Đề ôn tập Vật lí số 17: Nhiệt lượng và chuyển thể của nước

Đề tự biên soạn, không phải đề thi chính thức. Một ấm cách nhiệt lí tưởng ở áp suất khí quyển nhận nhiệt để đun 0,50 kg nước từ 20°C đến 100°C, sau đó làm hóa hơi 0,10 kg nước ở 100°C. Dùng c_nước=4 200 J/(kg·°C), L_{hóa hơi}=2,26×10⁶ J/kg. Bỏ qua nhiệt dung của ấm và thất thoát. Nếu tính thời gian, công suất nhiệt hữu ích không đổi là 1,00 kW.

Dùng Q=mcΔT khi nhiệt độ đổi trong cùng pha; Q=mL khi chuyển pha ở nhiệt độ không đổi.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Nhiệt lượng làm nóng nước từ 20°C đến 100°C được tính bằng: A. mcΔT; B. mL; C. P/t; D. mc/T.
2. Câu 2. Độ tăng nhiệt độ của nước là: A. 20°C; B. 80°C; C. 100°C; D. 120°C.
3. Câu 3. Nhiệt lượng làm nóng 0,50 kg nước là: A. 42 kJ; B. 84 kJ; C. 168 kJ; D. 336 kJ.
4. Câu 4. Nhiệt lượng hóa hơi 0,10 kg nước ở 100°C là: A. 22,6 kJ; B. 100 kJ; C. 2 260 kJ; D. 226 kJ.
5. Câu 5. Tổng nhiệt lượng lí tưởng cho cả hai giai đoạn là: A. 394 kJ; B. 226 kJ; C. 168 kJ; D. 2 428 kJ.
6. Câu 6. Với công suất nhiệt hữu ích 1,00 kW, thời gian lí tưởng cho hai giai đoạn gần bằng: A. 6,57 s; B. 394 phút; C. 0,394 s; D. 394 s.
7. Câu 7. 394 s gần bằng: A. 3,94 phút; B. 6,57 phút; C. 39,4 phút; D. 65,7 phút.
8. Câu 8. Khi nước tinh khiết sôi ở áp suất không đổi, trong lúc hóa hơi: A. nhiệt độ nhất thiết tăng liên tục; B. nhiệt độ giảm về 0°C; C. nhiệt độ giữ gần như không đổi cho đến khi giai đoạn hóa hơi hoàn tất; D. không cần truyền năng lượng.
9. Câu 9. Phát biểu nào phân biệt đúng hai đại lượng ghi trên thiết bị điện? A. kW đo công suất, còn kWh đo điện năng; B. kW và kWh đều là đơn vị công suất; C. kW đo điện năng, còn kWh đo cường độ dòng điện; D. kW đo hiệu điện thế, còn kWh đo điện trở.
10. Câu 10. Nếu khối lượng nước được đun nóng tăng gấp đôi, còn c và ΔT giữ nguyên, nhiệt lượng làm nóng: A. giảm một nửa; B. tăng gấp đôi; C. không đổi; D. tăng gấp bốn.
11. Câu 11. Một mẫu 2,0 kg nhận 800 J nhiệt và tăng nhiệt độ 1,0°C. Nhiệt dung riêng của mẫu là: A. 200 J/(kg·°C); B. 400 J/(kg·°C); C. 800 J/(kg·°C); D. 1 600 J/(kg·°C).
12. Câu 12. Trong giai đoạn hóa hơi, năng lượng chủ yếu dùng để: A. tăng nhiệt độ chất lỏng; B. làm giảm khối lượng riêng của mọi vật; C. đổi khối lượng thành nhiệt độ; D. chuyển pha, không làm nhiệt độ tăng trong mô hình cân bằng.
13. Câu 13. Nếu lượng nước hóa hơi tăng từ 0,10 kg lên 0,20 kg, nhiệt lượng hóa hơi: A. tăng gấp đôi; B. giảm một nửa; C. không đổi; D. tăng gấp bốn.
14. Câu 14. Nếu công suất hữu ích tăng gấp đôi mà tổng nhiệt lượng không đổi, thời gian lí tưởng: A. tăng gấp đôi; B. giảm một nửa; C. không đổi; D. bằng không.
15. Câu 15. Nhiệt độ sôi của nước phụ thuộc đáng kể vào: A. màu của ấm; B. hình dạng tay cầm; C. áp suất môi trường; D. khối lượng riêng của kim loại làm ấm.
16. Câu 16. Tổng nhiệt lượng tính theo dữ kiện, đổi sang J, là: A. 39 400 J; B. 168 000 J; C. 226 000 J; D. 394 000 J.
17. Câu 17. Khi có thất thoát nhiệt nhưng công suất điện không đổi, thời gian thực tế thường: A. dài hơn thời gian lí tưởng; B. ngắn hơn; C. bằng 0; D. không phụ thuộc thất thoát.
18. Câu 18. Cách làm bài nhiều giai đoạn phù hợp là: A. cộng khối lượng với nhiệt độ; B. xác định riêng từng giai đoạn rồi cộng nhiệt lượng; C. dùng mL cho mọi giai đoạn; D. bỏ qua chuyển pha.

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Làm nóng nước

1. ΔT=80°C.
2. Nhiệt dung của mẫu nước 0,50 kg trong đề là 2,10 kJ/°C.
3. Trong công thức Q=mcΔT, phải dùng khối lượng và nhiệt dung riêng cùng hệ đơn vị.
4. Đổi cả nhiệt độ đầu và cuối từ °C sang K sẽ làm độ chênh nhiệt độ tăng 273 độ.

Câu 2. Nhiệt hóa hơi

1. Theo dữ kiện, nhiệt lượng hóa hơi 0,10 kg nước lớn hơn nhiệt lượng làm nóng 0,50 kg nước từ 20°C lên 100°C.
2. Với cùng khối lượng nước hóa hơi, nhiệt lượng chuyển pha trong đề không phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của nước trước khi đun sôi.
3. Nhiệt lượng hóa hơi tỉ lệ với khối lượng được hóa hơi nếu L không đổi.
4. Nhiệt hóa hơi làm nhiệt độ chất lỏng tăng liên tục trong khi chuyển pha.

Câu 3. Cân bằng năng lượng và công suất

1. Nhiệt lượng làm nóng chiếm ít hơn một nửa tổng nhiệt lượng hai giai đoạn.
2. 1 kW bằng 1 000 J/s.
3. Ở công suất hữu ích 1,00 kW, riêng giai đoạn hóa hơi 0,10 kg nước cần 226 s trong mô hình lí tưởng.
4. Thất thoát nhiệt làm thời gian thực tế nhất thiết ngắn hơn.

Câu 4. Giả thiết

1. Nhiệt độ sôi phụ thuộc áp suất.
2. Đề giả sử áp suất khí quyển và bỏ qua nhiệt dung ấm.
3. Giá trị L là đại lượng không thứ nguyên.
4. Trong tính toán, nhiệt lượng của từng quá trình được xác định bằng công thức phù hợp với quá trình đó.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tính độ tăng nhiệt độ khi 0,25 kg nước được đun từ 15°C đến 65°C (°C).
2. Câu 2: Tính nhiệt lượng cần để đun 0,25 kg nước từ 15°C đến 65°C (kJ).
3. Câu 3: Nếu truyền nhiệt lượng ở câu 2 trong 70 s, tính công suất nhiệt hữu ích trung bình (W).
4. Câu 4: Tính nhiệt lượng để hóa hơi 0,080 kg nước ở nhiệt độ sôi (kJ).
5. Câu 5: Tính tổng nhiệt lượng để đun 0,30 kg nước từ 25°C đến 100°C rồi hóa hơi 0,050 kg nước (kJ).
6. Câu 6: Một thiết bị truyền nhiệt vào nước với hiệu suất 80%. Để nước nhận 90,4 kJ nhiệt hữu ích, cần điện năng đầu vào bao nhiêu (kJ)?

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. A. Nhiệt độ đổi nhưng pha vẫn là lỏng, nên dùng Q=mcΔT.
2. Câu 2. B. Lấy nhiệt độ cuối trừ đầu: ΔT=100−20=80°C.
3. Câu 3. C. Q=0,50×4 200×80=168 000 J=168 kJ.
4. Câu 4. D. Q=mL=0,10×2,26×10⁶=226 000 J=226 kJ.
5. Câu 5. A. Cộng nhiệt lượng làm nóng và hóa hơi: 168+226=394 kJ.
6. Câu 6. D. 1,00 kW=1 000 J/s; t=394 000/1 000=394 s.
7. Câu 7. B. Đổi giây sang phút: 394/60≈6,57 phút.
8. Câu 8. C. Trong chuyển pha cân bằng ở áp suất không đổi, nhiệt trao đổi làm chuyển thể thay vì làm tăng nhiệt độ.
9. Câu 9. A. Kilowatt (kW) là đơn vị công suất; kilowatt-giờ (kWh) là đơn vị năng lượng vì công suất nhân thời gian cho điện năng.
10. Câu 10. B. Q=mcΔT; khi m tăng gấp đôi còn các đại lượng khác giữ nguyên, Q cũng tăng gấp đôi.
11. Câu 11. B. Từ Q=mcΔT, c=800/(2,0×1,0)=400 J/(kg·°C).
12. Câu 12. D. Nhiệt ẩn cung cấp năng lượng cho chuyển pha; theo giả thiết cân bằng, nhiệt độ không tăng trong lúc chuyển pha.
13. Câu 13. A. Q=mL; gấp đôi khối lượng hóa hơi làm Q gấp đôi nếu L giữ nguyên.
14. Câu 14. B. Với Q không đổi, t=Q/P nên công suất gấp đôi làm thời gian giảm một nửa.
15. Câu 15. C. Nhiệt độ sôi thay đổi theo áp suất; các yếu tố hình dạng tay cầm hay màu không quyết định trực tiếp nó.
16. Câu 16. D. 394 kJ=394×1 000 J=394 000 J.
17. Câu 17. A. Chỉ một phần công suất điện có ích để đun nước khi có thất thoát, nên thường cần thời gian dài hơn.
18. Câu 18. B. Tách giai đoạn đổi nhiệt độ và chuyển pha giúp chọn Q=mcΔT hoặc Q=mL phù hợp rồi cộng.

Phần II

1. Câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Độ chênh Celsius bằng độ chênh kelvin; cộng 273 vào cả hai đầu không đổi ΔT.
2. Câu 2: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. a) Q_{hóa hơi}=226 kJ còn Q_{làm nóng}=168 kJ nên so sánh đúng. b) Q chuyển pha=mL; với cùng khối lượng và L, nhiệt ẩn không đổi dù nước ban đầu cần được đun từ nhiệt độ nào, còn phần nhiệt làm nóng là một giai đoạn riêng. c) Q=mL nên tỉ lệ thuận với khối lượng nếu L cố định. d) Nhiệt hóa hơi dùng cho chuyển pha chứ không làm nhiệt độ tăng liên tục.
3. Câu 3: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. a) Tỉ lệ nhiệt làm nóng trên tổng là 168/394≈0,426, nhỏ hơn một nửa. b) 1 kW=1000 J/s. c) Riêng hóa hơi cần 226000/1000=226 s. d) Thất thoát làm giảm công suất hữu ích nên thời gian thường tăng.
4. Câu 4: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. L có đơn vị J/kg; áp suất và bỏ qua nhiệt dung ấm là các giả thiết của đề.

Phần III

1. Câu 1: ΔT=65−15=50°C.
2. Câu 2: Q=mcΔT=0,25×4 200×50=52 500 J=52,5 kJ.
3. Câu 3: P=Q/t=52 500/70=750 W.
4. Câu 4: Q=mL=0,080×2,26×10⁶=180 800 J=180,8 kJ.
5. Câu 5: Q_đun=0,30×4 200×75=94,5 kJ; Q_{hóa hơi}=0,050×2,26×10⁶=113 kJ. Tổng Q=207,5 kJ.
6. Câu 6: Hiệu suất η=Q_{hữu ích}/E_{đầu vào}; do đó E_{đầu vào}=90,4/0,80=113 kJ.

Tài liệu tham chiếu và phạm vi kiểm chứng

• OpenStax, College Physics, 14.2: Temperature Change and Heat Capacity — Q=mcΔT.
• OpenStax, 14.3: Phase Change and Latent Heat — Q=mL và nhiệt độ không đổi trong pha chuyển tiếp cân bằng.
• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT từ năm 2025 — dạng thức câu hỏi.
• OpenStax College Physics 2e §7.6: efficiency as useful energy output divided by total energy input.

Nhiệt lượng từng giai đoạn, tổng năng lượng và thời gian lí tưởng đã được tính riêng; mô hình bỏ qua nhiệt dung ấm và thất thoát. Đề còn chờ giáo viên Vật lí thẩm định độc lập.