1. На каком явлении основан принцип действия жидкостного термометра?
1) изменение давления паров жидкости при изменении температуры
+2) изменение объёма жидкости при изменении температуры
3) изменение скорости диффузии в жидкостях при изменении температуры
4) изменение скорости испарения жидкости при изменении температуры
2. Что характеризует температура?
1) скорость движения одной молекулы
2) скорость движения множества молекул
3) взаимодействие молекул
+4) среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул
3. Стальную деталь просверлили. Как изменилась её внутренняя энергия?
1) увеличилась за счёт теплопередачи
+2) увеличилась за счёт совершения работы
3) уменьшилась за счёт совершения работы
4) уменьшилась за счёт теплопередачи
4. Кусок свинца поместили в пламя газовой горелки. Как изменилась его внутренняя энергия?
1) увеличилась за счёт совершения работы
2) уменьшилась за счёт совершения работы
3) уменьшилась за счёт теплопередачи
+4) увеличилась за счёт теплопередачи
5. На графике (рис. 182) показано изменение температуры некоторого твёрдого тела с течением времени. Определите начальную и конечную температуру тела. Охарактеризуйте изменение внутренней энергии тела на каждом участке графика за всё время наблюдения.
Начальная температура 40°С, конечная температура 20°С Внутренняя энергия тела уменьшается на участке 0-5 мин Внутренняя энергия тела увеличивается на участке 5-10 мин Внутренняя энергия тела не изменяется на участке 10-15 мин Внутренняя энергия тела уменьшается на участке после 15 мин
6. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железного утюга массой 400 г от температуры 20 °C до температуры 240 °C?
Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания железного утюга, используем формулу:
Q = m * c * ΔT
где:
Q — количество теплоты (в Джоулях), m — масса (в кг), c — удельная теплоёмкость (в Дж/(кг·°C)), ΔT — изменение температуры (в °C). Для железа:
m = 0,4 кг (400 г), c для железа ≈ 460 Дж/(кг·°C), ΔT = 240 - 20 = 220 °C. Теперь подставим значения:
Q = 0,4 * 460 * 220
Q = 0,4 * 460 * 220 ≈ 40 480 Дж
Таким образом, необходимо около 40 480 Дж теплоты для нагревания утюга.
7. Какое количество теплоты выделится при охлаждении от температуры 80 °C: а) 3 кг воды до температуры 20 °C; б) 50 л воды до температуры 20 °C?
Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при охлаждении воды, используем ту же формулу:
а) Для 3 кг воды: Масса m = 3 кг, Удельная теплоёмкость воды c ≈ 4180 Дж/(кг·°C), Изменение температуры ΔT = 80 - 20 = 60 °C. Теперь подставим значения:
Q = 3 * 4180 * 60
Q = 3 * 4180 * 60 ≈ 754 800 Дж
При охлаждении 3 кг воды до температуры 20 °C выделится около 754 800 Дж.
б) Для 50 л воды (это 50 кг): Масса m = 50 кг, Удельная теплоёмкость c ≈ 4180 Дж/(кг·°C), Изменение температуры ΔT = 80 - 20 = 60 °C. Теперь подставим значения:
Q = 50 * 4180 * 60
Q = 50 * 4180 * 60 ≈ 12 540 000 Дж
При охлаждении 50 л воды до температуры 20 °C выделится около 12 540 000 Дж.
8. При остывании стальной детали массой 3 кг от температуры 600 °C до температуры 20 °C выделилось количество теплоты 870 кДж. Какова удельная теплоёмкость стали?
Используем ту же формулу, чтобы найти удельную теплоёмкость:
Q = 870 кДж = 870 000 Дж, m = 3 кг, ΔT = 600 - 20 = 580 °C. Теперь выразим c:
c = Q / (m * ΔT)
Подставим значения:
c = 870 000 / (3 * 580)
c = 870 000 / 1740 ≈ 500 Дж/(кг·°C)
Таким образом, удельная теплоёмкость стали составляет около 500 Дж/(кг·°C).
9. Определите массу куска серебра, если за промежуток времени от 5 до 10 мин (см. рис. 182) он получил от нагревателя количество теплоты 12 кДж.
Для решения задачи используем формулу:
m = Q / (c * (T2 - T1)),
Q = 12 кДж = 12000 Дж — количество теплоты, c = 250 Дж/(кг·°C) — удельная теплоёмкость серебра, T2 = 80 °C — конечная температура, T1 = 20 °C — начальная температура. Подставляем данные в формулу:
m = 12000 / (250 * (80 - 20)).
Вычисляем разность температур:
T2 - T1 = 80 - 20 = 60 °C.
Теперь считаем:
m = 12000 / (250 * 60) = 12000 / 15000 = 0,8 кг.
Масса куска серебра равна 0,8 кг или 800 г.
Ответ: 800 г.
10. Термометр, показывающий температуру 22 °C, опускают в воду, после чего его показания увеличиваются до 70 °C. Чему равна температура воды до погружения термометра? Масса воды 40 г, теплоёмкость термометра 7 Дж/К
Задачу можно решить, используя закон сохранения энергии. Теплота, которую получила вода, передана термометру, и в процессе их температуры выравниваются.
Запишем уравнение теплового баланса:
Q_термометра = Q_воды.
Количество теплоты, полученное термометром:
Q_термометра = c_термометра * m_термометра * (T2 - T_начальное),
c_термометра = 7 Дж/К — теплоёмкость термометра, m_термометра = масса термометра (в задаче не указана, будем использовать формулу для удельной теплоёмкости), T2 = 70 °C — конечная температура термометра, T_начальное = 22 °C — начальная температура термометра. Количество теплоты, отданное водой:
Q_воды = c_воды * m_воды * (T_начальное_воды - T2),
c_воды = 4200 Дж/(кг·°C) — удельная теплоёмкость воды, m_воды = 40 г = 0,04 кг — масса воды, T_начальное_воды — начальная температура воды (неизвестна, это то, что нужно найти). Так как Q_термометра = Q_воды, приравниваем уравнения:
7 * (70 - 22) = 4200 * 0,04 * (T_начальное_воды - 70).
Считаем:
7 * 48 = 4200 * 0,04 * (T_начальное_воды - 70), 336 = 168 * (T_начальное_воды - 70).
Делим обе части уравнения на 168:
T_начальное_воды - 70 = 336 / 168, T_начальное_воды - 70 = 2.
Теперь находим T_начальное_воды:
T_начальное_воды = 70 + 2 = 72 °C.
Ответ: начальная температура воды была 72 °C.
11. Что происходит с температурой куска олова с момента начала плавления до его окончания?
С момента начала плавления до его окончания температура куска олова остаётся постоянной. Это связано с тем, что вся энергия, которую получает олово, тратится на фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое, а не на повышение температуры.
12. На каком из графиков зависимости температуры от времени (рис. 183) есть участок, соответствующий процессу кристаллизации?
На рисунке 2.
13. В углубление, сделанное во льду, взятом при температуре 0 °C, положили кусок олова массой 66 г при температуре 110 °C. Какова масса растаявшего льда?
Обозначим: m_Л — массу растаявшего льда, m_ОЛ — массу олова, которая равна 66 г (0,066 кг), c — удельная теплоёмкость олова, равная 230 Дж/(кг·°C), T1 — начальная температура олова, равная 110 °C, T2 — конечная температура, равная 0 °C (температура льда). Количество теплоты, отданное оловом при остывании до 0 °C: Q_ост = m_ОЛ * c * (T1 - T2).
Подставим известные значения:
Q_ост = 0,066 кг * 230 Дж/(кг·°C) * (110 °C - 0 °C) = 0,066 * 230 * 110 = 1663,8 Дж.
Количество теплоты, необходимое для плавления льда, выражается через массу растаявшего льда и удельную теплоту плавления льда (λ), равную 334000 Дж/кг: Q_пл = m_Л * λ.
Установим равенство: Q_пл = Q_ост.
m_Л * λ = m_ОЛ * c * (T1 - T2).
Выразим массу растаявшего льда: m_Л = Q_ост / λ = 1663,8 Дж / 334000 Дж/кг.
Подсчитаем: m_Л ≈ 0,00497 кг = 4,97 г.
Ответ: масса растаявшего льда составляет примерно 5 г.
14. Когда в лед, температура которого 0 °C, положили кусок металла массой 3 кг, предварительно прогретый в кипящей воде, под ним расплавилось 360 г льда. Какова удельная теплоёмкость металла?
Данные:
Масса металла (m_металла) = 3 кг Масса растаявшего льда (m_льда) = 360 г = 0.36 кг Удельная теплота плавления льда (L) = 334 кДж/кг = 334000 Дж/кг Решение: Определим количество теплоты, которое было выделено при таянии льда: Q_леда = m_льда * L
Q_леда = 0.36 * 334000 = 120240 Дж
Определим, сколько теплоты отдал металл, охлаждаясь: Q_металла = m_металла * c_металла * (t_металла - t_конечная)
где t_металла — температура кипящей воды, t_конечная = 0 °C.
Температура кипящей воды (t_металла) = 100 °C.
Теперь запишем уравнение теплового баланса: Q_металла = Q_льда
m_металла * c_металла * (100 - 0) = 120240
3 * c_металла * 100 = 120240
Теперь найдём c_металла: c_металла = 120240 / (3 * 100) = 400.8 Дж/(кг·°C)
Ответ: Удельная теплоёмкость металла равна 400.8 Дж/(кг·°C).
15. На каком из графиков зависимости температуры от времени (рис. 184) есть участок, соответствующий процессу кипения?
На рисунке 3.
16. Какое количество теплоты потребуется, чтобы довести до кипения 4 кг воды, находящейся при температуре 10 °C, и полностью испарить её?
Сначала рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды до 100 °C:
Q1 = c * m * ΔT, где c — удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг·°C)), m — масса воды (4 кг), ΔT — изменение температуры (100 °C - 10 °C = 90 °C).
Подставим значения: Q1 = 4200 * 4 * 90 = 1512000 Дж или 1.512 * 10^6 Дж.
Теперь определим количество теплоты, необходимое для испарения этой воды:
Q2 = L * m, где L — теплота парообразования (2.3 * 10^6 Дж/кг), m — масса воды (4 кг).
Подставим значения: Q2 = 2.3 * 10^6 * 4 = 9200000 Дж или 9.2 * 10^6 Дж.
Теперь сложим оба значения, чтобы найти общее количество теплоты:
Q = Q1 + Q2 = 1.512 * 10^6 Дж + 9.2 * 10^6 Дж = 1.1 * 10^7 Дж.
17. В цилиндре под поршнем находилось твёрдое вещество. Цилиндр поместили в печь. Сначала его нагревали, а в некоторый момент начали охлаждать. На рисунке 185 приведён график изменения температуры t вещества с течением времени г. Дайте названия процессам, которым соответствуют участки графика.
Участок AB показывает, как твердое вещество нагревается, поглощая теплоту, что приводит к увеличению его температуры.
Участок BC характеризует плавление, когда твердое вещество переходит в жидкое состояние, при этом температура остаётся постоянной, пока не завершится процесс плавления.
Участок CD представляет собой нагрев жидкости, где температура увеличивается, так как жидкость продолжает поглощать тепло.
Участок DE — это процесс кипения, когда жидкость превращается в пар, и, как и при плавлении, температура остаётся постоянной до завершения этого процесса.
Участок EF обозначает нагрев пара, при котором его температура повышается.
Участок FG — охлаждение пара, когда температура пара снижается.
Участок GH соответствует конденсации, когда пар переходит обратно в жидкое состояние, и температура остаётся неизменной в процессе.
Участок HK показывает охлаждение жидкости, где её температура уменьшается.
Участок KL — это кристаллизация, когда жидкость превращается в твердое состояние, и температура остаётся постоянной до завершения этого процесса.
Участок LM показывает, как твердое тело продолжает охлаждаться после кристаллизации.
18. Сколько килограммов льда, взятого при температуре 0 °C, расплавится, если ему сообщить такое же количество теплоты, которое выделится при конденсации 13,2 кг водяного пара при температуре 100 °C?
Чтобы определить количество льда, который расплавится, используем ту же концепцию. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации водяного пара, рассчитывается по формуле: Q = m * L, где m = 13,2 кг и L = 2260 кДж/кг.
Количество теплоты, выделяющееся при конденсации: Q = 13,2 * 2260 = 29832 кДж.
Теперь определим, сколько килограммов льда расплавится при этом количестве теплоты. Для этого используем формулу: Q = m_лед * L_лед, где L_лед = 334 кДж/кг (теплота плавления льда).
Подставляем известные значения и решаем уравнение: 29832 = m_лед * 334.
Находим m_лед: m_лед = 29832 / 334 ≈ 89,3 кг.
19. Каковы показания сухого и влажного термометров психрометра, если разность их показаний 5 °C, а относительная влажность воздуха равна: а) 40%; б) 62%; в) 35% ?
Пример для 40% относительной влажности: Относительная влажность 40% и разность 5 °C: Сначала по таблицам или эмпирическим данным определяем, что для 40% относительной влажности при разности температур 5 °C: Тсух ≈ 8 °C Твлаж = Тсух - 5 °C = 3 °C. Пример для 62% относительной влажности: Относительная влажность 62% и разность 5 °C: Аналогично, смотрим в таблицу или используем психрометрическую формулу: Тсух ≈ 24 °C Твлаж = 24 °C - 5 °C = 19 °C. Пример для 35% относительной влажности: Относительная влажность 35% и разность 5 °C: Тсух ≈ 6 °C Твлаж = 6 °C - 5 °C = 1 °C.
20. Какое топливо использовали для нагревания и превращения в пар 900 г воды с начальной температурой 39 °C, если истратили 50 г топлива?
Дано:
Масса воды: m_T = 900 г = 0.9 кг Начальная температура воды: T1 = 39 °C Конечная температура (при парообразовании): T2 = 100 °C Масса топлива: m_P = 50 г = 0.05 кг Удельная теплоёмкость воды: c = 4200 Дж/(кг·°C) Теплота парообразования: L = 2.3 * 10^6 Дж/кг Расчет: Общее количество теплоты, необходимое для нагрева и превращения воды в пар, можно представить как сумму теплоты, необходимой для нагрева (Q1), и теплоты, необходимой для испарения (Q2):
1. Нагрев воды: Q1 = c * m_T * (T2 - T1) Q1 = 4200 * 0.9 * (100 - 39) Q1 = 4200 * 0.9 * 61 Q1 = 230340 Дж
2. Испарение воды: Q2 = L * m_T Q2 = 2.3 * 10^6 * 0.9 Q2 = 2070000 Дж
3. Общее количество теплоты: Q = Q1 + Q2 Q = 230340 + 2070000 Q = 2300340 Дж
4. Найдем теплоту, выделяющуюся при сгорании топлива: q = Q / m_P q = 2300340 / 0.05 q = 46006800 Дж/кг
Ответ: Теплотворная способность топлива составляет примерно 4.6 * 10^7 Дж/кг.
21. Может ли существовать электрическое поле в вакууме?
Да, электрическое поле может существовать в вакууме. Электрические поля создаются зарядами, и они могут распространяться в пространстве, даже если оно пустое. Например, если в вакууме находится заряд, он создаст электрическое поле вокруг себя, которое будет действовать на любые другие заряды, помещённые в это поле. Таким образом, электрические поля не зависят от наличия материальных сред.
22. На рисунке 186 приведён график зависимости от времени заряда, про-шедшего по проводнику. Чему равна сила тока в проводнике?
На графике зависимости заряда от времени видно, что заряд увеличивается линейно. Это указывает на постоянную силу тока.
Чтобы найти силу тока, используем формулу:
Сила тока равна заряду, делённому на время.
На графике видно, что:
При времени 4 секунды заряд составляет 40 мКл. Теперь подставляем значения:
Сила тока = 40 мКл / 4 с = 10 мА.
23. На рисунке 187 приведён график зависимости силы тока в проводнике от времени. Какой заряд проходит по проводнику за 2 мин?
На рисунке с графиком зависимости силы тока от времени видно, что сила тока постоянна и равна 10 мА.
Чтобы найти заряд, который проходит через проводник за 2 минуты, сначала переведём время в секунды:
2 минуты = 2 * 60 = 120 секунд.
Теперь находим заряд:
Заряд = сила тока * время.
Заряд = 10 мА * 120 с = 1200 мКл.
Итак, заряд, который проходит через проводник за 2 минуты, составляет 1200 мКл.
24. Установите соответствие между физическим законом и формулой.
A) Закон сохранения электрического заряда
Б) Закон Ома для участка цепи
B) Закон Джоуля—Ленца
1) I=U/R
2) R=ρl/S
3) q1+q2+q3=const
4) Q=I^2Rt
Закон сохранения электрического заряда (A) соответствует формуле 3: q1 + q2 + q3 = const.
Закон Ома для участка цепи (Б) соответствует формуле 1: I = U / R.
Закон Джоуля—Ленца (B) соответствует формуле 4: Q = I²Rt.
Таким образом, соответствие выглядит так:
A) 3 Б) 1 B) 4