Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện. Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình vẽ, đoạn dây dẫn PQ có trọng lượng P, được treo nằm ngang bởi hai sợi dây dẫn mảnh, nhẹ tại hai điểm M và N. Ban đầu khoá k ngắt, các dây treo có phương thẳng đứng. Đóng khóa k, dòng điện đi qua PQ, khi cân bằng một phần thanh PQ nằm trong từ trường đều giữa hai cực của nam châm, vuông góc với các đường sức từ. Khi đó các dây treo hợp với phương ngang một góc \(\theta \). Thay đổi cường độ dòng điện I qua thanh PQ và ghi lại giá trị của góc \(\theta \) tương ứng.

Đáp án đúng là C

Ban đầu ba viên bi có cùng nhiệt độ. Khi bỏ vào cốc nước nóng đến khi cân bằng nhiệt, cả ba viên bi sẽ đạt cùng một nhiệt độ cuối. Do đó, độ biến thiên nhiệt độ \({\rm{\Delta }}t\) của ba viên bi là như nhau.

Gọi khối lượng của viên bi nhôm là \({m_2} = m\).

Theo giả thiết \({m_1} = 2{m_2} = {m_3}\), ta có:

Khối lượng viên bi sắt: \({m_1} = 2m\).

Khối lượng viên bi đồng: \({m_3} = 2m\).

Nhiệt lượng mà mỗi viên bi thu vào được tính bằng:

Viên bi sắt: \({Q_1} = {m_1}{c_{sat}}{\rm{\Delta }}t = 2m.0,46.{\rm{\Delta }}t = 0,92m{\rm{\Delta }}t\).

Viên bi nhôm: \({Q_2} = {m_2}{c_{nhom}}{\rm{\Delta }}t = m.0,88.{\rm{\Delta }}t = 0,88m{\rm{\Delta }}t\).

Viên bi đồng: \({Q_3} = {m_3}{c_{d{\rm{o}}ng}}{\rm{\Delta }}t = 2m.0,38.{\rm{\Delta }}t = 0,76m{\rm{\Delta }}t\).

So sánh các hệ số, ta thấy: \(0,92 > 0,88 > 0,76 \Rightarrow {Q_1} > {Q_2} > {Q_3}\).

Vậy viên bi sắt thu nhiệt lượng lớn nhất.

a) Ở bước 1 , khi chưa đóng khóa k , hệ thống chưa được cấp nhiệt và đang ở trạng thái cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh. Vì vậy, nhiệt độ ban đầu của nước \({t_0}\) mà nhiệt kế đo được cũng chính là nhiệt độ của môi trường.

⇒ a đúng.

b) Khi đóng khóa k, dòng điện làm điện trở nóng lên, nhiệt năng truyền từ điện trở sang nước làm nhiệt độ nước tăng. Vì nhiệt độ của nước lúc này lớn hơn nhiệt độ môi trường ( \(t > {t_0}\) ), nước sẽ tiếp tục truyền nhiệt ra môi trường.

⇒ b đúng.

c) Quá trình đạt "nhiệt độ ổn định" có nghĩa là đã ở trạng thái cân bằng. Khi đó, lượng nhiệt mà nước nhận vào từ điện trở mỗi giây bằng đúng lượng nhiệt mà nước tản ra môi trường mỗi giây.

⇒ Công suất tỏa nhiệt của điện trở bằng công suất tản nhiệt của nước.

⇒ c đúng.

d) Nhận định ban đầu của nhóm học sinh là: Công suất tản nhiệt tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ, tức là \({P_{{\rm{tan}}}} = k.\left( {t - {t_0}} \right)\) (với \(k\) là một hằng số).

Theo ý c, ở trạng thái ổn định, công suất điện cung cấp P bằng công suất tản nhiệt \({P_{{\rm{tan\;}}}}\),

Do đó ta có phương trình: \(P = k.\left( {t - {t_0}} \right) = k.{\rm{\Delta }}t\).

⇒ Mối liên hệ giữa \({\rm{\Delta }}t\) và P là hàm bậc nhất dạng \(y = a.x\), có đồ thị là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

⇒ d đúng.