Gọi nhiệt độ bình thứ nhất sau khi đã cân bằng là \(t_1^oC\).

Phương trình cân bằng nhiệt sau khi rót lần thứ nhất:

\(m\cdot C\cdot\left(40-t_1\right)=3\cdot C\cdot\left(t_1-20\right)J\)

Phương trình cân bằng nhiệt sau khi rót lần thứ hai:

\(\left(4-m\right)C\cdot\left(38-40\right)=m\cdot C\cdot\left(t_1-38\right)J\)

\(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}m\cdot\left(40-t_1\right)=3\left(t_1-20\right)\\\left(4-m\right)\cdot\left(38-40\right)=m\cdot\left(t_1-38\right)\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}40m-mt_1=3t_1-60\\2m-8=mt_1-38m\end{matrix}\right.\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}40m=mt_1+3t_1-60\\40m=8+mt_1\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow mt_1+3t_1-60=8+mt_1\Rightarrow t_1=22,67^oC\)

\(\Rightarrow m=\dfrac{3\left(t_1-20\right)}{40-t_1}=\dfrac{3\left(22,67-20\right)}{40-22,67}=0,4622kg=462,2g\)

Ta có phương trình cân bằng nhiệt ( lần 1)

\(Q_{toả_1}=Q_{thu_1}\\ \Leftrightarrow4c\left(60-t_{cb_1}\right)=mc\left(t_{cb_1}-20\right)\\ \Leftrightarrow t_{cb_1}=\dfrac{240+20m}{m+4}\left(1\right)\) 

Ta có phương trình cân bằng nhiệt ( lần 2 )

\(Q_{toả_2}=Q_{thu_2}\\ \Leftrightarrow mc\left(t_{cb_1}-21,95\right)=\left(2-m\right)c.1,95\\ \Leftrightarrow t_{cb_1}=\dfrac{3,9+20m}{m}\left(2\right)\) 

Từ (1) và (2)

\(\Leftrightarrow\dfrac{240+20m}{m+4}=\dfrac{3,9+20m}{m}\) 

Giải phương trình trên ta được 

\(\Rightarrow m\approx0,1kg\) 

Thay m = 0,1kg ta được 

\(\Leftrightarrow t_{cb}=59^o\) 

Ta có phương trình cân bằng nhiệt lần 3

\(Q_{toả_3}=Q_{thu_3}\\ \Leftrightarrow4c\left(59-t_{cb}\right)=0,1c\left(t_{cb}-21,95\right)\\ \Rightarrow t_{cb}=58,1\)

a/ Giả sử khi rót lượng nước m từ bình 1 sang bình 2, nhiệt độ cân bằng của bình 2 là t nên ta có phương trình cân bằng:

m.(t - t₁) = m₂.(t₂ - t)       (1)

Tương tự lần rót tiếp theo nhiệt độ cân bằng ở bình 1 là t' = 21,95⁰C và lượng nước trong bình 1 lúc này chỉ còn (m₁ - m) nên ta có phương trình cân bằng:

m.(t - t') = (m₁ - m).(t' - t₁)          (2)

Từ (1) và (2) ta có pt sau:

m₂.(t₂ - t) = m₁.(t' - t₁)

       (3)

Thay (3) vào (2) tính toán ta rút phương trình sau:

      (4)

Thay số vào (3) và (4) ta tìm được: t = 59⁰C và m = 0,1 Kg.

b/ Lúc này nhiệt độ của bình 1 và bình 2 lần lượt là 21,95⁰C và 59⁰C bây giờ ta thực hiện rót 0,1Kg nước từ bình 1 sang bình 2 thì ta có thể viết được phương trình sau:

m.(T₂ - t') = m₂.(t - T₂)

⁰C

Bây giờ ta tiếp tục rót từ bình 2 sang bình 1 ta cũng dễ dàng viết được phương trình sau:

m.(T₁ - T₂) = (m₁ - m).(t - T₁)

⁰C

dấu / là phân số

a/ Giả sử khi rót lượng nước m từ bình 1 sang bình 2, nhiệt độ cân bằng của bình 2 là t nên ta có phương trình cân bằng:

m.(t - t₁) = m₂.(t₂ - t)       (1)

Tương tự lần rót tiếp theo nhiệt độ cân bằng ở bình 1 là t' = 21,95⁰C và lượng nước trong bình 1 lúc này chỉ còn (m₁ - m) nên ta có phương trình cân bằng:

m.(t - t') = (m₁ - m).(t' - t₁)          (2)

Từ (1) và (2) ta có pt sau:

m₂.(t₂ - t) = m₁.(t' - t₁)

        (3)

Thay (3) vào (2) tính toán ta rút phương trình sau:

       (4)

Thay số vào (3) và (4) ta tìm được: t = 59⁰C và m = 0,1 Kg.

b/ Lúc này nhiệt độ của bình 1 và bình 2 lần lượt là 21,95⁰C và 59⁰C bây giờ ta thực hiện rót 0,1Kg nước từ bình 1 sang bình 2 thì ta có thể viết được phương trình sau:

m.(T₂ - t') = m₂.(t - T₂)

⁰C 

Bây giờ ta tiếp tục rót từ bình 2 sang bình 1 ta cũng dễ dàng viết được phương trình sau:

m.(T₁ - T₂) = (m₁ - m).(t - T₁)

⁰C 

dấu / này làn phân số

*Khi trút trong lần 1:

-Nhiệt lượng nước ở bình 1 lúc đầu thu vào là:

\(Q_{thu_1}=m_1.c.\left(t-t_1\right)=4.4200.\left(t-20\right)=16800.\left(t-20\right)\left(J\right)\).

-Nhiệt lượng nước trút từ bình 2 sang bình 1 tỏa ra là:

\(Q_{tỏa_1}=m.c.\left(t_2-t\right)=4200m.\left(40-t\right)=\left(J\right)\)

-Bỏ qua sự mất mát nhiệt, ta có phương trình cân bằng nhiệt:

\(Q_{thu_1}=Q_{tỏa_1}\)

\(\Leftrightarrow16800\left(t-20\right)=4200m\left(40-t\right)\)

\(\Leftrightarrow16800t-336000=168000m-4200t\)

\(\Leftrightarrow21000t=504000m\)

\(\Leftrightarrow t=24m\left(^oC\right)\).

*Lần 2:

-Vì nhiệt độ cân bằng lần 2 là 38^oC nên nước ở bình 2 lúc đó tỏa nhiệt, còn lượng nước trút lần 2 thu nhiệt.

-Lượng nước ở bình 2 sau lần đầu trút là:

 \(m_2'=m_2-m=8-m\left(kg\right)\)

-Nhiệt lượng nước trút từ bình 1 sang bình 2 thu vào là:

\(Q_{thu_2}=m.c.\left(t'-t\right)=4200m.\left(38-24m\right)\left(J\right)\)

-Nhiệt lượng nước ở bình 2 sau lần đầu trút tỏa ra là:

\(Q_{tỏa_2}=m_2'.c.\left(t_2-t'\right)=\left(8-m\right).4200.\left(40-38\right)=8400\left(8-m\right)\left(J\right)\)

-Bỏ qua sự mất mát nhiệt, ta có phương trình cân bằng nhiệt:

\(Q_{thu_2}=Q_{tỏa_2}\)

\(\Leftrightarrow4200m.\left(38-24m\right)=8400\left(8-m\right)\)

\(\Leftrightarrow159600m-100800m^2=67200-8400m\)

\(\Leftrightarrow168000m-100800m^2-67200=0\)

\(\Leftrightarrow\left[{}\begin{matrix}m=1\left(nhận\right)\\m=\dfrac{2}{3}\left(loại\right)\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow\)Lượng nước đã trút trong mỗi lần là: \(m=1\left(kg\right)\) và nhiệt độ ở bình 1 sau lần đổ thứ nhất là: \(t=24m=24.1=24^oC\)

-Sửa lại:

\(\Leftrightarrow\left[{}\begin{matrix}m=1\\m=\dfrac{2}{3}\end{matrix}\right.\)

-Nếu \(m=1:\)

\(\Rightarrow\)Lượng nước đã trút trong mỗi lần là \(1\left(l\right)\) và nhiệt độ ở bình 1 sau lần đổ thứ nhất là \(24^oC\) (chọn trường hợp này do \(24^oC>20^oC\))

-Nếu \(m=\dfrac{2}{3}:\)

\(\Rightarrow\)Lượng nước đã trút trong mỗi lần là \(\dfrac{2}{3}\left(l\right)\) và nhiệt độ ở bình 1 sau lần đổ thứ nhất là \(16^oC\) (loại trường hợp này do \(16^oC< 20^oC\))

Nhiệt lượng để nước đá để tăng lên 0^oC

\(Q_2=m_2.c_2.\left(t-t_2\right)=6.2100.\left(0--20\right)=252000J\)

Nhiệt lượng nước tỏa ra để hạ xuống 0^oC

\(Q_1=m_1.c_1.\left(t_1-t\right)=2.4200.\left(25-0\right)=210000J\)

Vì \(Q_1< Q_2\) nên có một lượng nước sẽ đông đặc. Gọi khối lượng nước đông đặc là \(m_3\), ta có phương trình cân bằng nhiệt: 

\(252000=210000+340000m_3\)

\(\Leftrightarrow252000-210000=340000m_3\)

\(\Leftrightarrow42000=340000m_3\)

\(\Leftrightarrow m_3=\dfrac{4200}{3400000}\approx0,12kg\)

Vậy nhiệt độ sau khi cân bằng: \(0^oC\)

Lượng nước còn lại: \(2-0,12=1,88kg\)

a. Nhiệt độ cân bằng ở bình 2 và lượng nước đã rót là:

\(Q_{toa}=Q_{thu}\)

\(<=> m_2c(t_2-t)=mc(t-t_1)\)

\(<=> 4(60-t)=m(t-20)\)

\(<=> m=\dfrac{4(60-t)}{t-20}(1)\)

\(Q_{toa}=Q_{thu}\)

\(<=> mc(t-t')=(m_1-m)c(t'-t_1)\)

\(<=> m(t-21,95)=(2-m)(21,95-20)\)

\(<=> m(t-21,95)=3,9-1,95 m\)

\(<=> m(t-20)=3,9=> m=\dfrac{3,9}{t-20}(2)\)

Từ \((1)(2)\) \(=> \dfrac{4(60-t)}{t-20}=\dfrac{3,9}{t-20}\)

\(<=> 240-4t=3,9\)

\(<=> 4t=236,1=> t=59,025^oC\)

\(=> m=\dfrac{3,9}{59,025-20}=0,1kg\)

b. Nếu tiếp tục thực hiện lần thứ hai nhiệt độ cân bằng ở mỗi bình là:

\(Q_{toa}=Q_{thu}\)

\(<=> m_2c(t-t_2')=mc(t_2'-t')\)

\(<=> 4(59,025-t_2')=0,1(t_2'-21,95)\)

\(<=> t_2'=58,12^oC\)

\(Q_{toa}=Q_{thu}\)

\(<=>mc(t_2'-t_1')=(m_1-m)c(t_1'-t_1)\)

\(<=>0,1(58,12-t_1')=(2-0,1)(t_1'-21,95)\)

\(<=>t_1'=23,76^oC\)

Đáp án : B

- Giả sử khi rót lượng nước m (kg) từ bình 1 sang bình 2, nhiệt độ cân bằng của bình 2 là t nên ta có phương trình cân bằng:

   m.c.(t - t 1 ) =  m 2 .c.( t 2  - t)

   ⇒ m.(t -  t 1 ) =  m 2 .( t 2  - t) (1)

- Tương tự lần rót tiếp theo nhiệt độ cân bằng ở bình 1 là t ' = 21,95°C và lượng nước trong bình 1 lúc này chỉ còn ( m 1  - m) nên ta có phương trình cân bằng:

   m.c(t -  t ' ) = ( m 1  - m).c( t '  -  t 1 )

   ⇒ m.(t -  t ' ) = ( m 1  - m).( t '  -  t 1 )

   ⇒ m.(t –  t ' ) =  m 1 .( t '  – t1) – m.( t '  –  t 1 )

   ⇒ m.(t –  t ' ) + m.( t '  – t1) =  m 1 ( t '  –  t 1 )

   ⇒ m.(t –  t 1 ) =  m 1 .( t '  –  t 1 ) (2)

- Từ (1) và (2) ta có pt sau:

    m 2 .( t 2  - t) =  m 1 .( t '  -  t 1 )

   ⇒ 4.(60 – t) = 2.(21,95 – 20)

   ⇒ t = 59,025°C

- Thay vào (2) ta được

   m.(59,025 – 20) = 2.(21,95 – 20)

⇒ m = 0,1 (kg)