Đăng nhập Đăng ký

ID: 18986

Nhận biết (M1)
(1) Phát biểu, viết biểu thức toán học, hệ quả và ý nghĩa của nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học. Áp dụng nguyên lý thứ nhất để khảo sát quá trình dãn nở đẳng nhiệt của một khối lượng khí lý tưởng xác định.
(2) Một khối vật nhỏ có khối lượng $\displaystyle m=0,20kg$ được thả trượt không vận tốc đầu từ độ cao $\displaystyle h=0,80m$ trên một máng trượt nhẵn không có ma sát. Máng trượt nối tiếp mượt mà vào một vòng xiếc tròn thẳng đứng có bán kính $\displaystyle R=0,20m$ (hình vẽ). Bỏ qua mọi ma sát và sức cản của không khí. Tính độ lớn phản lực do mặt ray tác dụng lên khối vật $\displaystyle m$ khi nó đi qua điểm cao nhất của vòng xiếc.

Đáp án đúng:
1) Lý thuyết Nhiệt học.
) Nguyên lý I nhiệt động lực học:
+ Phát biểu: Nhiệt lượng hệ nhận được trong một quá trình biến đổi trạng thái bằng tổng của độ biến thiên nội năng của hệ và công do hệ thực hiện (sinh ra) chống lại các ngoại lực. (Năng lượng được bảo toàn và chuyển hóa);
+ Biểu thức: $\displaystyle \Delta U=Q+A$ (trong đó $\displaystyle Q$ là nhiệt hệ nhận được từ môi trường, $\displaystyle A$ là công môi trường thực hiện lên hệ);
+ Hệ quả: Nếu hệ biến đổi theo một chu trình khép kín thì $\displaystyle \Delta U=0 \Rightarrow Q=-A$ . Nghĩa là công do hệ sinh ra đúng bằng nhiệt lượng hệ nhận vào. Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại 1 (động cơ hoạt động liên tục sinh công mà không tiêu thụ năng lượng từ bên ngoài);
+ Ý nghĩa: Đây là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng áp dụng cho các hiện tượng nhiệt học, kết nối cơ học và nhiệt học.
) Áp dụng cho quá trình dãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng:
+ Khí lý tưởng dãn nở đẳng nhiệt tức là $\displaystyle T=$ const. Do nội năng khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên độ biến thiên nội năng $\displaystyle \Delta U=0$ ;
+ Khí dãn nở nên công sinh ra $\displaystyle A^{\prime}>0$ (hay công nhận vào $\displaystyle A<0$ );
+ Áp dụng nguyên lý I ta có $\displaystyle \Delta U=Q+A \Rightarrow 0=Q-A^{\prime} \Rightarrow Q=A^{\prime}>0$ ;
+ Toàn bộ nhiệt lượng mà hệ khí nhận vào từ bên ngoài được chuyển hóa hoàn toàn thành công cơ học sinh ra cho môi trường.
2) Bài tập Cơ học.
) Phân tích hiện tượng và bảo toàn cơ năng:
+ Chọn mốc thế năng trọng trường tại vị trí điểm thấp nhất của quỹ đạo tròn. Cơ năng ban đầu của vật tại độ cao $\displaystyle h$ là $\displaystyle W_{1}=m g h$ ;
+ Tại điểm cao nhất của vòng xiếc, vật ở độ cao $\displaystyle z=2 R$ . Cơ năng của vật là $\displaystyle W_{2}= \frac{1}{2} m v^{2}+m g(2 R) ;$
+ Do không có ma sát, cơ năng được bảo toàn $\displaystyle W_{1}=W_{2} \Rightarrow m g h=\frac{1}{2} m v^{2}+2 m g R$ ;
+ Từ đó ta tính được bình phương vận tốc tại đỉnh $\displaystyle v^{2}=2 g(h-2 R)$ ;
+ Thay số $\displaystyle v^{2}=2 \cdot 9,8 \cdot(0,80-2 \cdot 0,20)=19,6 \cdot 0,40=7,84\left(\mathrm{~m}^{2} / \mathrm{s}^{2}\right)$ .
) Định luật II Newton tại điểm cao nhất:
+ Tại điểm cao nhất, vật chịu tác dụng của trọng lực $\displaystyle \vec{P}$ và phản lực pháp tuyến $\displaystyle \vec{N}$ của đường ray. Cả hai lực này đều hướng thẳng đứng xuống dưới, đóng vai trò lực hướng tâm;
+ Chiếu lên trục hướng tâm $\displaystyle P+N=m \frac{v^{2}}{R}$ ;
+ Suy ra phản lực của ray tác dụng lên vật $\displaystyle N=m \frac{v^{2}}{R}-m g=m\left(\frac{v^{2}}{R}-g\right)$ ;
+ Thay số không làm tròn $\displaystyle N=0,20 \cdot\left(\frac{7,84}{0,20}-9,8\right)=0,20 \cdot(39,2-9,8)=0,20 \cdot 29,4=$ 5,88 (N).
Giải thích đáp án:
.

để xem lời giải của câu hỏi này

Câu hỏi cùng chủ đề

Chưa có câu hỏi