Bài Tập Nhiệt Lượng Lớp 8 Nâng Cao - Thử Thách Trí Tuệ và Sáng Tạo

Dưới đây là tổng hợp các bài tập nhiệt lượng lớp 8 nâng cao, bao gồm hướng dẫn và lời giải chi tiết. Các bài tập này giúp học sinh nắm vững kiến thức và áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả.

1. Bài tập về Nhiệt Lượng và Phương Trình Cân Bằng Nhiệt

• Cho một miếng đồng có khối lượng m₁ = 0.2 kg, được đốt nóng đến nhiệt độ t₁, thả vào nhiệt lượng kế chứa m₂ = 0.28 kg nước ở nhiệt độ t₂ = 20°C. Nhiệt độ cân bằng nhiệt là t₃ = 80°C. Biết nhiệt dung riêng của đồng và nước lần lượt là c₁ = 400 J/(kg.K) và c₂ = 4200 J/(kg.K). Tính nhiệt lượng trao đổi và nhiệt độ cuối cùng.

• Trộn ba chất lỏng không tác dụng hóa học với nhau. Khối lượng và nhiệt dung riêng lần lượt là: m₁ = 1 kg, c₁ = 2 kJ/kg.độ, t₁ = 6°C; m₂ = 10 kg, c₂ = 4 kJ/kg.độ, t₂ = -40°C; m₃ = 5 kg, c₃ = 2 kJ/kg.độ, t₃ = 60°C. Tính nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp.

2. Ví dụ về Tính Toán Nhiệt Lượng

Các bước giải bài toán nhiệt lượng:

1. Tóm tắt và đổi đơn vị. Thêm chỉ số cho các đại lượng ứng với mỗi vật.
2. Xác định vật thu nhiệt và vật tỏa nhiệt. Viết công thức nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra của mỗi vật.
3. Viết phương trình cân bằng nhiệt: Q_thu = Q_tỏa.
4. Xác định các đại lượng cần tìm dựa vào kết quả từ bước 3. Viết đáp số và ghi rõ đơn vị.

3. Bài Tập Mẫu

4. Các Dạng Bài Tập Khác

• Cấu tạo chất: nguyên tử, phân tử.
• Sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn, lỏng, khí.
• Phương trình cân bằng nhiệt nâng cao.

Các bài tập trên giúp học sinh luyện tập và củng cố kiến thức về nhiệt lượng, phương trình cân bằng nhiệt, áp dụng vào các tình huống thực tế. Các tài liệu học tập này được biên soạn chi tiết và rõ ràng, phù hợp cho học sinh lớp 8.

Dưới đây là một số bài tập về nhiệt lượng dành cho học sinh lớp 8, bao gồm các bước giải chi tiết để giúp các em hiểu rõ và vận dụng tốt kiến thức về nhiệt lượng.

Bài Tập 1: Tính Nhiệt Lượng

Cho một miếng đồng có khối lượng 200g, được đốt nóng đến 100°C rồi thả vào một cốc nước có khối lượng 500g ở nhiệt độ 20°C. Tính nhiệt lượng truyền từ miếng đồng sang nước. Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K và của nước là 4200 J/kg.K.

1. Tóm tắt đề bài và đổi đơn vị nếu cần:
   • Khối lượng đồng: \( m_1 = 0.2 \, kg \)
   • Nhiệt độ ban đầu của đồng: \( t_1 = 100^\circ C \)
   • Khối lượng nước: \( m_2 = 0.5 \, kg \)
   • Nhiệt độ ban đầu của nước: \( t_2 = 20^\circ C \)
   • Nhiệt dung riêng của đồng: \( c_1 = 380 \, J/kg.K \)
   • Nhiệt dung riêng của nước: \( c_2 = 4200 \, J/kg.K \)
2. Xác định vật thu nhiệt và vật tỏa nhiệt:

   Đồng tỏa nhiệt và nước thu nhiệt.

3. Viết công thức tính nhiệt lượng:

   Nhiệt lượng đồng tỏa ra: \( Q_1 = m_1 \cdot c_1 \cdot \Delta t_1 \)

   Trong đó: \( \Delta t_1 = t_1 - t_{cuối} \)

   Nhiệt lượng nước thu vào: \( Q_2 = m_2 \cdot c_2 \cdot \Delta t_2 \)

   Trong đó: \( \Delta t_2 = t_{cuối} - t_2 \)

4. Viết phương trình cân bằng nhiệt:

   \( Q_1 = Q_2 \)

   \( m_1 \cdot c_1 \cdot (t_1 - t_{cuối}) = m_2 \cdot c_2 \cdot (t_{cuối} - t_2) \)

5. Giải phương trình tìm nhiệt độ cuối cùng \( t_{cuối} \):

   \( 0.2 \cdot 380 \cdot (100 - t_{cuối}) = 0.5 \cdot 4200 \cdot (t_{cuối} - 20) \)

   Giải phương trình ta được: \( t_{cuối} \approx 24.38^\circ C \)

6. Tính nhiệt lượng trao đổi:

   \( Q_1 = 0.2 \cdot 380 \cdot (100 - 24.38) \approx 5744.8 \, J \)

   Vậy nhiệt lượng truyền từ miếng đồng sang nước là khoảng 5744.8 J.

Bài Tập 2: Phương Trình Cân Bằng Nhiệt

Người ta thả một miếng nhôm có khối lượng 0.3kg vào 400g nước. Miếng nhôm nguội đi từ 75°C xuống 25°C. Hỏi nước nhận được một nhiệt lượng bằng bao nhiêu và nóng lên thêm bao nhiêu độ? Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 880 J/kg.K và của nước là 4200 J/kg.K.

1. Tóm tắt đề bài và đổi đơn vị nếu cần:
   • Khối lượng nhôm: \( m_1 = 0.3 \, kg \)
   • Nhiệt độ ban đầu của nhôm: \( t_1 = 75^\circ C \)
   • Khối lượng nước: \( m_2 = 0.4 \, kg \)
   • Nhiệt độ ban đầu của nước: \( t_2 = 25^\circ C \)
   • Nhiệt dung riêng của nhôm: \( c_1 = 880 \, J/kg.K \)
   • Nhiệt dung riêng của nước: \( c_2 = 4200 \, J/kg.K \)
2. Xác định vật thu nhiệt và vật tỏa nhiệt:

   Nhôm tỏa nhiệt và nước thu nhiệt.

3. Viết công thức tính nhiệt lượng:

   Nhiệt lượng nhôm tỏa ra: \( Q_1 = m_1 \cdot c_1 \cdot \Delta t_1 \)

   Trong đó: \( \Delta t_1 = t_1 - t_{cuối} \)

   Nhiệt lượng nước thu vào: \( Q_2 = m_2 \cdot c_2 \cdot \Delta t_2 \)

   Trong đó: \( \Delta t_2 = t_{cuối} - t_2 \)

4. Viết phương trình cân bằng nhiệt:

   \( Q_1 = Q_2 \)

   \( m_1 \cdot c_1 \cdot (t_1 - t_{cuối}) = m_2 \cdot c_2 \cdot (t_{cuối} - t_2) \)

5. Giải phương trình tìm nhiệt độ cuối cùng \( t_{cuối} \):

   \( 0.3 \cdot 880 \cdot (75 - t_{cuối}) = 0.4 \cdot 4200 \cdot (t_{cuối} - 25) \)

   Giải phương trình ta được: \( t_{cuối} \approx 28.45^\circ C \)

6. Tính nhiệt lượng trao đổi:

   \( Q_1 = 0.3 \cdot 880 \cdot (75 - 28.45) \approx 12478.8 \, J \)

   Vậy nhiệt lượng mà nước thu vào là khoảng 12478.8 J.

   Nước nóng lên thêm: \( \Delta t_2 = t_{cuối} - t_2 = 28.45 - 25 \approx 3.45^\circ C \)

Giải các bài toán về nhiệt lượng yêu cầu sự hiểu biết về các khái niệm cơ bản và các bước giải chi tiết. Dưới đây là các bước cụ thể để giải một bài toán về nhiệt lượng.

Bước 1: Tóm tắt đề bài và đổi đơn vị

Đầu tiên, cần tóm tắt các dữ kiện từ đề bài và chuyển đổi các đơn vị về cùng một hệ, nếu cần.

Bước 2: Xác định nhiệt lượng thu vào và nhiệt lượng tỏa ra

Xác định vật nào thu nhiệt và vật nào tỏa nhiệt dựa vào nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng. Sau đó, viết công thức tính nhiệt lượng thu vào và tỏa ra của mỗi vật:

• Nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra: \( Q = mc\Delta t \)
• Trong đó:
  • \( Q \): Nhiệt lượng (J)
  • \( m \): Khối lượng (kg)
  • \( c \): Nhiệt dung riêng (J/kg.K)
  • \( \Delta t \): Độ biến thiên nhiệt độ (°C hoặc K)

Bước 3: Lập phương trình cân bằng nhiệt

Sử dụng phương trình cân bằng nhiệt để liên kết nhiệt lượng thu vào và tỏa ra:

\( Q_{\text{thu}} = Q_{\text{tỏa}} \)

Viết phương trình cho từng vật và giải hệ phương trình để tìm ra các đại lượng cần thiết.

Bước 4: Tính toán và viết đáp số

Thực hiện các phép tính để tìm ra giá trị của các đại lượng cần tìm. Sau đó, viết đáp số và đảm bảo đơn vị chính xác.

Ví dụ minh họa

Người ta thả một miếng đồng khối lượng 0,2 kg đã được đốt nóng đến nhiệt độ \( t_1 \) vào một nhiệt lượng kế chứa 0,28 kg nước ở nhiệt độ 20°C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là 80°C. Tính nhiệt độ ban đầu của đồng:

1. Tóm tắt và đổi đơn vị:
   • Khối lượng nước: \( m_2 = 0,28 \) kg
   • Nhiệt độ nước ban đầu: \( t_2 = 20°C \)
   • Nhiệt dung riêng của nước: \( c_2 = 4200 \) J/kg.K
   • Khối lượng đồng: \( m_1 = 0,2 \) kg
   • Nhiệt dung riêng của đồng: \( c_1 = 400 \) J/kg.K
   • Nhiệt độ cân bằng: \( t_3 = 80°C \)
2. Xác định nhiệt lượng thu vào và tỏa ra:
   • Nhiệt lượng nước thu vào: \( Q_2 = m_2 c_2 (t_3 - t_2) \)
   • Nhiệt lượng đồng tỏa ra: \( Q_1 = m_1 c_1 (t_1 - t_3) \)
3. Lập phương trình cân bằng nhiệt: \( Q_1 = Q_2 \)
4. Giải phương trình để tìm \( t_1 \):
   • \( 0,2 \cdot 400 \cdot (t_1 - 80) = 0,28 \cdot 4200 \cdot (80 - 20) \)
   • \( 80(t_1 - 80) = 117600 \)
   • \( t_1 = 1540°C \)

Dưới đây là một số bài tập mẫu giúp các em học sinh hiểu rõ hơn về nhiệt lượng và cách tính toán nhiệt lượng trong các tình huống thực tế.

1. Nhiệt Lượng Nung Nóng Thanh Đồng

Giả sử có một thanh đồng có khối lượng 2 kg được nung nóng từ nhiệt độ ban đầu 25°C đến 100°C. Biết nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K.

Hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng thanh đồng này.

Giải:

• Khối lượng thanh đồng: \( m = 2 \, kg \)
• Độ tăng nhiệt độ: \( \Delta T = 100°C - 25°C = 75°C \)
• Nhiệt dung riêng của đồng: \( c = 380 \, J/kg.K \)
• Nhiệt lượng cần cung cấp: \( Q = mc\Delta T = 2 \times 380 \times 75 = 57,000 \, J \)

2. Nhiệt Lượng Nước Thu Vào

Một ấm nước có khối lượng 0.5 kg được đun từ 20°C lên 100°C. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4,180 J/kg.K. Tính nhiệt lượng mà nước thu vào.

Giải:

• Khối lượng nước: \( m = 0.5 \, kg \)
• Độ tăng nhiệt độ: \( \Delta T = 100°C - 20°C = 80°C \)
• Nhiệt dung riêng của nước: \( c = 4,180 \, J/kg.K \)
• Nhiệt lượng thu vào: \( Q = mc\Delta T = 0.5 \times 4180 \times 80 = 167,200 \, J \)

3. Tính Nhiệt Lượng Khi Đun Nóng Nước

Cho một ấm nhôm chứa 2 kg nước đang ở nhiệt độ 20°C. Để đun nóng nước lên 100°C, cần bao nhiêu nhiệt lượng nếu nhiệt dung riêng của nhôm là 900 J/kg.K và của nước là 4,180 J/kg.K?

Giải:

• Khối lượng nước: \( m_1 = 2 \, kg \)
• Khối lượng ấm nhôm: \( m_2 = 0.5 \, kg \) (giả sử)
• Độ tăng nhiệt độ: \( \Delta T = 100°C - 20°C = 80°C \)
• Nhiệt lượng nước cần thu: \( Q_1 = m_1c_1\Delta T = 2 \times 4180 \times 80 = 668,800 \, J \)
• Nhiệt lượng nhôm cần thu: \( Q_2 = m_2c_2\Delta T = 0.5 \times 900 \times 80 = 36,000 \, J \)
• Tổng nhiệt lượng cần cung cấp: \( Q = Q_1 + Q_2 = 668,800 + 36,000 = 704,800 \, J \)

Dưới đây là một số dạng bài tập nâng cao liên quan đến phần nhiệt lượng trong chương trình Vật lí lớp 8. Các dạng bài tập này giúp học sinh nắm vững kiến thức lý thuyết và ứng dụng trong các tình huống cụ thể.

• Dạng 1: Tính nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra
  1. Xác định các thông số cần thiết như khối lượng, nhiệt độ, nhiệt dung riêng.
  2. Áp dụng công thức tính nhiệt lượng \(Q = mc\Delta t\) để tìm ra giá trị nhiệt lượng.
  3. Ví dụ: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 1kg nước từ 20°C lên 100°C.
• Dạng 2: Phương trình cân bằng nhiệt
  1. Xác định vật nào thu nhiệt, vật nào tỏa nhiệt.
  2. Viết phương trình cân bằng nhiệt \(Q_{thu} = Q_{toả}\).
  3. Giải phương trình để tìm nhiệt lượng hoặc nhiệt độ còn thiếu.
  4. Ví dụ: Tìm nhiệt độ cuối cùng khi trộn 2 lít nước ở 80°C với 3 lít nước ở 20°C.
• Dạng 3: Các bài toán về sự nóng chảy và đông đặc
  1. Tìm hiểu các khái niệm về nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặc.
  2. Áp dụng công thức \(Q = m\lambda\) cho các bài toán liên quan đến sự chuyển thể của chất.
  3. Ví dụ: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm tan 500g nước đá ở 0°C thành nước ở 0°C.
• Dạng 4: Bài toán về sự bay hơi và ngưng tụ
  1. Phân tích hiện tượng bay hơi và ngưng tụ trong thực tế.
  2. Sử dụng công thức \(Q = mL\) để tính nhiệt lượng trong quá trình bay hơi hoặc ngưng tụ.
  3. Ví dụ: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 2kg nước ở 100°C.