị tiêu tán chuyển hoá thành nội năng của vật rắn và vật cách nhiệt với mặt sàn. Nếu nhiệt dung của vật rắn là $C = 294\text{ J/K}$ thì nhiệt độ của vật tăng thêm bao nhiêu độ C? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Câu 2. Một máy làm đá tự động nhận nước ở nhiệt độ $20^\circ\text{C}$ và sản xuất ra các viên đá ở nhiệt độ $-10^\circ\text{C}$. Để sản xuất được $36\text{ kg}$ đá trong mỗi giờ, hệ thống làm lạnh phải rút khỏi buồng làm đá một nhiệt lượng với công suất nhiệt trung bình bằng bao nhiêu kilowatt ($\text{kW}$)? (Lấy số liệu thông số trong bảng ở đầu đề, kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Câu 3. Một thỏi hợp kim nhôm – chì có tổng khối lượng $M = 800\text{ g}$ được nung nóng tới nhiệt độ $100^\circ\text{C}$ rồi thả vào một nhiệt lượng kế chứa $m_{\text{n}} = 500\text{ g}$ nước ở $18^\circ\text{C}$. Nhiệt độ cân bằng của hệ là $26^\circ\text{C}$. Bỏ qua nhiệt dung của vỏ nhiệt lượng kế và sự trao đổi nhiệt với môi trường. Biết nhiệt dung riêng của nhôm và chì lần lượt là $880\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$ và $130\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$. Khối lượng của nhôm trong thỏi hợp kim xấp xỉ bằng bao nhiêu gam? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).

Câu 4. Một bình cách nhiệt chứa hỗn hợp gồm $m_1 = 1,0\text{ kg}$ nước và $m_2 = 0,2\text{ kg}$ nước đá ở $0^\circ\text{C}$. Người ta dẫn hơi nước ở $100^\circ\text{C}$ vào bình cho đến khi toàn bộ lượng nước đá vừa tan hết hoàn toàn thì dừng lại. Biết toàn bộ hệ sau khi nước đá tan đều ở trạng thái $0^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình và môi trường bên ngoài. Khối lượng hơi nước đã ngưng tụ vào bình bằng bao nhiêu gam? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Câu 5. Để xác định nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng $X$, người ta đun sôi chất lỏng này bằng một dây nung nhúng ngập trong chất lỏng. Dây nung được cấp điện với công suất $P_1 = 80\text{ W}$ thì tốc độ khối lượng chất lỏng bốc hơi là $\mu_1 = 0,050\text{ g/s}$. Khi tăng công suất của dây nung lên $P_2 = 140\text{ W}$ (giữ nguyên nhiệt độ sôi của chất lỏng và điều kiện môi trường) thì tốc độ khối lượng bốc hơi là $\mu_2 = 0,095\text{ g/s}$. Biết công suất hao phí nhiệt tỏa ra môi trường trong hai chế độ đun là không đổi. Nhiệt hoá hơi riêng của chất lỏng $X$ tính được từ thực nghiệm bằng bao nhiêu megajoule trên kilôgam ($\text{MJ/kg}$)? (Kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).

Câu 6. Một ấm đun nước điện có công suất $P = 1200\text{ W}$. Đổ vào ấm $1,0\text{ kg}$ nước ở $25^\circ\text{C}$. Khi nước bắt đầu sôi ở $100^\circ\text{C}$, người sử dụng quên không ngắt điện mà để ấm tiếp tục sôi liên tục thêm $5$ phút nữa. Biết rằng trong suốt quá trình, hiệu suất truyền nhiệt của ấm tới nước là $90\%$. Khối lượng nước còn lại trong ấm sau $5$ phút sôi nói trên bằng bao nhiêu kilôgam ($\text{kg}$)? (Kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).

--------- HẾT ĐỀ SỐ 01 ---------

A. HƯỚNG DẪN CHUNG

- Phần I: Mỗi câu trắc nghiệm đúng được 0,25 điểm.
- Phần II: Điểm của từng câu được tính luỹ tiến theo quy định của Bộ Giáo dục & Đào tạo:
+ Thí sinh chọn chính xác 01 ý trong 1 câu: 0,10 điểm.
+ Thí sinh chọn chính xác 02 ý trong 1 câu: 0,25 điểm.
+ Thí sinh chọn chính xác 03 ý trong 1 câu: 0,50 điểm.
+ Thí sinh chọn chính xác cả 04 ý trong 1 câu: 1,00 điểm.
- Phần III: Mỗi câu trả lời ngắn đúng được 0,25 điểm.

B. ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM CHI TIẾT

PHẦN I. TRẮC NGHIỆM NHIỀU PHƯƠNG ÁN (4,5 điểm)

Giải thích vắn tắt Phần I:
- Câu 1 (B): Phân tử nước chuyển động nhiệt hỗn loạn đâm va không cân bằng vào hạt phấn hoa sinh ra chuyển động Brown.
- Câu 2 (D): Cả lực hút và lực đẩy đều giảm khi khoảng cách tăng, nhưng lực đẩy giảm nhanh hơn.
- Câu 3 (C): Nhiệt độ tăng làm tăng động năng dao động; đồng thời vật rắn nở nhiệt làm khoảng cách nguyên tử tăng dẫn đến thế năng tương tác tăng.
- Câu 4 (B): Sinh công nên $A = -250\text{ J}$; tỏa nhiệt nên $Q = -100\text{ J}$.
- Câu 5 (C): Điểm ba của nước được định nghĩa chính xác là $273,16\text{ K}$ ($0,01^\circ\text{C}$).
- Câu 6 (A): $\dfrac{t_X - (-20)}{130 - (-20)} = \dfrac{40 - 0}{100 - 0} \Rightarrow \dfrac{t_X + 20}{150} = 0,4 \Rightarrow t_X = 60 - 20 = 40^\circ\text{X}$.
- Câu 7 (A): Theo định nghĩa nhiệt dung riêng $Q = m c \Delta T \Rightarrow c = \dfrac{Q}{m(T_2 - T_1)}$.
- Câu 8 (B): Ở nhiệt độ sôi, nhiệt lượng cung cấp chuyển hoá thành năng lượng phá vỡ liên kết phân tử và thực hiện công thắng áp suất ngoài.
- Câu 9 (A): Nhiệt nóng chảy riêng là đặc tính của chất phụ thuộc bản chất chất và áp suất khí quyển.
- Câu 10 (B): Thao tác gắp vật qua không khí và truyền nhiệt ra ngoài là nguyên nhân sai số mất mát nhiệt lớn nhất.
- Câu 11 (B): Bay hơi chỉ ở mặt thoáng mọi nhiệt độ; sôi ở cả trong lòng chất lỏng ở nhiệt độ sôi xác định.
- Câu 12 (A): Đoạn nằm ngang ở $80^\circ\text{C}$ kéo dài từ phút thứ 2 đến phút thứ 6 $\Rightarrow \Delta t = 6 - 2 = 4$ phút.
- Câu 13 (A): $W_{\text{đ}} = \dfrac{1}{2}mv^2$; $\Delta Q = 0,8 W_{\text{đ}} = m c \Delta t \Rightarrow \Delta t = \dfrac{0,8 v^2}{2 c} = \dfrac{0,8 \cdot 300^2}{2 \cdot 130} \approx 276,9^\circ\text{C}$.
- Câu 14 (A): Nén rất nhanh nên $Q \approx 0$; nhận công $A > 0 \Rightarrow \Delta U = A > 0 \Rightarrow$ nhiệt độ tăng.
- Câu 15 (A): $Q_{\text{nước tỏa}} = 0,2 \cdot 4180 \cdot (25 - 0) = 20900\text{ J}$. Nhiệt cần làm tan đá: $Q_{\text{tan}} = 0,05 \cdot 3,34 \cdot 10^5 = 16700\text{ J}$. Vì $Q_{\text{tỏa}} > Q_{\text{tan}}$ nên đá tan hết hoàn toàn ($0\text{ g}$).
- Câu 16 (A): $R(t) = R_0(1 + \alpha t) \Rightarrow t = \dfrac{R - R_0}{R_0 \alpha} = \dfrac{256,8 - 100}{100 \cdot 3,92 \cdot 10^{-3}} = 400^\circ\text{C}$.
- Câu 17 (B): $Q_{\text{thu}} = 1,5 \cdot 4180 \cdot (100 - 20) = 501600\text{ J}$. Năng lượng ấm cấp: $A_{\text{điện}} = \dfrac{Q_{\text{thu}}}{0,85} \approx 590117,6\text{ J}$. Thời gian $t = \dfrac{A}{P} = \dfrac{590117,6}{1500} \approx 393\text{ s}$.
- Câu 18 (A): $m_x c_x (45 - 15) = m_{\text{n}} c_{\text{n}} (60 - 45) \Rightarrow 0,2 \cdot c_x \cdot 30 = 0,3 \cdot 4180 \cdot 15 \Rightarrow c_x = 3135\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$.

PHẦN II. TRẮC NGHIỆM ĐÚNG SAI (4,0 điểm)

PHẦN III. TRẮC NGHIỆM TRẢ LỜI NGẮN (1,5 điểm)

BẢNG THÔNG SỐ VẬT LÍ NHIỆT (Dùng cho các câu tính toán khi cần thiết):
- Nhiệt dung riêng của nước: $c_{\text{nước}} = 4180\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của nước đá: $c_{\text{đá}} = 2090\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của sắt: $c_{\text{Fe}} = 460\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; của chì: $c_{\text{Pb}} = 130\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$.
- Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá: $\lambda_{\text{đá}} = 3,34 \cdot 10^5\text{ J/kg}$; của chì: $\lambda_{\text{Pb}} = 2,5 \cdot 10^4\text{ J/kg}$ (ở nhiệt độ nóng chảy $327^\circ\text{C}$).
- Nhiệt hoá hơi riêng của nước ở $100^\circ\text{C}$: $L_{\text{nước}} = 2,26 \cdot 10^6\text{ J/kg}$.
- $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273,15$.

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.

Câu 1 (0,25 điểm). Phát biểu nào sau đây mô tả đúng nhất về chuyển động nhiệt của các phân tử ở thể rắn vô định hình?

Câu 2 (0,25 điểm). Nội năng của một khối chất rắn phụ thuộc vào

Câu 3 (0,25 điểm). Khi truyền một nhiệt lượng $Q$ cho một vật và vật đồng thời sinh công $A'$ chống lại ngoại lực thì biểu thức tính độ biến thiên nội năng của vật theo quy ước $A$ là công vật nhận ($A = -A'$) là

Câu 4 (0,25 điểm). Hai chất lỏng có khối lượng bằng nhau được nung nóng bằng hai nguồn nhiệt giống nhau hoàn toàn trong điều kiện đoạn nhiệt. Chất lỏng thứ nhất có nhiệt độ tăng nhanh gấp đôi chất lỏng thứ hai. Kết luận nào sau đây là đúng?

Câu 5 (0,25 điểm). Khi thả một thỏi kim loại đang ở nhiệt độ $90^\circ\text{C}$ vào một chậu nước ở $20^\circ\text{C}$, nhiệt lượng tự truyền từ

Câu 6 (0,25 điểm). Trong thang nhiệt độ Fahrenheit, nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ sôi của nước tinh khiết ở áp suất tiêu chuẩn lần lượt là

Câu 7 (0,25 điểm). Điểm "không tuyệt đối" ($0\text{ K}$) trên thang nhiệt độ Kelvin tương ứng với

Câu 8 (0,25 điểm). Đơn vị đo của nhiệt hoá hơi riêng trong hệ SI là

Câu 9 (0,25 điểm). Khi tiến hành thí nghiệm đun nóng một chất rắn kết tinh, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian gồm các đoạn nghiêng và đoạn nằm ngang. Ý nghĩa vật lí của đoạn nằm ngang là

Câu 10 (0,25 điểm). Một ấm điện đun nước có công suất $1000\text{ W}$. Nhiệt lượng mà ấm tỏa ra trong thời gian $5$ phút hoạt động liên tục là

Câu 11 (0,25 điểm). Một thanh ray kim loại có chiều dài tăng thêm khi bị đốt nóng dưới ánh nắng mặt trời là do

Câu 12 (0,25 điểm). Dùng một máy khoan sắt để khoan một lỗ trên tấm thép dày. Sau vài giây, cả mũi khoan và tấm thép đều rất nóng. Nguyên nhân chính làm nội năng của mũi khoan và tấm thép tăng lên là do

Câu 13 (0,25 điểm). Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn $2,0\text{ kg}$ chì ở nhiệt độ nóng chảy $327^\circ\text{C}$ là

Câu 14 (0,25 điểm). Thả một miếng sắt có khối lượng $m = 300\text{ g}$ được nung nóng đến $95^\circ\text{C}$ vào một cốc chứa $400\text{ g}$ nước ở $20^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của cốc và môi trường. Nhiệt độ cân bằng của hệ xấp xỉ là

Câu 15 (0,25 điểm). Cung cấp nhiệt lượng $1,5\text{ kJ}$ cho một khối khí trong xilanh, khối khí giãn nở đẩy pittông chuyển động và sinh một công có độ lớn $900\text{ J}$. Độ biến thiên nội năng của khối khí là

Câu 16 (0,25 điểm). Hai bình nhiệt lượng kế cách nhiệt giống hệt nhau chứa cùng một khối lượng nước ở cùng nhiệt độ $t_0$. Người ta thả vào bình 1 một thỏi nhôm khối lượng $m$ nung nóng đến $100^\circ\text{C}$, thả vào bình 2 một thỏi sắt khối lượng $m$ cũng nung nóng đến $100^\circ\text{C}$. Biết nhiệt dung riêng của nhôm lớn gần gấp đôi nhiệt dung riêng của sắt. Khi đạt cân bằng nhiệt:

Câu 17 (0,25 điểm). Dùng một bếp dầu có hiệu suất $40\%$ để đun sôi $2,0\text{ L}$ nước từ nhiệt độ ban đầu $20^\circ\text{C}$. Biết năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là $q = 44 \cdot 10^6\text{ J/kg}$. Khối lượng dầu hỏa cần tiêu thụ là

Câu 18 (0,25 điểm). Hiện tượng sương mù tan dần khi Mặt Trời lên cao vào buổi sáng là minh họa sinh động cho quá trình

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.

Câu 1. Một nhóm học sinh làm thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước bằng ấm đun siêu tốc có công suất định mức $P = 1800\text{ W}$ đặt trên một cân điện tử có độ chính xác cao.
a) Sau khi nước trong ấm đạt trạng thái sôi ổn định ở $100^\circ\text{C}$, nhóm mở nắp ấm để hơi nước tự do thoát ra ngoài và bắt đầu bấm đồng hồ bấm giây.
b) Trong khoảng thời gian $\Delta t = 180$ giây sôi liên tục, số chỉ của cân điện tử giảm đi một lượng $\Delta m = 120\text{ g}$. Bỏ qua mọi sự mất mát nhiệt lượng ra môi trường, nhiệt hoá hơi riêng xác định được là $L = 2,70 \cdot 10^6\text{ J/kg}$.
c) Nếu ấm điện bị tỏa nhiệt hao phí ra không khí xung quanh mà học sinh không tính tới thì giá trị $L$ tính được theo công thức $L = \dfrac{P \cdot \Delta t}{\Delta m}$ sẽ lớn hơn nhiệt hoá hơi riêng thực tế của nước.
d) Khi mở nắp ấm, các giọt nước sôi bị bắn ra ngoài không khí mà chưa kịp hoá hơi sẽ làm giá trị $\Delta m$ đo được trên cân lớn hơn lượng nước thực sự hoá hơi, từ đó làm giảm giá trị $L$ tính toán.

Câu 2. Đồ thị dưới đây biểu diễn quá trình truyền nhiệt lượng liên tục với công suất không đổi cho một khối chất rắn ban đầu ở nhiệt độ $-20^\circ\text{C}$:

[Đồ thị]

a) Chất rắn này bắt đầu nóng chảy ở thời điểm $t = 2$ phút tại nhiệt độ $0^\circ\text{C}$.
b) Trong khoảng thời gian từ $t = 2$ phút đến $t = 5$ phút, khối chất tồn tại đồng thời ở cả thể rắn và thể lỏng.
c) Tỉ số giữa nhiệt dung riêng ở thể lỏng và nhiệt dung riêng ở thể rắn của chất này tính toán được từ đồ thị là bằng $2,5$.
d) Nếu khối lượng của khối chất là $m = 0,5\text{ kg}$ và công suất cấp nhiệt là $P = 500\text{ W}$, nhiệt nóng chảy riêng của chất này là $\lambda = 1,8 \cdot 10^5\text{ J/kg}$.

Câu 3. Một bình chứa khí có pittông di động kín. Người ta thực hiện hai thí nghiệm biến đổi trạng thái của lượng khí:
- Thí nghiệm 1: Giữ cố định pittông không cho dịch chuyển và đốt nóng bình khí bằng một ngọn lửa đèn cồn, truyền nhiệt lượng $Q_1 = 450\text{ J}$.
- Thí nghiệm 2: Thả tự do cho pittông di động không ma sát ở áp suất không đổi rồi tiếp tục đốt nóng, truyền nhiệt lượng $Q_2 = 450\text{ J}$, khí giãn nở đẩy pittông dịch chuyển sinh công $150\text{ J}$.
a) Ở thí nghiệm 1, do thể tích khí không đổi nên công của khối khí thực hiện bằng 0.
b) Ở thí nghiệm 1, toàn bộ nhiệt lượng truyền cho khối khí được chuyển hoá thành độ tăng nội năng của khối khí ($\Delta U_1 = 450\text{ J}$).
c) Ở thí nghiệm 2, độ biến thiên nội năng của khối khí là $\Delta U_2 = 600\text{ J}$.
d) Độ tăng nhiệt độ của khối khí ở thí nghiệm 1 lớn hơn độ tăng nhiệt độ của khối khí ở thí nghiệm 2.

Câu 4. Một thỏi đồng có khối lượng $m = 500\text{ g}$ được thả vào một bình nhiệt lượng kế chứa $1,0\text{ kg}$ nước ở nhiệt độ $15,0^\circ\text{C}$. Người ta đo nhiệt độ của hệ bằng cảm biến nhiệt độ nối với máy tính, đồ thị nhiệt độ theo thời gian ghi nhận được như sau: ban đầu nhiệt độ nước tăng nhanh, đạt giá trị cực đại $24,5^\circ\text{C}$ sau 40 giây, sau đó nhiệt độ giảm từ từ với tốc độ không đổi $0,05^\circ\text{C}$ trong mỗi phút do thất thoát nhiệt ra môi trường phòng học ($t_{\text{phòng}} = 15^\circ\text{C}$).
a) Sự tỏa nhiệt ra môi trường diễn ra ngay trong suốt 40 giây đầu tiên kể từ khi thả thỏi đồng vào nước.
b) Lượng nhiệt mất mát ra môi trường phòng học trong 40 giây trao đổi nhiệt đầu tiên xấp xỉ bằng $140\text{ J}$.
c) Nhiệt độ cân bằng lý thuyết (nếu bình cách nhiệt hoàn toàn lý tưởng) phải cao hơn giá trị thực tế $24,5^\circ\text{C}$.
d) Bỏ qua sự hiệu chỉnh nhiệt lượng mất mát ra môi trường sẽ làm giá trị nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng tính toán được cao hơn nhiệt độ thực tế của nó.

PHẦN III. Câu trắc nghiệm trả lời ngắn (1,5 điểm)

Thí sinh trả lời từ Câu 1 đến Câu 6. Mỗi câu trả lời đúng được 0,25 điểm.

Câu 1. Một người cọ xát liên tục một đồng xu bằng đồng khối lượng $m = 10\text{ g}$ lên mặt bàn gỗ nhám với lực nén trung bình theo phương thẳng đứng là $F = 20\text{ N}$. Hệ số ma sát trượt giữa đồng xu và mặt bàn là $\mu = 0,25$. Người đó đẩy đồng xu đi được tổng quãng đường $s = 15,2\text{ m}$. Giả sử $60\%$ công của lực ma sát chuyển thành nội năng làm nóng riêng đồng xu. Biết nhiệt dung riêng của đồng là $c_{\text{Cu}} = 380\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$. Nhiệt độ của đồng xu tăng thêm bao nhiêu độ C? (Kết quả ghi số nguyên).

Câu 2. Một tấm pin năng lượng Mặt Trời có diện tích $S = 2,5\text{ m}^2$ hứng bức xạ Mặt Trời với cường độ công suất trung bình $I = 800\text{ W/m}^2$. Năng lượng điện thu được dùng trực tiếp cho một thiết bị đun nước nóng với hiệu suất chuyển hoá toàn phần là $70\%$. Để đun nóng một bình chứa $40\text{ L}$ nước từ $25^\circ\text{C}$ lên $60^\circ\text{C}$, tấm pin cần hứng nắng liên tục trong thời gian bao nhiêu phút? (Lấy khối lượng riêng của nước là $1\text{ kg/L}$, nhiệt dung riêng $4180\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).

Câu 3. Thả một cục nước đá khối lượng $m_{\text{đ}} = 200\text{ g}$ ở $-15^\circ\text{C}$ vào một bình nhiệt lượng kế chứa $m_{\text{n}} = 400\text{ g}$ nước ở $40^\circ\text{C}$. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế và môi trường. Nhiệt độ cân bằng cuối cùng của hỗn hợp trong bình là bao nhiêu độ C? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Câu 4. Trong một thí nghiệm đun nóng chảy chất $Y$, một bếp điện cung cấp nhiệt lượng với công suất ổn định $P = 400\text{ W}$ cho $m = 0,8\text{ kg}$ chất $Y$. Khi chất $Y$ bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ xác định, nhiệt kế giữ nguyên giá trị trong thời gian $\Delta \tau = 12$ phút cho đến khi chất này tan chảy hoàn toàn. Biết hiệu suất truyền nhiệt từ bếp vào chất $Y$ trong giai đoạn nóng chảy là $85\%$. Nhiệt nóng chảy riêng của chất $Y$ bằng bao nhiêu kilôjoule trên kilôgam ($\text{kJ/kg}$)? (Kết quả ghi số nguyên).

Câu 5. Một cốc nhôm khối lượng $m_1 = 150\text{ g}$ chứa $m_2 = 300\text{ g}$ nước ở nhiệt độ $20^\circ\text{C}$. Người ta thả vào cốc một cục nước đá có khối lượng $m_3 = 100\text{ g}$ ở $0^\circ\text{C}$. Cho biết nhiệt dung riêng của nhôm là $880\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$, của nước là $4180\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $3,34 \cdot 10^5\text{ J/kg}$. Bỏ qua sự mất nhiệt ra ngoài. Khi cân bằng nhiệt được thiết lập, khối lượng nước đá còn lại trong cốc bằng bao nhiêu gam? (Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).

Câu 6. Một bình cách nhiệt chứa $m_0 = 500\text{ g}$ nước ở $25^\circ\text{C}$. Dùng một điện trở nhiệt công suất $P = 250\text{ W}$ nhúng trong bình. Sau khi đun được 15 phút, người ta ngắt điện và đo lại thì thấy trong bình chỉ còn lại $465\text{ g}$ nước ở $100^\circ\text{C}$. Biết nhiệt lượng cần đun nóng nước từ $25^\circ\text{C}$ lên $100^\circ\text{C}$ và nhiệt lượng hoá hơi nước đều lấy từ điện trở nhiệt. Bỏ qua nhiệt dung của vỏ bình. Tỉ số phần trăm năng lượng nhiệt đã bị hao phí tỏa ra môi trường xung quanh trong suốt 15 phút đun nói trên bằng bao nhiêu phần trăm ($\%$)? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

--------- HẾT ĐỀ SỐ 02 ---------

A. HƯỚNG DẪN CHUNG

- Phần I: Mỗi câu trắc nghiệm đúng được 0,25 điểm.
- Phần II: Thang điểm chuẩn của Bộ: Đúng 1 ý: 0,1 điểm; 2 ý: 0,25 điểm; 3 ý: 0,5 điểm; 4 ý: 1,0 điểm.
- Phần III: Mỗi câu trả lời ngắn đúng được 0,25 điểm.

B. ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM CHI TIẾT

PHẦN I. TRẮC NGHIỆM NHIỀU PHƯƠNG ÁN (4,5 điểm)

Giải thích vắn tắt Phần I:
- Câu 1 (B): Chất rắn vô định hình không có mạng tinh thể xác định, vị trí cân bằng dịch chuyển ngẫu nhiên.
- Câu 2 (C): Nội năng gồm tổng động năng nhiệt (phụ thuộc nhiệt độ) và thế năng tương tác phân tử (phụ thuộc thể tích).
- Câu 3 (A): $\Delta U = Q + A = Q - A'$ (với $A'$ là công sinh).
- Câu 4 (B): $Q = m c_1 \Delta t_1 = m c_2 \Delta t_2$; vì $\Delta t_1 = 2 \Delta t_2 \Rightarrow c_2 = 2 c_1$.
- Câu 5 (C): Nhiệt tự truyền theo nguyên lí II từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
- Câu 6 (B): Thang Fahrenheit: điểm băng là $32^\circ\text{F}$, điểm sôi là $212^\circ\text{F}$.
- Câu 7 (A): $0\text{ K}$ là mốc nhiệt độ lý tưởng mà mọi dao động nhiệt phân tử đều triệt tiêu.
- Câu 8 (B): $L = \dfrac{Q}{m}$ nên đơn vị là $\text{J/kg}$.
- Câu 9 (B): Trong suốt quá trình nóng chảy của chất rắn kết tinh, nhiệt độ không đổi dù vẫn nhận nhiệt.
- Câu 10 (B): $Q = P \cdot t = 1000 \cdot (5 \cdot 60) = 300000\text{ J} = 300\text{ kJ}$.
- Câu 11 (B): Nhiệt độ tăng làm biên độ dao động quanh nút mạng tăng dẫn tới dãn nở nhiệt.
- Câu 12 (B): Công của lực ma sát làm tăng động năng nhiệt của các phân tử $\Rightarrow$ nội năng tăng.
- Câu 13 (A): $Q = m \lambda = 2,0 \cdot 2,5 \cdot 10^4 = 5,0 \cdot 10^4\text{ J}$.
- Câu 14 (A): $m_{\text{Fe}} c_{\text{Fe}} (95 - t) = m_{\text{n}} c_{\text{n}} (t - 20) \Rightarrow 0,3 \cdot 460 \cdot (95 - t) = 0,4 \cdot 4180 \cdot (t - 20) \Rightarrow 138(95 - t) = 1672(t - 20) \Rightarrow 1810 t = 46550 \Rightarrow t \approx 25,7^\circ\text{C}$.
- Câu 15 (B): Khối khí nhận nhiệt $Q = +1500\text{ J}$, sinh công $A' = 900\text{ J} \Rightarrow A = -900\text{ J} \Rightarrow \Delta U = 1500 - 900 = +600\text{ J}$.
- Câu 16 (A): Nhôm có nhiệt dung riêng lớn hơn nhiều nên cùng khối lượng và cùng giảm nhiệt độ sẽ tỏa ra nhiệt lượng lớn hơn sắt $\Rightarrow$ nước ở bình 1 nhận nhiều nhiệt hơn nên nhiệt độ cân bằng cao hơn.
- Câu 17 (A): $Q_{\text{thu}} = 2 \cdot 4180 \cdot 80 = 668800\text{ J}$. Nhiệt lượng dầu cần tỏa: $Q_{\text{toàn phần}} = \dfrac{668800}{0,4} = 1672000\text{ J}$. Khối lượng dầu: $m = \dfrac{1672000}{44 \cdot 10^6} \approx 0,038\text{ kg} = 38\text{ g}$.
- Câu 18 (B): Sương mù là các giọt nước nhỏ li ti lơ lửng; khi nhận nhiệt bức xạ chúng bay hơi thành hơi nước vô hình.

PHẦN II. TRẮC NGHIỆM ĐÚNG SAI (4,0 điểm)

PHẦN III. TRẮC NGHIỆM TRẢ LỜI NGẮN (1,5 điểm)