Giải chi tiết Vật lí 12 CTST bài 4: Thực hành đo nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng là các đại lượng vật lí đặc trưng cho mỗi chất khi trao đổi nhiệt và chuyển giữa các thể. Giá trị của các đại lượng trên được các nhà khoa học xác định thông qua thực nghiệm. Vậy các đại lượng trên được đo như thế nào thông qua các dụng thí nghiệm đơn giản ở trường phổ thông?

Bài làm chi tiết:

Đo bằng cách thực hiện các thí nghiệm đo nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng thông qua mối liên hệ của chúng đối với các đại lượng khác.

Thảo luận 1: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước theo các gợi ý sau:

• Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này;
• Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm;
• Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Bài làm chi tiết:

* Các đại lượng cần đo:

• Cường độ dòng điện (I);
• Hiệu điện thế (U);
• Nhiệt độ ban đầu của nước (T_o);
• Nhiệt độ lúc sau của nước (T);
• Thời gian để nhiệt độ của nước tăng từ T_o đến T (t);
• Khối lượng nước (m)

* Cách bố trí thí nghiệm: Thiết lập một mạch điện gồm biến thể nguồn, vôn kế, ampe kế và công tắc điện mắc nối tiếp.

* Cách tiến hành thí nghiệm:

• Đặt bình nhiệt lượng kế (đã gắn nhiệt kế và que khuấy) lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0;
• Nhấc bình nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân, rót nước ở nhiệt độ phòng vào bình sao cho dây nung ngập hoàn toàn trong nước;
• Đặt bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, ghi nhận giá trị khối lượng m và nhiệt độ ban đầu T_o của nước;
• Mắc bình nhiệt lượng kế vào mạch điện đã bố trí. Điều chỉnh biến thế nguồn đến giá trị U.
• Đóng công tắc, đồng thời bấm đồng hồ đo thời gian;
• Ghi nhận giá trị U trên vôn kế, giá trị I trên ampe kế/
• Quan sát và ghi lại thời gian tại mỗi thời điểm mà số chỉ trên nhiệt kế tăng đến nhiệt độ T (lấy từ 3 - 5 giá trị T ứng với từng khoảng thời gian t).

* Dự kiến kết quả và xử lý số liệu:

• Có sự sai số giữa các lần đo, nên nhiệt dung riêng của nước là giá trị trung bình của các lần thí nghiệm.

Thảo luận 2: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt dung riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 3.1 (trang 23).

Bài làm chi tiết:

Sai số gồm sai số tự nhiên và sai số hệ thống.

Phương án khắc phục sai số: cẩn thận trong quá trình làm thí nghiệm để giảm thiểu sai số tự nhiên; đồng thời, sử dụng các dụng cụ chuẩn, khắc phục các sai số hệ thống.

Vận dụng: Đề xuất phương án và thực hiện phương án đo nhiệt dung riêng của một khối kim loại (đồng hoặc nhôm) bằng các dụng cụ thông dụng ở phòng thí nghiệm.

Bài làm chi tiết:

* Dụng cụ:

• Nhiệt lượng kế
• Cân
• Nhiệt kế
• Nước nóng
• Khối kim loại
• Bình cách nhiệt\
• Giá đỡ
• Đồng hồ bấm giây

* Đại lượng cần đo:

• Khối lượng nước nóng (m₁)
• Khối lượng kim loại (m₂)
• Nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁)
• Nhiệt độ ban đầu của kim loại (t₂)
• Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (t)

* Cách bố trí thí nghiệm:

• Cho nước nóng vào bình cách nhiệt.
• Đặt nhiệt kế vào bình cách nhiệt và đo nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁).
• Cân m₁ gam nước nóng.
• Đặt khối kim loại vào giá đỡ.
• Đun nóng kim loại đến nhiệt độ t₂ (có thể sử dụng đèn cồn hoặc bếp điện).
• Cân m₂ gam kim loại.
• Đổ nhanh kim loại vào bình cách nhiệt, khuấy đều và ghi lại nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp.

* Cách tiến hành thí nghiệm:

• Rửa sạch và lau khô các dụng cụ.
• Chuẩn bị nước nóng và đun nóng kim loại.
• Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ.
• Thực hiện các bước đo theo hướng dẫn.
• Ghi chép cẩn thận các kết quả đo.

* Dự kiến kết quả:

• Nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp nằm giữa t₁ và t₂.
• Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà kim loại thu vào.

Thảo luận 3: Dựa vào cơ sở lý thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo các gợi ý sau:

• Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
• Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.
• Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Bài làm chi tiết:

* Dụng cụ:

• 1 bình nhiệt lượng kế (có que khuấy).
• Cốc nước đá.
• 1 nhiệt kế có độ chia nhỏ nhất 1^oC.
• 1 chai nước ở nhiệt độ phòng.
• 1 chiếc cân điện tử có độ chia nhỏ nhất 0,01.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh đơn vị đo của cân là g. Đặt bình nhiệt lượng kế (đã gắn nhiệt kế và que khuấy) lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0,00.

Bước 2:

• Nhấc bình nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân, rót nước ở nhiệt độ phòng vào bình nhiệt lượng kế (khoảng 23  bình).
• Đặt bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, ghi giá trị khối lượng mn và nhiệt độ ban đầu T₀ của nước theo mẫu Bảng 4.2.
• Lặp lại phép đo khối lượng m_n của nước thêm hai lần.

Bước 3: Đặt lại bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0,00.

Bước 4:

• Nhấc bình nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân, cho khối nước đá vào bình nhiệt lượng kế.
• Đậy kín nắp bình nhiệt lượng kế, dùng que khuấy khuấy đều đến khi nước đá tan hết. Ngay khi nhận thấy nước đá vừa tan hết, ghi giá trị nhiệt độ T của nước theo mẫu Bảng 4.2.

Bước 5: Đặt bình nhiệt lượng kế lúc này lên đĩa cân. Ghi giá trị m_đ của khối nước đá theo mẫu Bảng 4.2. Lặp lại phép đo khối lượng m_đ của khối nước đá thêm hai lần.

Lưu ý: Trong quá trình làm thí nghiệm, tránh làm nước nhỏ xuống khe ở dưới đĩa cân và mặt hiển thị số.

Thảo luận 4: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt nóng chảy riêng của nước đá vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.2 (trang 11).

Bài làm chi tiết:

• Thực hiện thao tác chính xác;
• Kiểm tra các dụng cụ để đảm bảo tối đa không có sự mất mát nhiệt lượng

Thảo luận 5: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước theo các gợi ý sau:

• Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.
• Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.
• Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Bài làm chi tiết:

* Dụng cụ:

• 1 chiếc cân điện tử có độ chia nhỏ nhất 0,01 g.
• 1 ấm đun nước siêu tốc (loại 1,8 lít).
• 1 đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất 0,01 s.
• 1 chai nước ở nhiệt độ phòng.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1:

• Điều chỉnh đơn vị đo của cân là g. Đặt ấm đun lên đĩa cân (Hình 1.3), hiệu chỉnh cân về số 0,00.
• Nhấc ấm đun khỏi đĩa cân, rót nước từ từ vào ấm đun đến giá trị khoảng 320,00 g.

Bước 2: Đặt ấm đun chứa nước lên đĩa cân, bật công tắc để bắt đầu đun nước. Khi nước vừa sôi, mở nắp ấm đun để nước bay hơi. Khi thấy cân điện tử chỉ 300,00 g thì bắt đầu bấm đồng hồ đo thời gian.

Bước 3:

• Khi thấy số chỉ trên cân điện tử giảm còn 250,00 g (là khối lượng m của phần nước còn lại trong ấm đun) thì ghi nhận thời gian t và khối lượng ra theo mẫu Bảng 4.3.
• Lặp lại phép đo t và m khi số chỉ trên cân điện tử lần lượt giảm còn 200,00 g và 150,00 g.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm: Tính giá trị của đại lượng L = Pt△m trong mỗi lần đo, từ đó tính giá trị trung bình của đại lượng này.

Thảo luận 6: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt hóa hơi riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.4 (trang 13).

Bài làm chi tiết:

Đề xuất phương án khắc phục:

- Thực hiện thao tác chính xác

- Kiểm tra các dụng cụ để đảm bảo tối đa không có sự mất mát nhiệt lượng