8. A R
8
Bài 7 trang 53
Một vật A khối lượng m trượt trên mặt phẳng nghiêng và làm quay một bánh xe bán kính R.
Mô men quán tính của bánh xe đối với trục quay bằng I. Khối lượng của dây không đáng kể,
hệ số ma sát của A với mặt nghiêng bằng k. Tìm gia tốc góc của bánh xe.
GIẢI:
Một Gia tốc của vật A có độ lớn bằng gia tốc tiếp tuyến trên vành bánh xe. Từ đó có gia tốc
goc của bánh xe là:
- β = at/R = a/R
Viết phương trình định luật 2 cho vật A (dạng véc tơ) (1)
Và viết phương trình cơ bản cho chuyển động quay của bánh xe (dạng véc tơ) (2)
Chiếu (1) lên trục hướng theo chuyển động đi xuống dốc của A và chiếu (2) lên trục quay,
có:
m.a = P.sinα – Fms – T (3)
I. a/R = M = T.R (4)
Thay Fms = k.N = k.mg.cosα
Chia 2 vế của (4) cho R có (4a). Cộng (3) với (4a) để khử T, có:
a.(m + I/R2) = mg(sinα - k cosα) (5)
Để tìm gia tốc góc β, chia 2 vế của (4) cho R:
β = mg(sinα - k cosα)/(mR+I/R)
9. 9
Bài 9 trang 53
Một trụ đặc khối lượng m = 100 kg, bán kính R = 50 cm quay xung quanh trục của nó. Tác
dụng lên trụ một lực hãm tiếp tuyến với mặt trụ và vuông góc với trục quay F = 240 N. Sau
thời gian Δt = 30 giây, trụ dừng lại. Tính vận tốc góc trụ lúc bắt đầu tác dụng lực hãm.
GIẢI:
Viết phương trình cơ bản cho chuyển động quay của trụ đặc rồi chiếu phương trình véc tơ
đó lên trục quay (chiều dương là chiều của véc tơ vận tốc góc ban đầu). Vec tơ momen lực
hãm ngược chiều trục chiếu nên có:
I.β = -M = -F.R - β = -F.R/I
β không đổi nên có chuyển động quay chậm dần đều:
β. Δt + ω0 = ω = 0 (vì lúc dừng ω = 0 )
Thay I = mR2/2, có:
ω0 = - β. Δt = F.R.(2/ mR2). Δt = (2.F.Δt)/(m.R)
Thay số:
ω0 = (2.240.30)/(100.0,5) = 288 (rad/s)
Bài 10 trang 53 Tương đương bài 3.10 trang 65
Mét thanh m¶nh ®ång chÊt dμi l = 50(cm) cã thÓ quay tù do xung quanh mét trôc n»m
ngang ®i qua mét ®Çu cña thanh. Mét viªn ®¹n khèi l−îng m =10(g) bay theo ph−¬ng n»m
ngang víi vËn tèc v = 400(m s) tíi xuyªn vμo ®Çu thø hai cña thanh vμ m¾c ë ®ã. T×m vËn
tèc gãc cña thanh ngay sau khi viªn ®¹n vμo thanh. Cho m«men qu¸n tÝnh cña thanh ®èi víi
trôc quay lμ 5( . 2 ) o I = kg m .
(H−íng dÉn: ¸p dông ®Þnh luËt b¶o toμn m«men ®éng l−îng cña hÖ
“thanh+®¹n”)
mv rad
I m s
w = »
§¸p sè : 2 0,4( )
o
+
l
l
12. A
h
Bài 5 trang 66 Sách 2011: Tương đương bài 4.6 trang 80
Từ một tháp cao h = 20 m, người ta ném một hòn đá khối lượng 50 gam theo phương
nghiêng với mặt phẳng nằm ngang với vận tốc ban đầu v0 = 18 m/s. Khi rơi tới mặt đất hòn
đá có vận tốc v = 24 m/s. Tính công của lực cản không khí lên hòn đá.
GIẢI:
Áp dụng định lý về độ biến thiên cơ năng. Ở bài này lực cản của không khí là lực khác.
Chọn thế năng trên mặt đất bằng 0, có:
ΔW = A cản
12
A cản = mv2/2 – (mv0
2/2 + mgh) = m(v2 - v0
2)/2 – mgh
Thay số
A cản = 0,05.(242 – 182)/2 - 0,05.9,8.20 = -3,5 (J)
Bài 6 trang 66 Sách 2011: Tương đương bài 4.6 trang 80
Một con lắc đơn trọng lượng P được kéo ra khỏi phương thẳng đứng một góc 900 sau đó
được thả ra. Chứng minh sức căng sợi dây treo khi con lắc đi qua vị trí cân bằng là 3P.
GIẢI:
Trọng lực P là lực thế, lực căng T là lực khác nhưng lực căng không sinh công vì T luôn
vuông góc với ds. Vậy cơ năng được bảo toàn.
Chọn thế năng khi vật nặng m ở vị trí thấp nhất bằng không, có:
mv2/2 = mgl - v2 = 2gl (1)
Khi dây lệch góc α so với phương thẳng đứng, có
m.an = Fn - m. v2/l = T – P.cosα (2)
T = m. v2/l + P.cosα
Thay (1) vào (2). Sau đó thay α = 0, có:
T = m.2gl/l + P = 3P
D
B
C
16. Bài 4 trang 103 8.6 trang 127
Một khí cầu có thể tích 300 m3, người ta bơm vào khí cầu khí Hyđrô ở 200C dưới áp suất
750 mmHg. Nếu mỗi giây bơm được 2,5 g thí sau bao lâu bơm xong?
16
Bài 5 trang 103
Một hỗn hợp khí có 2,8 kg Nitơ và 3,2 kg Oxy ở nhiệt độ 170C ap suất 4.105 N/m2. Tính thể
tích của hỗn hợp khí đó.
Bài 6 trang 103 8.10 trang 128
Một bình thể tích 3 dm3 chứa 4.10-6 kg Hêli, 7.10-5 kg Nitơ và 5.1021 phân tử Hyđrô. Tìm áp
suất của hỗn hợp khí đó nếu nhiệt độ của nó là 270C.
Bài 7 trang 103
Một Hãy chứng minh rằng trong một khối khí thì tích số p.V bằng:
a- 2/3 nội năng của khối khí nếu chất khí đó là khí đơn nguyên tử.
b- 2/5 nội năng của khối khí nếu chất khí đó là khí lưỡng nguyên tử.
Bài 8 trang 103 8.12 trang 128
Có 20 g khí oxy ở 200C. Hãy tìm:
a- Năng lượng chuyển động nhiệt của khối khí.
b- Phần năng lượng ứng với chuyển động tịnh tiến và phần năng lượng ứng với chuyển
động quay của các phần tử khối khí đó.
Bài 9 trang 103 Tương đương bài 8.9 trang 128?
Động năng tịnh tiến trung bình của các phần tử nitơ chứa trong một khí cầu thể tích 0,02 m3
bằng 5.103 (J) và vận tốc căn quân phương của phân tử khí đó là 2.103 m/s.
a- Tìm khối lượng khí nitơ trong khối cầu.
b- Áp suất của khí tác dụng lên thành khí cầu.
17. Bài 10 trang 103 Cùng dạng bài 8.8 trang 128
Tìm vận tốc căn quân phương của phân tử khí Heli biết rằng khi nó có áp suất 2.104 N/m2
thì trong 1 cm3 của khí có chứa 5.1019 phân tử.
CHƯƠNG 10 – NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT
Bài 1 trang 133 Sách 2011: Tương đương 10.2 trang 157
Tìm Có 5 g khí Nitơ ở áp suất 3 at nhiệt độ 100C trong một xi lanh. Đốt nóng đẳng áp cho
dãn nở đến thể tích 8 lít. Tìm:
a- Nhiệt lượng cung cấp cho khí.
b- Độ biến thiên nội năng của khí.
c- Công của chất khí sing ra khi dãn nở.
Bài 2 trang 134 10.11 trang 157
Một kmol khí nitơ ở điều kiện tiêu chuẩn dãn đoạn nhiệt từ thể tích V1 đến V2 = 5V1. Tìm:
a- Công sinh ra khi khí dãn nở.
b- Biến thiên nội năng của khối khí.
Bài 3 trang 134 10.12 trang 157
160 gam khí Oxy được nung nóng từ nhiệt độ 500 đến 600C. Tìm nhiệt lượng mà khí nhận
được và độ biến thiên nội năng của khối khí trong hai quá trình:
a- Đẳng tích.
b- Đẳng áp.
17
18. Bài 4 trang 134 10.13 trang 157
Sau khi nhận được nhiệt lượng 150 cal, nhiệt độ của 40g khí Oxy tăng từ 160C đến 400C.
Hỏi quá trình nung nóng đó được tiến hành trong điều kiện nào?
Bài 5 trang 134 10.14 trang 157
6,5g khí Hyđrô ở nhiệt độ 270C nhận nhiệt nên thể tích dãn nở gấp đôi trong khi áp suất
không đổi. Tìm:
a- Công mà khí sinh ra.
b- Độ biến thiên nội năng của khối khí.
c- Nhiệt lượng đã cấp cho khối khí.
Bài 6 trang 134 Cùng dạng bài 10.15 trang158
Nén 10g khí Oxy từ điều kiện tiêu chuẩn đến thể tích 4 lít. Tìm:
a- Áp suất và nhiệt độ của khối khí sau mỗi quá trình nén đẳng nhiệt và đoản nhiệt.
b- Công cần thiết để nén khí trong mỗi trường hợp. Từ đó suy ra cách nén nào có lợi hơn?
Bài 7 trang 134 10.16 trang 158
Một kg không khí ở nhiệt độ 300C và áp suất 1,5at được dãn đoạn nhiệt đến áp suất 1at. Cho
biết không khí có μ = 29 kg/mol, hỏi:
a- Thể tích không khí tăng bao nhiêu lần?
b- Nhiệt độ của không khí sau khi dãn?
c- Công do không khí sinh ra khi dãn nở?
Bài 8 trang 134 10.17 trang 158
Một chất khí lưỡng nguyên tử có thể tích V1 = 0,5 lít ở áp suất p1 = 0,5 at bị nén đoạn nhiệt
tới thể tích V2 ở áp suất p2 nào đó. Sau đó người ta giữ nguyên thể tích V2 và làm lạnh nó
đến nhiệt độ ban đầu khi đó áp suất của khí là p0 = 1 at.
a- Vẽ đồ thị của quá trình đó.
b- Tìm thể tích V2 và áp suất p2.
18
19. 19
Bài 9 trang 134
Một kmol khí thực hiện một chu trình ABCD, trong đó AB và CD là hai quá trình đẳng
nhiệt ứng với nhiệt độ T1 và T2. BC và DA là hai quá trình đẳng tích ứng với thể tích V2 và
V1. Cho khối lượng của một kmol khí đó là μ.
a- Chứng minh rằng
=
b- Tìm công và nhiệt của chu trình.
Bài 10 trang 134
Một khối khí lưỡng nguyên tử thực hiện một chu trình như hình vẽ 11.10 trong đó 1-2 và 3-
4 là quá trình đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ T1, T2. 2-3 và 4-1 là hai quá trình đoạn nhiệt. Biết
V1 = 2l, p1 = 7at. T1 = 4000K, V2 = 5l, V3 = 8l. Tìm:
a- p2, p3, p4, V4, T2.
b- Công do khối khí thực hiện trong từng quá trình và cả chu trình.
c- Nhiệt mà khối khí trao đổi trong từng quá trình đẳng nhiệt.
CHƯƠNG 11 – NGUYÊN LÝ THỨ HAI
Bài 1 trang 159 Sách 2011: 11.1 trang 179
Một máy hơi nước có công suất 14,7 kW tiêu thụ 8,1 kg than trong một giờ. Năng suất tỏa
nhiệt của than là 7800 kCal/kg. Nhiệt độ của nguồn nóng là 2000C, nhiệt độ nguồn lạnh là
580C. Tìm hiệu suất thực tế của máy. So sánh hiệu suất đó với hiệu suất của máy nhiệt làm
việc theo chu trình Cacnô thuận nghịch với những nguồn nhiệt kể trên.
20. Bài 2 trang 159 11.2 trang 179
Một động cơ nhiệt chạy theo chu trình Cacnô thuận nghịch, nhả cho nguồn lạnh 80% lượng
nhiệt mà nó thu được của nguồn nóng. Nhiệt lượng thu được trong một chu trình là 1,5
kCal. Tìm:
a- Hiệu suất của chu trình trên.
b- Công mà động cơ thực hiện trong một chu trình.
Bài 3 trang 159 11.3 trang 179
Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Cacnô. Sau mỗi chu trình thực hiện một công
A’ = 7,35.104 J. Nhiệt độ của nguồn nóng là 1000C, nhiệt độ của nguồn lạnh là 00C. Tìm:
a- Hiệu suất của động cơ.
b- Nhiệt lượng nhận được của nguồn nóng sau một chu trình.
c- Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh sau một chu trình.
Bài 4 trang 159 11.4 trang 179
Một chu trình Cacnô thực hiện giữa hai máy điều nhiệt có nhiệt độ t1 = 4000C và t2 = 200C,
thời gian để thực hiện một chu trình là 1 giây. Tìm công suất của động cơ làm việc theo chu
trình ấy nếu biết tác nhân là 2 kg không khí, áp suất ở cuối quá trình dãn đẳng nhiệt bằng áp
suất ở đầu quá trình nén đoạn nhiệt. Cho khối lượng của một kmol không khí μ = 29
(kg/kmol), i = 5.
Bài 5 trang 160 11.8 trang 180
Một kmol khí lý tưởng thực hiện một chu trình gồm hai quá trình đẳng tích và hai quá trình
đẳng áp. Khi đó thể tích của khí thay đổi từ V1 = 25 m3 đến V2 = 50 m3 và áp suất từ
p1 = 1 at đến p2 = 2 at. Hỏi công thực hiện bởi chu trình này nhỏ hơn bao nhiêu lần công
thực hiện bởi chu trình Cacnô có các đường đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ lớn nhất và nhỏ
nhất của chu trình trên nếu khi dãn đẳng nhiệt thể tích tăng lên hai lần.
Bài 6 trang 160 11.10 trang 180
Tính độ biến thiên Entrôpi khi đốt nóng đẳng áp 6,5 gam Hyđrô để thể tích khí tăng lên gấp
đôi.
20
21. Bài 7 trang 160 11.11 trang 181
Một 10 gam Oxy được đốt nóng từ t1 = 500C đến t2 = 1500C. Tính độ biến thiên Entrôpi nếu
đốt nóng:
a- Đẳng tích.
b- Đẳng áp.
Bài 8 trang 160 11.12 trang 181
Tính độ biến thiên Entrôpi của một chất khí lý tưởng lưỡng nguyên tử khi trạng thái của nó
thay đổi từ A đến B (xem hình vẽ) theo:
a- đường ACB
b- đường ADB.
Biết: V1 = 3 lít; p1 = 8,31.105 N/m2; t1 = 270C
21
V1 = 4,5 lít; p2 = 6.105 N/m2.
Bài 9 trang 160 11.13 trang 181
Bỏ 100 gam nước đá ở 00C vào 400 gam nước ở 300C trong một bình có vỏ cách nhiệt lý
tưởng. Tính biến thiên Entrôpi của hệ trong quá trình trao đổi nhiệt, từ đó suy ra nhiệt chỉ
truyền từ vật nóng sang vật lạnh. Cho nhiệt nóng chảy nước đá là = 80 kCal/kg và nhiệt
dung riêng của nước 1 kCal/kg.độ.
Bài 10 trang 160
Có hai bình khí: bình thứ nhất có thể tích V1 = 2 lít chứa Nitơ ở áp suất p1 = 1 at, bình thứ
hai có thể tích V2 = 3 lít chứa khí CO ở áp suất p2 = 5 at. Cho hai bình thông nhau và đặt
chúng trong một vỏ cách nhiệt lý tưởng. Tính độ biến thiên Entroopi của hệ hai khí trộn lẫn
vào nhau, cho biết nhiệt độ ban đầu trong hai bình đều bằng 270C.