Giải chi tiết Câu hỏi thí nghiệm trang 23 SGK Vật lí 12 Cánh diều – Bài 4. Nhiệt dung riêng – nhiệt nóng chảy riêng – nhiệt hóa hơi riêng. Gợi ý: Thực hiện thí nghiệm và dựa vào bảng 4.
Câu hỏi/Đề bài:
Dụng cụ
Biến áp nguồn (1).
Nhiệt lượng kể kèm dây điện trở (2).
Nhiệt kế (3).
Oát kế (4).
Đồng hồ bấm giây (5).
Phương án thí nghiệm
Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ nêu trên.
Lập phương án thí nghiệm với các dụng cụ đó.
Coi rằng khi đun, năng lượng được truyền hoàn toàn cho nước trong nhiệt lượng kế.
Tiến hành
Sau đây là một phương án thí nghiệm với các dụng cụ nêu trên.
Lắp các dụng cụ theo sơ đồ nguyên lí Hình 4.2.
Đo nhiệt độ nước trước khi đun.
Bật biến áp nguồn.
Đọc số chỉ P của oát kế.
Sau mỗi 3 phút, đọc và ghi các số liệu theo mẫu Bảng 4.2.
Kết quả
– Vẽ đồ thị nhiệt độ của nước theo thời gian đun.
– Xác định nhiệt dung riêng của nước qua độ dốc của đồ thị.
– Xác định nhiệt dung riêng của nước bằng công thức:
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}}\)
– Tính sai số tuyệt đối của phép đo nhiệt dung riêng của nước.
– So sánh giá trị nhiệt dung riêng xác định bằng hai cách đã thực hiện
Hướng dẫn:
Thực hiện thí nghiệm và dựa vào bảng 4.2 trả lời câu hỏi
Lời giải:
– Vẽ đồ thị nhiệt độ của nước theo thời gian đun.
Dựa vào bảng số liệu:
Khối lượng nước: 0,136 kg
Công suất đun: 18,2 W
Nhiệt độ nước ban đầu: 27 °C
|
Lần đo |
Thời gian đun (s) |
Nhiệt độ nước sau khi đun (°C) |
|
1 |
180 |
33 |
|
2 |
360 |
39 |
|
3 |
540 |
44 |
|
4 |
720 |
49 |
|
5 |
900 |
54 |
Đồ thị nhiệt độ của nước theo thời gian đun:
Nhận xét:
Đồ thị là đường thẳng đi lên, thể hiện rằng nhiệt độ nước tăng dần theo thời gian đun.
Độ dốc của đồ thị thể hiện tốc độ tăng nhiệt độ của nước.
– Xác định nhiệt dung riêng của nước qua độ dốc của đồ thị.
\(c = \frac{P}{{m.\Delta T}}\)
c: Nhiệt dung riêng của nước (J/kg.K)
P: Công suất đun (W)
m: Khối lượng nước (kg)
ΔT: Độ tăng nhiệt độ (°C)
Cách xác định:
Chọn hai điểm bất kỳ trên đồ thị. Ví dụ, chọn điểm (180 s, 33 °C) và điểm (900 s, 54 °C).
Tính độ tăng nhiệt độ: ΔT = 54 °C – 33 °C = 21 °C.
Tính thời gian đun: Δt = 900 s – 180 s = 720 s.
Thay số vào công thức:
\(c = \frac{P}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2}}{{0,136.21}} = 637J/kg.K\)
– Xác định nhiệt dung riêng của nước bằng công thức:
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}}\)
Lần đo 1:
ΔT = t₂ – t₁ = 33 °C – 27 °C = 6 °C
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2.180}}{{0,136.6}} = 637J/kg.K\)
Lần đo 2:
ΔT = t₂ – t₁ = 39 °C – 27 °C = 12 °C
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2.360}}{{0,136.12}} = 637J/kg.K\)
Lần đo 3:
ΔT = t₂ – t₁ = 44 °C – 27 °C = 17 °C
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2.540}}{{0,136.17}} = 637J/kg.K\)
Lần đo 4:
ΔT = t₂ – t₁ = 49 °C – 27 °C = 22 °C
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2.720}}{{0,136.22}} = 637J/kg.K\)
Lần đo 5:
ΔT = t₂ – t₁ = 54 °C – 27 °C = 27 °C
\(c = \frac{{P.\Delta t}}{{m.\Delta T}} = \frac{{18,2.900}}{{0,136.27}} = 637J/kg.K\)
Kết quả:
Qua 5 lần đo, nhiệt dung riêng của nước đều cho giá trị gần bằng 637 J/kg.K.
– Tính sai số tuyệt đối của phép đo nhiệt dung riêng của nước.
Công thức:
ΔC = |C – C₀|
ΔC: Sai số tuyệt đối (J/kg.K)
C: Giá trị đo được (J/kg.K)
C₀: Giá trị tiêu chuẩn (J/kg.K)
Cách tính:
ΔC = |637 J/kg.K – 4200 J/kg.K| = 3563 J/kg.K
Kết quả:
Sai số tuyệt đối của phép đo nhiệt dung riêng của nước là 3563 J/kg.K.
Lưu ý:
Sai số tuyệt đối cho biết độ chênh lệch giữa giá trị đo được và giá trị tiêu chuẩn.
Sai số càng nhỏ thì phép đo càng chính xác.
– So sánh giá trị nhiệt dung riêng xác định bằng hai cách đã thực hiện.
Giá trị nhiệt dung riêng xác định qua công suất của nhiệt lượng kế là 600000 J/(1 kg.73 °C) = 8219 J/kg.K.
Giá trị nhiệt dung riêng xác định qua độ dốc của đồ thị là 637 J/kg.K.