Bài 2. Thang nhiệt độ trang 10, 11, 12 SBT Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Trắc nghiệm 2.1

Một hệ gồm hai vật, mỗi vật có nhiệt độ 30 °C. Nhiệt độ của hệ là

A. 10 °C.

B. 20 °C.

C. 30 °C.

D. 60 °C.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Một hệ gồm hai vật, mỗi vật có nhiệt độ 30 °C. Nhiệt độ của hệ là 30 °C.

Đáp án: C

Trắc nghiệm 2.2

Một vật có nhiệt độ theo thang Celsius là 0 °C. Nhiệt độ của vật theo thang Kelvin (làm tròn) là

A. 0 K.

B. 173 K.

C. 273 K.

D. 305 K.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Một vật có nhiệt độ theo thang Celsius là 0 °C. Nhiệt độ của vật theo thang Kelvin (làm tròn) là 273 K.

Đáp án: C

Trắc nghiệm 2.3

Cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Năng lượng nhiệt được truyền từ

A. vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

B. vật có khối lượng lớn hơn sang vật có khối lượng nhỏ hơn.

C. vật ở trên cao sang vật ở dưới thấp.

D. vật ở dưới thấp sang vật ở trên cao.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt

Lời giải chi tiết:

Cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Năng lượng nhiệt được truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

Đáp án: A

Trắc nghiệm 2.4

Một hệ gồm hai vật A và B có cùng nhiệt độ nhưng khối lượng vật A lớn gấp đôi khối lượng vật B. Cho hai vật tiếp xúc với nhau. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường ngoài. Chọn đáp án đúng.

A. Nhiệt độ vật A giảm dần, nhiệt độ vật B tăng dần.

B. Nhiệt độ vật A tăng dần, nhiệt độ vật B giảm dần.

C. Nhiệt độ cả hai vật đều tăng.

D. Nhiệt độ cả hai vật đều không đổi.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt

Lời giải chi tiết:

Vì hai vật A và B có cùng nhiệt độ ban đầu và không có sự trao đổi nhiệt với môi trường ngoài, nên khi cho hai vật tiếp xúc với nhau, nhiệt độ của chúng sẽ không thay đổi

Đáp án: D

Trắc nghiệm 2.5

Cho biết mối liên hệ giữa thang nhiệt độ Celsius và thang nhiệt độ Fahrenheit là $T (^{\circ} F) = 1, 8 t (^{\circ} C) + 32.$ Một vật có nhiệt độ theo thang Celsius là 52 °C. Nhiệt độ của vật theo thang Fahrenheit là

A. 125,6 °F.

B. 152,6 °F.

C. 126,5 °F.

D. 162,5 °F.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

$T = 1, 8.52 + 32 = 125, 6 (^{\circ} F)$

Đáp án: A

Trắc nghiệm 2.6

Một vật có nhiệt độ theo thang Fahrenheit là 95 °F. Nhiệt độ của vật theo thang Kelvin (làm tròn) là

A. 35 K.

B. 308 K.

C. 368 K.

D. 178 K.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

$t = \frac{T - 32}{1, 8} = \frac{95 - 32}{1, 8} = 35 (^{o} C) = 308 (K)$

Đáp án: B

Trắc nghiệm 2.7

Thông thường, nhiệt kế thuỷ ngân thường dùng để đo thân nhiệt có phạm vi đo từ 35 °C đến 42 °C. Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Vì đó là giới hạn tối đa trong sự dãn nở vì nhiệt của thuỷ ngân.

b) Vì thân nhiệt bình thường của con người nằm trong khoảng này.

c) Vì nhiệt độ cao hơn 42 °C thì thể tích thuỷ ngân biến thiên không còn tuyến tính.

d) Vì nhiệt độ thấp hơn 35 °C thì thể tích thuỷ ngân biến thiên không còn tuyến tính.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

a) Sai. Thủy ngân có thể giãn nở ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với 42 °C. Việc giới hạn phạm vi đo chỉ đơn giản là phù hợp với mục đích sử dụng của nhiệt kế y tế, không phải do giới hạn của thủy ngân.

b) Đúng.

c) Sai. (Không phải là lý do chính). Ở nhiệt độ cao, sự giãn nở của chất lỏng có thể không hoàn toàn tuân theo quy luật tuyến tính. Tuy nhiên, đây không phải là lý do chính để giới hạn phạm vi đo của nhiệt kế y tế.

d) Sai. Tương tự đáp án c

Trắc nghiệm 2.8

Giả sử một nhiệt kế thuỷ ngân bị mất thông số vạch chia độ. Ở áp suất tiêu chuẩn, để xác định lại vị trí vạch 0 °C trên nhiệt kế thì cần đặt nhiệt kế vào đối tượng nào dưới đây? Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Ngăn đông của tủ lạnh.

b) Ngọn lửa của bếp gas.

c) Nước đá đang tan chảy.

d) Nước sôi.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

a) Sai. Nhiệt độ trong ngăn đông thường thấp hơn 0 °C, không phù hợp để xác định vạch 0 °C.

b) Sai. Nhiệt độ của ngọn lửa rất cao, không thể dùng để xác định vạch 0 °C.

c) Đúng. Khi nước đá đang tan chảy, nhiệt độ của hỗn hợp nước đá và nước luôn duy trì ở 0 °C

d) Sai. Nhiệt độ của nước sôi là 100 °C (ở áp suất tiêu chuẩn), dùng để xác định vạch 100 °C chứ không phải 0 °C.

Tự luận 2.1

Người ta sử dụng một nhiệt kế thuỷ ngân dùng thang nhiệt độ Celsius đo được khoảng cách từ vạch 20 °C đến vạch 32 °C là 1,5 cm. Tính khoảng cách từ vạch 14°C đến vạch 50 °C trên nhiệt kế này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Khoảng cách giữa hai vạch lệch nhau 1 °C là: $\frac{1, 5}{12} = 0, 125 (c m)$

Từ đó ta tính được khoảng cách từ vạch 14 °C đến vạch 50 °C là:

$0, 125. (50 - 14) = 4, 5 (c m)$

Tự luận 2.2

Người ta sử dụng một nhiệt kế thuỷ ngân dùng thang nhiệt độ Kelvin đo được khoảng cách từ vạch ứng với nhiệt độ nước đá tinh khiết đang tan ở 1 atm đến vạch ứng với nước tinh khiết sôi ở 1 atm là 12 cm. Tính khoảng cách giữa hai vạch lệch nhau 1 K liên tiếp trên nhiệt kế này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Khoảng cách giữa hai vạch lệch nhau 1 K liên tiếp là: $\frac{12}{100} = 0, 12 (c m)$

Tự luận 2.3

Chiều cao của cột thuỷ ngân trong nhiệt kế tương ứng với điểm nước đá tinh khiết đang tan ở 1 atm và điểm sôi của nước tinh khiết ở 1 atm lần lượt là 50 mm và 70 mm. Giả sử chiều dài này có thể đọc chính xác đến 0,1 mm thì nhiệt kế này có thể dùng để phân biệt nhiệt độ giữa điểm nước đá tinh khiết đang tan và điểm ba của nước không?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Mỗi °C tương ứng với $\frac{20}{100} = 0, 2 (m m)$ . Vì chiều dài này có thể đọc chính xác đến 0,1 mm nghĩa là chính xác đến 0,5 °C. Do đó, nhiệt kế này không thể dùng để phân biệt nhiệt độ giữa điểm nước đá tinh khiết đang tan và điểm ba của nước (0,01 °C).

Tự luận 2.4

Hãy nêu một vài khó khăn nếu dùng nước thay cho thuỷ ngân trong các nhiệt kế.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt kế và kiến thức khoa học

Lời giải chi tiết:

Nếu dùng nước thay cho thuỷ ngân trong các nhiệt kế thì vấn đề dễ nhận thấy nhất là khó quan sát vì nước trong suốt. Nếu khắc phục bằng cách pha màu cho nước thì vẫn gặp các vấn đề bất lợi sau:

– Không thể dùng nhiệt kế này đo các vật có nhiệt độ từ 0 °C trở xuống vì nước đã đông đặc.

– Trong khoảng từ 4 °C đến 0 °C, thể tích của nước tăng chứ không giảm.

− Thậm chí, nếu dùng nhiệt kế nước để đo nhiệt độ ở nhiệt độ phòng bình thường thì cũng rất khó vì thể tích của nước tăng khá chậm so với thuỷ ngân.

Tự luận 2.5

Các thang đo nhiệt độ của nhiệt kế thuỷ ngân được xây dựng dựa trên việc thể tích thuỷ ngân tăng tuyến tính theo nhiệt độ. Có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm vấn đề này hay không? Nếu có, hãy thử đề xuất một phương án kiểm chứng bằng thực nghiệm vấn đề này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về kiến thức khoa học

Lời giải chi tiết:

Không thể kiểm chứng bằng thực nghiệm vấn đề thể tích thuỷ ngân tăng tuyến tính theo nhiệt độ. Vì để kiểm chứng điều này, ta lại phải sử chính nhiệt kế trong thí nghiệm kiểm chứng, trong khi để có được thang đo trên nhiệt kế, ta đã giả thiết rằng thể tích thuỷ ngân biến đổi tuyến tính theo nhiệt độ.

Tự luận 2.6

Từ cách xác định mỗi độ chia thang Kelvin (1 K): Từ vạch 0,01 °C (hay 273,16 K) đến vạch –273,15 °C (hay 0 K) chia thành 273,16 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng tương ứng với 1 K. Vấn đề đặt ra là: Chúng ta chưa thể hạ nhiệt độ một vật trong thực tế xuống đến giá trị 0 K (hay – 273,15 °C), chưa kể đến các hiệu ứng khác xuất hiện khi ở nhiệt độ quá thấp. Làm thế nào ta xác định được vạch 0 K trên nhiệt kế?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Trong thực tế không thể tạo ra nhiệt độ 0 K rồi đánh dấu vạch đó được. Tuy nhiên, do ta luôn giả định là thể tích tăng tuyến tính theo nhiệt độ, nên từ vạch 273,16 K (0,01 C) đến vạch nước sôi ở 373,15 K (100 °C) ta chia thành 99,99 đoạn bằng nhau. Sau đó, từ vạch 273,16 K ta kẻ thêm 273,16 đoạn bằng nhau như trên là đến vạch 0 K.

Tự luận 2.7

Người ta thiết kế một nhiệt kế sử dụng một thang nhiệt độ mới, gọi là thang nhiệt độ X, nhiệt độ được kí hiệu là $T_{X}$ , có đơn vị là °X. Trong đó, 0 °C tương ứng với 10 X và khi cùng đo nhiệt độ của một vật thì thấy số chỉ theo thang nhiệt độ Celsius và thang nhiệt độ nhiệt độ X đều là 50.

a) Hãy thiết lập biểu thức chuyển đổi nhiệt độ từ thang nhiệt độ Celsius sang thang nhiệt độ X.

b) Ở nhiệt độ bao nhiêu theo thang Celsius (nhỏ hơn 50 °C) thì độ chênh lệch số chỉ của hai thang đo là 3?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

a) $T_{X} = 0, 8 t + 10$

b) Độ chênh lệch giữa hai thang đo là 3 nghĩa là: $| T - t | = 3$

Thay T từ biểu thức trên vào, ta có: $0.8 t + 10 - t = 3 \Rightarrow t = 35^{o} C$

Tự luận 2.8

Xét một nhiệt kế sử dụng hai thang đo khác nhau với cách chọn mốc như sau: Thang đo X (nhiệt độ kí hiệu $T_{X}$ , có đơn vị °X) chỉ vạch 20 °X ứng với điểm nước đá tinh khiết đang tan ở 1 atm và chỉ 220 °X ứng với điểm nước tinh khiết sôi ở 1 atm; Thang đo Y (nhiệt độ kí hiệu $T_{Y}$ , có đơn vị °Y) chỉ vạch −20 °Y ứng với điểm nước đá tinh khiết đang tan ở áp suất 1 atm và chỉ 380 °Y ứng với điểm nước tinh khiết sôi ở áp suất 1 atm.

a) Khi thang nhiệt độ X chỉ 90 °X thì trong thang nhiệt độ Y chỉ giá trị bao nhiêu? b) Ở nhiệt độ bao nhiêu thì số chỉ trên hai thang đo cùng giá trị?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Mối quan hệ giữa thang nhiệt độ X và thang nhiệt độ Y là tuyến tính.

Phương trình biểu diễn mối quan hệ này có dạng: $T_{Y} = a T_{X} + b$

Khi $T_{X}$ = 20 (nước đá tan), $T_{Y}$ = -20. Thay vào phương trình, ta được: -20 = 20a + b

Khi $T_{X}$ = 220 (nước sôi), $T_{Y}$ = 380. Thay vào phương trình, ta được: 380 = 220a + b

$\Rightarrow {\begin{cases} a = 2 \\ b = - 60 \end{cases} \Rightarrow T_{Y} = 2 T_{X} - 60$

Thay $T_{X}$ = 90 °X vào biểu thức vừa xác định, ta tính được $T_{Y}$ = 120 °Y.

b) Thay $T_{X}$ = $T_{Y}$ , vào biểu thức ở câu a, ta tính được: $T_{X}$ = 60 °X.