Sách giáo khoa Vật lí 12

Giải Hoạt động trang 30 SGK Vật lí 12

Bài 6. Thực hành: Đo nhiệt hoá hơi riêng của nước   Đã kiểm chéo

Đề bài

Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực hiện các yêu cầu sau:
– Vẽ đồ thị khối lượng $m$ theo thời gian $\tau$.
– Vẽ đường thẳng đi gần các điểm thực nghiệm nhất (tham khảo Hình 6.1). Chọn hai điểm P, Q tuỳ ý trên đồ thị, xác định giá trị khối lượng $m_P$, $m_Q$ và thời gian $\tau_P$, $\tau_Q$ tương ứng.
– Tính công suất trung bình của dòng điện qua điện trở của nhiệt lượng kế.
– Tính nhiệt hoá hơi riêng của nước theo công thức: $L = \dfrac{Q}{m} = \dfrac{\overline{\mathscr{P}}(\tau_Q - \tau_P)}{m_P - m_Q}$. Trong đó $\overline{\mathscr{P}}(\tau_Q - \tau_P)$ là nhiệt lượng do dòng điện qua điện trở toả ra trong thời gian $\tau_Q - \tau_P$; $(m_P - m_Q)$ là khối lượng nước đã hoá hơi trong khoảng thời gian trên.
– Xác định sai số của phép đo nhiệt hoá hơi riêng của nước.

Bài có hình vẽ / bảng trong sách — xem ở trang 30 · mở sách.
Mô tả hình bằng lời

Bảng 6.2. Ví dụ về kết quả thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước:

| Thời gian τ (s) | 0 | 120 | 240 | 360 | 480 | 600 | 720 | 840 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Công suất 𝒫 (W) | 0 | 15,21 | 15,19 | 15,21 | 15,23 | 15,19 | 15,21 | 15,19 |
| Khối lượng m (kg) | 0,1200 | 0,1191 | 0,1184 | 0,1179 | 0,1170 | 0,1161 | 0,1152 | 0,1141 |

Hình 6.1. Đồ thị quan hệ giữa khối lượng m (kg) theo trục tung và thời gian τ (s) theo trục hoành của quá trình hoá hơi của nước, vẽ từ số liệu Bảng 6.2. Các điểm thực nghiệm nằm gần một đường thẳng dốc xuống đi từ (0; 0,120) đến khoảng (840; 0,114). Trên đồ thị đánh dấu điểm P ứng với τ_P ≈ 200 s, m_P ≈ 0,1187 kg và điểm Q ứng với τ_Q ≈ 700 s, m_Q ≈ 0,1153 kg (xác định bằng các đường gióng nét đứt).

Lời giải

## Bài 6. Thực hành: Đo nhiệt hoá hơi riêng của nước

Số liệu dùng để xử lí (Bảng 6.2): trong suốt quá trình hoá hơi công suất của dòng điện gần như không đổi (khoảng 15,2 W); khối lượng nước giảm dần theo thời gian.

### a) Vẽ đồ thị khối lượng $m$ theo thời gian $\tau$

Lấy trục hoành là thời gian $\tau$ (s), trục tung là khối lượng $m$ (kg). Biểu diễn 8 cặp điểm thực nghiệm $(\tau; m)$ của Bảng 6.2:

$(0;\,0{,}1200),\ (120;\,0{,}1191),\ (240;\,0{,}1184),\ (360;\,0{,}1179),$

$(480;\,0{,}1170),\ (600;\,0{,}1161),\ (720;\,0{,}1152),\ (840;\,0{,}1141).$

Các điểm nằm gần một đường thẳng dốc xuống (khối lượng giảm đều theo thời gian vì nước bay hơi gần như đều đặn).

###

b) Vẽ đường thẳng gần các điểm nhất và chọn hai điểm P, Q

Dùng thước kẻ một đường thẳng đi gần tất cả các điểm thực nghiệm nhất (như Hình 6.1). Trên đường thẳng đó chọn tuỳ ý hai điểm P, Q và dùng các đường gióng nét đứt để đọc toạ độ:

- Điểm P: $\tau_P \approx 200\ \text{s}$, $m_P \approx 0{,}1187\ \text{kg}$.
- Điểm Q: $\tau_Q \approx 700\ \text{s}$, $m_Q \approx 0{,}1153\ \text{kg}$.

###

c) Công suất trung bình của dòng điện qua điện trở

Lấy trung bình cộng các giá trị công suất đo được trong lúc nước đang hoá hơi (bỏ giá trị $0$ lúc $\tau=0$):

$$\overline{\mathscr{P}}=\frac{15{,}21+15{,}19+15{,}21+15{,}23+15{,}19+15{,}21+15{,}19}{7}=\frac{106{,}43}{7}\approx 15{,}20\ \text{W}.$$

###

d) Tính nhiệt hoá hơi riêng của nước

Nhiệt lượng do dòng điện toả ra trong khoảng thời gian từ P đến Q:

$$Q=\overline{\mathscr{P}}\,(\tau_Q-\tau_P)=15{,}20\times(700-200)=15{,}20\times 500=7600\ \text{J}.$$

Khối lượng nước đã hoá hơi trong khoảng thời gian đó:

$$\Delta m=m_P-m_Q=0{,}1187-0{,}1153=0{,}0034\ \text{kg}.$$

Nhiệt hoá hơi riêng của nước:

$$L=\frac{Q}{\Delta m}=\frac{\overline{\mathscr{P}}\,(\tau_Q-\tau_P)}{m_P-m_Q}=\frac{7600}{0{,}0034}\approx 2{,}24\times 10^{6}\ \text{J/kg}.$$

Kết quả này phù hợp với giá trị tham khảo của nước ($L\approx 2{,}26\times10^{6}$ J/kg).

###

e) Sai số của phép đo

Từ công thức $L=\dfrac{\overline{\mathscr{P}}\,(\tau_Q-\tau_P)}{m_P-m_Q}$, sai số tỉ đối bằng tổng các sai số tỉ đối thành phần:

$$\frac{\delta L}{L}=\frac{\delta\overline{\mathscr{P}}}{\overline{\mathscr{P}}}+\frac{\delta(\tau_Q-\tau_P)}{\tau_Q-\tau_P}+\frac{\delta(m_P-m_Q)}{m_P-m_Q}.$$

- Công suất: độ lệch trung bình của các giá trị đo so với $\overline{\mathscr{P}}$ khoảng $0{,}01$ W, nên $\dfrac{\delta\overline{\mathscr{P}}}{\overline{\mathscr{P}}}\approx\dfrac{0{,}01}{15{,}20}\approx 0{,}1\%$.
- Thời gian: đọc toạ độ P, Q trên đồ thị với sai số mỗi điểm khoảng $5$ s, nên $\delta(\tau_Q-\tau_P)\approx 10$ s và $\dfrac{10}{500}\approx 2\%$.
- Khối lượng: cân hiện số có độ chia nhỏ nhất $0{,}0001$ kg, nên $\delta(m_P-m_Q)\approx 2\times 0{,}0001=0{,}0002$ kg và $\dfrac{0{,}0002}{0{,}0034}\approx 5{,}9\%$.

Do hiệu khối lượng $\Delta m$ nhỏ nên sai số do cân là lớn nhất. Tổng lại:

$$\frac{\delta L}{L}\approx 0{,}1\%+2\%+5{,}9\%\approx 8\%.$$

Sai số tuyệt đối:

$$\delta L\approx 0{,}08\times 2{,}24\times10^{6}\approx 0{,}18\times10^{6}\ \text{J/kg}.$$

Vậy kết quả phép đo:

$$\boxed{L=(2{,}24\pm 0{,}18)\times10^{6}\ \text{J/kg}.}$$

*Nhận xét: muốn giảm sai số nên chọn hai điểm P, Q cách xa nhau để hiệu $\Delta m$ lớn hơn, đồng thời dùng cân có độ chính xác cao hơn.*

Đáp số

Đồ thị m–τ là một đường thẳng dốc xuống (khối lượng giảm đều theo thời gian)P(τ_P ≈ 200 s; m_P ≈ 0,1187 kg), Q(τ_Q ≈ 700 s; m_Q ≈ 0,1153 kg)Công suất trung bình: P̄ ≈ 15,20 WL ≈ 2,24·10⁶ J/kgSai số ≈ 8%; L = (2,24 ± 0,18)·10⁶ J/kg

Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.