Giải Hoạt động trang 30 SGK Vật lí 12

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