Đề ôn tập Vật lí số 06: Nhiệt học và khí lí tưởng

Đề tự biên soạn. Dùng 273 để đổi °C sang K; với nước lấy c=4,2 J/(g·°C); nhiệt nóng chảy riêng của nước đá L=334 kJ/kg. Trong các bài khí, dùng R=8,31 J/(mol·K), coi khí lí tưởng và đổi thể tích sang m³ khi tính áp suất.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Nhiệt độ 27°C gần bằng bao nhiêu kelvin? A. 246 K; B. 300 K; C. 273 K; D. 310 K.
2. Câu 2. Truyền nhiệt làm 200 g nước tăng từ 20°C lên 30°C. Bỏ qua thất thoát, nhiệt lượng nước nhận là: A. 840 J; B. 4 200 J; C. 8 400 J; D. 84 000 J.
3. Câu 3. Cần nhiệt lượng bao nhiêu để làm tan hoàn toàn 0,50 kg nước đá ở đúng nhiệt độ nóng chảy, biết L=334 kJ/kg? A. 16,7 kJ; B. 83,5 kJ; C. 334 kJ; D. 167 kJ.
4. Câu 4. Hai mẫu khí He và N₂ có cùng nhiệt độ. So sánh nào đúng về tốc độ căn phương trung bình (rms) của phân tử? A. Phân tử He có tốc độ rms lớn hơn vì khối lượng mỗi phân tử nhỏ hơn. B. Phân tử N₂ có động năng tịnh tiến trung bình lớn hơn vì phân tử nặng hơn. C. Phân tử He có động năng tịnh tiến trung bình nhỏ hơn. D. Hai khí có tốc độ rms bằng nhau vì cùng nhiệt độ.
5. Câu 5. Một lượng khí xác định được nén đẳng nhiệt, áp suất tăng gấp đôi. Thể tích khí sau nén bằng: A. gấp đôi ban đầu; B. bốn lần ban đầu; C. một nửa ban đầu; D. không đổi.
6. Câu 6. Khi đặt vật nóng tiếp xúc với vật lạnh trong hệ không cách nhiệt, năng lượng nhiệt tự truyền ròng: A. từ vật lạnh sang vật nóng; B. theo hướng tùy khối lượng riêng; C. không truyền; D. từ vật nóng sang vật lạnh.
7. Câu 7. Hai vật đạt cân bằng nhiệt khi: A. nhiệt độ bằng nhau và không có truyền nhiệt ròng giữa chúng; B. khối lượng bằng nhau; C. thể tích bằng nhau; D. cả hai đều ở 0°C.
8. Câu 8. Đơn vị SI của nhiệt dung riêng là: A. J/K; B. J/(kg·K); C. W/m; D. kg·K/J.
9. Câu 9. Một mol khí lí tưởng ở 300 K chiếm thể tích 0,02493 m³. Áp suất gần bằng: A. 1,0 kPa; B. 10 kPa; C. 100 kPa; D. 1 000 kPa.
10. Câu 10. Với một lượng khí lí tưởng xác định, nội năng phụ thuộc chủ yếu vào: A. màu sắc bình chứa; B. vị trí đặt bình; C. hình dạng bình; D. nhiệt độ tuyệt đối của khí.
11. Câu 11. Một lượng khí lí tưởng biến đổi đẳng nhiệt. Độ biến thiên nội năng của khí bằng: A. 0; B. nhiệt lượng luôn dương; C. công luôn dương; D. áp suất ban đầu.
12. Câu 12. Nhiệt truyền dọc theo một thanh kim loại đang nóng chủ yếu bằng: A. đối lưu; B. dẫn nhiệt; C. bay hơi; D. phản xạ âm.
13. Câu 13. Nước được đun nóng trong nồi có dòng nước nóng đi lên và nước lạnh đi xuống. Hình thức truyền nhiệt chính trong khối nước là: A. dẫn nhiệt thuần túy; B. bức xạ; C. đối lưu; D. phản xạ.
14. Câu 14. Bức xạ nhiệt có thể truyền qua chân không vì: A. chân không luôn chứa không khí; B. các phân tử chân không dao động; C. cần có dòng chất lỏng; D. không cần môi trường vật chất.
15. Câu 15. Với cùng khối lượng và cùng nhiệt lượng truyền vào, mẫu vật có nhiệt dung riêng lớn hơn sẽ có độ tăng nhiệt độ: A. lớn hơn; B. nhỏ hơn; C. bằng nhau; D. luôn bằng 273°C.
16. Câu 16. Độ tăng nhiệt độ 10°C có độ lớn bằng độ tăng: A. 0 K; B. 10 K; C. 283 K; D. 273 K.
17. Câu 17. Không độ tuyệt đối bằng: A. 0°C; B. 273 K; C. 0 K; D. 100 K.
18. Câu 18. Trong nhiệt học, “nhiệt” được hiểu là: A. năng lượng đang truyền giữa các vật do chênh lệch nhiệt độ; B. chất lỏng luôn chứa trong vật nóng; C. tổng khối lượng vật; D. một đại lượng chỉ phụ thuộc màu sắc.

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Nhiệt độ và nhiệt lượng

1. Đổi nhiệt độ Celsius sang Kelvin cần cộng xấp xỉ 273.
2. Nhiệt lượng làm vật tăng nhiệt độ có thể tính Q=mcΔT khi không có chuyển thể và không thất thoát đáng kể.
3. Độ tăng 1°C bằng độ tăng 1 K.
4. Trong quá trình nóng chảy ở áp suất xác định, chất tinh khiết luôn tăng nhiệt độ liên tục dù đang chuyển thể.

Câu 2. Khí lí tưởng

1. Phương trình khí lí tưởng có dạng pV=nRT, với T tính theo kelvin.
2. Với lượng khí cố định và thể tích không đổi, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
3. Trong quá trình đẳng nhiệt của khí lí tưởng, tích pV của lượng khí xác định thay đổi tùy ý.
4. Ở nhiệt độ không đổi, tăng áp suất của một lượng khí xác định thì thể tích của nó giảm theo định luật Boyle.

Câu 3. Truyền nhiệt

1. Dẫn nhiệt là phương thức truyền năng lượng nhiệt không đòi hỏi toàn khối vật chất phải chuyển động từ nơi này sang nơi khác.
2. Đối lưu chỉ xảy ra trong chất lưu có thể chuyển động khối.
3. Bức xạ nhiệt cần không khí làm môi trường truyền bắt buộc.
4. Nhiệt truyền ròng tự phát từ nơi nóng hơn sang nơi lạnh hơn khi hai nơi có thể trao đổi nhiệt.

Câu 4. Bảng khí trong bình

Một lượng khí lí tưởng cố định được giữ trong bình cứng. Khi nhiệt độ tăng từ 300 K lên 450 K, áp suất ban đầu là 100 kPa.

1. Thể tích bình không đổi.
2. Áp suất cuối là 150 kPa.
3. Nhiệt độ Celsius của trạng thái cuối là 450°C.
4. Tỉ số áp suất cuối trên áp suất đầu là 1,5.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tính nhiệt lượng cần để đun nóng 250 g nước thêm 8°C, lấy c=4,2 J/(g·°C), bỏ qua thất thoát.
2. Câu 2: Trong bình cách nhiệt, trộn 100 g nước ở 20°C với 50,0 g nước đá ở 0°C. Bỏ qua nhiệt dung bình và thất thoát; cho c_nước=4,2 J/(g·°C), L=334 kJ/kg. Tính khối lượng nước đá còn lại sau khi cân bằng nhiệt, đơn vị g.
3. Câu 3: Một mol khí lí tưởng có thể tích 0,02493 m³ ở 300 K. Khí được đun ở áp suất không đổi đến 450 K. Tính thể tích cuối (m³), làm tròn 4 chữ số có nghĩa.
4. Câu 4: Bình kín thể tích không đổi chứa khí ở 100 kPa, 300 K. Tính áp suất khi nhiệt độ đạt 360 K (kPa).
5. Câu 5: Một thanh nhôm dài 0,5 m có hai đầu chênh nhiệt độ 20 K. Tính độ chênh nhiệt độ hai đầu theo °C.
6. Câu 6: Một thiết bị nhận 12 kJ nhiệt và thực hiện 5 kJ công lên môi trường. Theo quy ước ΔU=Q−W, tính độ biến thiên nội năng (kJ).

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. B. T(K)=t(°C)+273=27+273=300 K.
2. Câu 2. C. Q=mcΔT=200×4,2×10=8 400 J.
3. Câu 3. D. Q=mL=0,50×334=167 kJ; trong khi đang nóng chảy, nhiệt độ không đổi.
4. Câu 4. A. Ở cùng nhiệt độ, mỗi phân tử khí có động năng tịnh tiến trung bình bằng 3kT/2. Tốc độ rms là √(3kT/m); phân tử He nhẹ hơn N₂ nên chuyển động rms nhanh hơn. Với khối lượng mol gần 4 và 28 g/mol, tỉ số tốc độ xấp xỉ √7.
5. Câu 5. C. Đẳng nhiệt có pV không đổi; áp suất gấp đôi kéo theo thể tích còn một nửa.
6. Câu 6. D. Năng lượng nhiệt truyền ròng tự phát từ vật có nhiệt độ cao sang vật lạnh hơn.
7. Câu 7. A. Cân bằng nhiệt có cùng nhiệt độ nên không còn truyền nhiệt ròng giữa hai vật.
8. Câu 8. B. Nhiệt dung riêng cho biết nhiệt lượng trên một đơn vị khối lượng ứng với mỗi kelvin tăng nhiệt độ.
9. Câu 9. C. p=nRT/V=1×8,31×300/0,02493≈100 000 Pa=100 kPa.
10. Câu 10. D. Mô hình khí lí tưởng cho nội năng phụ thuộc động năng vi mô, mà động năng trung bình phụ thuộc nhiệt độ tuyệt đối.
11. Câu 11. A. Với khí lí tưởng, nội năng phụ thuộc nhiệt độ; đẳng nhiệt nên ΔU=0.
12. Câu 12. B. Trong thanh rắn, năng lượng truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh chủ yếu qua dẫn nhiệt.
13. Câu 13. C. Dòng khối chất lỏng chuyển động mang nhiệt là đối lưu.
14. Câu 14. D. Bức xạ điện từ có thể truyền năng lượng trong chân không, không cần hạt vật chất làm môi trường.
15. Câu 15. B. Từ Q=mcΔT suy ra ΔT=Q/(mc); với cùng Q và m, nhiệt dung riêng c lớn hơn cho độ tăng nhiệt độ nhỏ hơn.
16. Câu 16. B. Hai thang có cùng độ lớn cho khoảng nhiệt độ: ΔT(K)=Δt(°C); chỉ mốc 0 khác nhau.
17. Câu 17. C. Không độ tuyệt đối là 0 K, tương ứng xấp xỉ −273°C.
18. Câu 18. A. Nhiệt là năng lượng được truyền do chênh lệch nhiệt độ, không phải một chất chứa sẵn trong vật.

Phần II

1. Câu 1. a Đúng; b Đúng; c Đúng; d Sai. Trong chuyển thể của chất tinh khiết, nhiệt độ giữ không đổi trong điều kiện cân bằng ở áp suất cố định.
2. Câu 2. a Đúng; b Đúng; c Sai; d Đúng. Với lượng khí và nhiệt độ cố định, pV không đổi; nếu p tăng thì V giảm.
3. Câu 3. a Đúng; b Đúng; c Sai; d Đúng. Bức xạ truyền được trong chân không; dẫn nhiệt không đòi hỏi dòng chuyển động khối.
4. Câu 4. a Đúng; b Đúng; c Sai; d Đúng. p₂/p₁=T₂/T₁=450/300=1,5; 450 K tương ứng khoảng 177°C, không phải 450°C.

Phần III

1. Câu 1: Q=250×4,2×8=8 400 J.
2. Câu 2: Khoảng 24,9 g. Nước 100 g nguội từ 20°C xuống 0°C tỏa Q=mcΔT=100×4,2×20=8 400 J=8,40 kJ. Nhiệt này làm tan m=Q/L=8,40/334=0,02515 kg≈25,1 g nước đá. Vậy còn khoảng 50,0−25,1=24,9 g đá; do vẫn còn đá, trạng thái cân bằng ở 0°C. Cách cân bằng nhiệt và nhiệt nóng chảy phù hợp với OpenStax College Physics for AP Courses 2e, §14.3.
3. Câu 3: Ở áp suất không đổi, V/T không đổi; V₂=0,02493×450/300=0,037395≈0,03740 m³ (4 chữ số có nghĩa).
4. Câu 4: p₂=100×360/300=120 kPa.
5. Câu 5: Chênh lệch 20 K có độ lớn bằng 20°C.
6. Câu 6: ΔU=Q−W=12−5=7 kJ.

Nguồn tham khảo

• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc định dạng đề thi từ năm 2025.
• OpenStax Physics: nhiệt lượng và nhiệt dung riêng.
• OpenStax Physics: phương trình khí lí tưởng.
• OpenStax College Physics 2e §13.4: nhiệt độ xác định động năng tịnh tiến trung bình; tốc độ rms giảm theo căn bậc hai khối lượng phân tử.

Các phép tính nhiệt lượng, tỉ lệ áp suất, chuyển đổi nhiệt độ và phương trình khí đã được kiểm tra lại. Đề chờ giáo viên Vật lí thẩm định.