Dạng bài tập về Đồ thị của quá trình chuyển thể (cực hay)

Với Dạng bài tập về Đồ thị của quá trình chuyển thể có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm Dạng bài tập về Đồ thị của quá trình chuyển thể

Dạng bài tập về Đồ thị của quá trình chuyển thể (cực hay)

A. Phương pháp giải

1. Sự chuyển thể của các chất

   Q = λm : nhiệt lượng của vật thu vào hay toả ra ở nhiệt độ nóng chảy. (J)

   Q = Lm : nhiệt lượng của vật thu vào hay toả ra ở nhiệt độ sôi.(J)

   λ: nhiệt nóng chảy của chất cấu tạo nên vật(J/kg)

   L : nhiệt hoá hơi của chất cấu tạo nên vật (J/kg)

- Khi chuyển từ thể rắn sang thể lỏng và ngược lại thì thể tích của vật có thể thay đổi nhưng khối lượng của vật luôn không thay đổi.

- Trong suốt quá trình chuyển thể thì nhiệt độ của vật luôn không thay đổi và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào nhiệt lượng cung cấp cho vật là một đường thẳng nằm ngang.

2. Đồ thị chuyển thể

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của vật vào nhiệt lượng cung cấp cho nó hoặc vào thời gian đun nóng vật hoặc thời gian nguội của vật.....

3. Phương pháp giải

- Dựa vào đồ thị:

- Phân tích đồ thị và xác định từng đoạn gấp khúc (nếu có) biểu diễn quá trình nào? (tăng nhiệt độ; quá trình nguội hay quá trình chuyển thể của chất nào?)

   + Xác định tọa độ của điểm gấp khúc để tìm ra được giá trị cụ thể của nhiệt độ và nhiệt lượng cung cấp.

   + Sử dụng công thức tính nhiệt lượng hay phương trình cân bằng nhiệt ứng với từng đoạn gấp khúc đó..

- Từ đó tìm các đại lượng suy ra ẩn phải tìm.

- Ngược lại với bài toán yêu cầu vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của vật (hay hỗn hợp nhiều vật) theo nhiệt lượng cung cấp, thì ta đi vẽ hệ trục tọa độ và biểu diễn các điểm gấp khúc lên hệ trục tọa độ và nối các điểm đó lại ta được đồ thị cần vẽ.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của nước theo thời gian khi đun và để nguội. Dựa vào đồ thị hãy cho biết thời điểm ban đầu nhiệt độ của nước là bao nhiêu?

A. 0°C      B. 20°C

C. 80°C      D. 100°C

Lời giải:

Đáp án: B

    Ban đầu nhiệt độ của nước được biểu diễn bằng điểm A, nhiệt độ là 20°C.

Ví dụ 2: Đồ thị dưới là quá trình đun nóng một khối nước đá. Dựa vào đồ thị em hãy cho biết cần bao lâu để đun chảy hoàn toàn khối nước đá này?

A. 1 phút      B. 2 phút

C. 2,5 phút      D. 3 phút

Lời giải:

Đáp án: C

   Dựa vào đồ thị ta thấy sau 1 phút thì khối nước đá bắt đầu tan. Và sau 2,5 phút kể từ lúc đun thì khối nước đá tan hoàn toàn, sau đó nó bắt đầu tăng nhiệt độ.

Ví dụ 3: Đồ thị trên là sự phụ thuộc của nhiệt độ theo thời gian của một khối chất lỏng. Dựa vào đồ thị trên em hãy cho biết các kết luận dưới đây, kết luận nào là chính xác?

A. Nhiệt độ ban đầu của chất lỏng là 0°C

B. Sau 150 giây thì nhiệt độ của chất lỏng đạt đến 100°C

C. Nhiệt độ chất lỏng ở cuối quá trình là 300°C

D. Nhiệt độ cao nhất của khối chất lỏng là 250°C

Lời giải:

Đáp án: B

   Dựa vào đồ thị ta thấy nhiệt độ ban đầu của chất lỏng là 20°C, nhiệt độ cao nhất là 100°C, nhiệt độ cuối quá trình là 0°C.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Sự biến thiên nhiệt độ của khối nước đá đựng trong ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp được cho trên đồ thị. Dựa vào đồ thị em hãy cho biết cần nhiệt lượng là bao nhiêu Jun để có thể nung chảy hoàn toàn khối nước đá

A. 100kJ      B. 120kJ

C. 10kJ      D. 20kJ

Lời giải:

Đáp án: A

   Nhìn vào đồ thị ta có thể biết được nhiệt lượng của nước đá thu vào ở 0°C để nó nóng chảy hoàn toàn là 100KJ

Câu 2: Sự biến thiên nhiệt độ của khối nước đá đựng trong ấm điện theo nhiệt lượng cung cấp được cho trên đồ thị. Dựa vào đồ thị em hãy cho biết cần nhiệt lượng là bao nhiêu để có thể đun nước từ 0°C lên đến 100°C?

A. 180kJ      B. 100kJ

C. 80kJ      D. 300kJ

Lời giải:

Đáp án: B

- Dựa vào đồ thị ta thấy. Ban đầu cần cung cấp 100kJ để nước đá tan hoàn toàn, lúc này nhiệt độ nước vẫn là 0°C. Đến khi nhiệt lượng cung cấp là 180kJ nữa thì nước bắt đầu sôi.

- Vậy để đun nước từ 0°C lên đến 100°C thì cần 80kJ

Câu 3: Cho đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của khối chất lỏng theo nhiệt lượng cung cấp có dạng hình bên. Nhiệt độ hoá hơi của chất lỏng là:

A. 30°C

B. 90°C

C. 70°C

D. Chưa đủ cơ sở để kết luận

Lời giải:

Đáp án: B

   Tại điểm B, khi được cung cấp 10kJ thì chất lỏng tăng lên 90°C. Tiếp tục cung cấp nhiệt lượng thì nhiệt độ của chất lỏng không tăng. Như thế lúc này chất lỏng đang hóa hơi. Vì vậy nhiệt độ hóa hơi của chất lỏng này là 90°C.

Câu 4: Sự biến thiên nhiệt độ của khối nước đá đựng trong ca nhôm theo nhiệt lượng cung cấp được cho trên đồ thị . Tìm khối lượng nước đá và khối lượng ca nhôm. Cho nhiệt dung riêng của nước đá và nhôm là C₁ = 4200 J/Kg.K;C₂ = 880J/Kg.K ,nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.10⁵J/Kg.

Lời giải:

- Nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn ở 0°C là 170KJ (lúc này ca nhôm không thu nhiệt do nó không tăng nhiệt độ).

- Từ đó khối lượng nước đá là:

   m₁ = 170000:340000 = 0,5 (kg)

- Nhiệt lượng nước và ca nhôm thu để tăng từ 0°C đến 2°C là :

   175 – 170 = 5 (kJ) = 5000 (J)

- Nhiệt lượng này cung cấp để nước và ca nhôm tăng thêm 2°C

⇒ 5000 = (m₁C₁ + m₂ C₂)( 2-0)

⇒ 2500 = 0,5 .4200 + m₂.880

⇒ m₂ = (2500 – 0,5.4200):880 =0,45 (kg)

Câu 5: Cho đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của khối chất lỏng theo nhiệt lượng cung cấp có dạng hình bên. Biết nhiệt dung riêng của chất lỏng đó C = 2500J/Kg.K. Nhiệt hoá hơi của chất lỏng này là:

A. 1080kJ      B. 1260kJ

C. 900kJ      D. 180kJ

Lời giải:

Đáp án: C

- Dựa vào đồ thị ta có:

   Đoạn AB : Chất lỏng nhận một nhiệt lượng Q₁ = 180kJ để tăng từ 20°C đến 80°C

- Gọi m là khối lượng chất lỏng ta có :

   Q₁ = m.c.(80-20) ⇒ m = Q₁ : c : 60

- Khối lượng chất lỏng là:

   m = 180000 : 2500 : 60 = 1,2 (kg)

- Đoạn BC : Chất lỏng hoá hơi. Trong giai đoạn này có nhận một nhiệt lượng

ΔQ = Q₂ - Q₁ = 1260 – 180 = 1080 (kJ)

- và nhiệt lượng này dùng để chất lỏng hoá hơi hoàn toàn nên :

ΔQ = Lm ⇒ L= ΔQ : m

- Nhiệt hóa hơi của chất lỏng này là:

   L = 1080: 1,2 = 900 (kJ)

Câu 6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của nước theo thời gian khi đun và để nguội . Mỗi đoạn đồ thị ứng với một quá trình nào?

Lời giải:

- Đoạn AB biểu diễn quá trình đun nước nóng từ 20°C đên 100°C.

- Đoạn BC biểu diển quá trình nước đang sôi.

- Đoạn CD biểu diễn quá trình để nước nguội.

Câu 7: Hình trên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian của ấm đun nước. Nếu mỗi phút nhiệt lượng mà bếp tỏa ra không thay đổi thì sau bao lâu kể từ lúc bắt đầu đun nước sẽ sôi?

Lời giải:

   Nước tăng từ 10°C lên đến 20°C trong 4 phút. Nghĩa là tăng thêm 10°C sau 4 phút. Vậy muốn nước tăng thêm 90°C thì cần 36 phút

Câu 8: Một xô có chứa M=10kg hỗn hợp nước và nước đá được để trong phòng. Sự thay đổi nhiệt độ của hỗn hợp theo thời gian được biểu diễn bằng đồ thị ở hình bên. Nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K ; nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.10⁵J/kg. Hãy xác định lượng nước đá ban đầu có trong xô?

Lời giải:

- Gọi Q là nhiệt lượng xô hấp thụ từ môi trường trong 1 phút.

   m là lượng nước đá có trong xô.

- Theo đồ thị, nước đá tan hết trong T₁= 50 phút, do đó λ m = Q.T₁

⇒ Q = λm : T₁ (1)

- Nước nóng thêm 2°C trong thời gian T₂=10 phút. Do đó:

   Mc.Δt = Q.T₂ (2)

- Từ (1) và (2) suy ra:

   Mc.Δt = T₂ .λm : T₁

⇒ m = Mc.Δt.T₁ : (T₂.λ)

- Khối lượng nước đá có trong xô là:

   m = 10.4200.2.50 : (10.3,4.105) = 1,24 (kg)

Đáp số: 1,24kg

Câu 9: Dùng một bếp điện để đun nóng một nồi đựng 2kg nước đá ở 0°C. Sau 10 phút thì nước đá tan chảy hoàn toàn. Nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K; nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,4.10⁵J/kg.

a) Sau bao lâu thì nước đá bắt đầu sôi.

b) Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ của nước (và nước đá) vào nhiệt lượng thu vào.

Lời giải:

a) Gọi q là nhiệt lượng mỗi phút bếp cung cấp.

- Nhiệt lượng cung cấp để làm nóng 2kg nước đá tan chảy hoàn toàn là:

   Q₁= 2.3,4.105 = 680000 = 680(kJ)

- Vậy mỗi phút bếp cung cấp nhiệt lượng là 68kJ

- Nhiệt lượng cần cung cấp để nước sôi là:

   Q₂ = mcΔt = 2.4200.100 = 840000 (J) = 840 (kJ)

- Thời gian cần thiết để đun sôi nước là:

   840 : 68 = 12,35 (phút)

b) Vẽ đồ thị

Đáp số: 12,35 phút

Câu 10: Người ta dùng một lò hồ quang điện để nấu chảy một khối kim loại nặng 30kg. Biết lò hồ quang mỗi phút cung cấp cho khối kim loại một nhiệt lượng là 400kJ. Đồ thị nhiệt theo thời gian của khối kim loại cho như hình vẽ.

a) Nhiệt độ nóng chảy của kim loại là bao nhiêu?

b) Tính nhiệt dung riêng của kim loại?

Lời giải:

a) Từ phút thứ 50, khi khối kim loại đạt đến 1500°C dù lò vẫn cung cấp nhiệt lượng nhưng nhiệt độ của khối kim loại không tăng, vì thế nhiệt độ nóng chảy của khối kim loại là 1500°C

b) Nhiệt lượng cần để khối kim loại tăng từ 20°C lên đến 1500°C là:

   Q = 50.400 = 20000 (kJ)

   Q = mcΔt ⇒ c = Q: m : Δt

- Nhiệt dung riêng của kim loại này là:

   20000 : 30 : (1500 – 20) = 0,45 (kJ/kg.K)

Đáp số: 1500°C; 0,45 kJ/kg.K

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 8 cực hay, có lời giải chi tiết khác:

• Dạng 13: Xác định thể của vật qua quá trình trao đổi nhiệt
• Dạng 14: Cách giải bài tập về Phương trình cân bằng nhiệt (cực hay)
• Dạng 15: Phương pháp giải bài tập Phương trình cân bằng nhiệt (cực hay)
• Dạng 16: Cách tính Hiệu suất của quá trình trao đổi nhiệt (cực hay)
• Dạng 17: Cách giải dạng bài tập về Đồ thị nhiệt (cực hay)

Xem thêm các loạt bài Để học tốt môn Vật Lí 8 hay khác:

• Giải bài tập Vật lý 8
• Giải sách bài tập Vật lí 8
• Giải VBT Vật Lí 8
• Top 36 Đề thi Vật Lí 8 có đáp án

---