С идеальным одноатомным газом который находится в сосуде с поршнем провели два опыта в первом опыте
28. На VТ-диаграмме показано, как изменялись объём и температура некоторого постоянного количества разреженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялось давление газа р на каждом из трёх участков 1–2, 2–3, 3–4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. (Решение)
29. Тонкий однородный стержень АВ шарнирно закреплён в точке А и удерживается горизонтальной нитью ВС (см. рисунок). Трение в шарнире пренебрежимо мало́. Масса стержня m = 1 кг, угол его наклона к горизонту α = 45°. Найдите модуль силы F, действующей на стержень со стороны шарнира. Сделайте рисунок, на котором укажите все силы, действующие на стержень. (Решение).
30. С идеальным одноатомным газом, который находится в сосуде с поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q1, в результате чего его температура повысилась на Δ Т = 1 К. Во втором опыте, предоставив газу возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q2, которое на 208 Дж больше, чем Q1. В результате температура газа повысилась, как и в первом случае, на Δ Т. Какова, по данным этих двух опытов, молярная масса газа, если его масса m = 1 кг? (Решение).
31. В цепи, изображённой на рисунке, ЭДС батареи равна 100 В, сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и R2 = 6 Ом, а ёмкости конденсаторов С1 = 60 мкФ и С2 = 100 мкФ. В начальном состоянии ключ К разомкнут, а конденсаторы не заряжены. Через некоторое время после замыкания ключа в системе установится равновесие. Какое количество теплоты выделится в цепи к моменту установления равновесия? (Решение).
32. В опыте по изучению фотоэффекта свет частотой ν = 6,1·10 14 Гц падает на поверхность катода, в результате чего в цепи возникает ток. График зависимости силы тока I от напряжения U между анодом и катодом приведён на рисунке. Какова мощность падающего света Р, если в среднем один из 20 фотонов, падающих на катод, выбивает электрон? (Решение)
С идеальным одноатомным газом который находится в сосуде с поршнем провели два опыта в первом опыте
7DC495 Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах p — n, где p — давление газа, n — его концентрация. Определите, получает газ теплоту или отдаёт в процессах 1-2 и 2-3. Ответ поясните, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, объясните построение графика.
Определите, во сколько раз работа газа в процессе 2-3 больше модуля работы внешних сил в процессе 4-1.
С идеальным одноатомным газом который находится в сосуде с поршнем провели два опыта в первом опыте
С1-1. На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В сосуде под тяжёлым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ. Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз. Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, куда сдвинется поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится температура газа в сосуде. Трением между поршнем и стенками сосуда, а также утечкой газа из сосуда пренебречь.
С1-2. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
С1-2. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
С1-3. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится газ, который может просачиваться сквозь зазор вокруг поршня. В опыте по изотермическому сжатию газа его объем уменьшился вдвое, а давление газа упало в 3 раза. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре? (Газ считать идеальным.)
C1-5. Ha V T-диаграмме показано, как изменялись объём и температура некоторого постоянного количества разреженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялось давление газа р на каждом из трёх участков 1—2, 2—3, 3—4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
C1-6. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
С3-9. Нагреваемый при постоянном давлении идеальный одноатомный газ совершил работу 400 Дж. Какое количество теплоты было передано газу?
С3-11. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили в 8 раз, давление воздуха в сосуде увеличилось в 2 раза, а его абсолютная температура увеличилась в 1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)
С3-12. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили в 4 раза, давление воздуха в сосуде увеличилось тоже в 4 раза, а его абсолютная температура увеличилась в 1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)
С3-13. С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q1 = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на некоторую величину ΔT. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q2 = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на ΔT. Каким было изменение температуры ΔT в опытах? Масса азота m = 1 кг.
С3-14. С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q1 = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на 1 К. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q2 = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на 1 К. Определите массу азота в опытах.
С3-15. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление p = 4 • 10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня L = 30 см. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газа поршень сдвинулся на расстояние х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной Fтр = 3•10 3 H. Какое количество теплоты получил газ в этом процессе? Считать, что сосуд находится в вакууме.
С3-16. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Давление окружающего воздуха р = 10 5 Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. В процессе медленного охлаждения от газа отведено количество теплоты │Q│ = 75 Дж. При этом поршень передвинулся на расстояние х = 10 см. Чему равна площадь поперечного сечения поршня? Количество вещества газа постоянно.
С3-17. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа р1 = 4 · 10 5 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной Fтp = 3 · 10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.
С3-18.Вертикальный замкнутый цилиндрический сосуд высотой 50 см разделен подвижным поршнем весом 110 Н на две части, в каждой из которых содержится одинаковое количество идеального газа при температуре 361 К. Сколько молей газа находится в каждой части цилиндра, если поршень находится на высоте 20 см от дна сосуда? Толщиной поршня пренебречь.
С3-19.В вертикальном теплоизолированном цилиндрическом сосуде под поршнем находится 0,5 моль гелия, нагретого до некоторой температуры. Поршень сначала удерживают, затем отпускают, и он начинает подниматься. Масса поршня 1 кг. Какую скорость приобретет поршень к моменту, когда поршень поднимется на 4 см, а гелий охладится на 20 К? Трением и теплообменом с поршнем пренебречь.
С3-20. Теплоизолированный сосуд объемом V = 2 м 3 разделен теплоизолирующей перегородкой на две равные части. В одной части сосуда находится 2 моль Не, а в другой — такое же количество моль А r . Температура гелия Т1 = 300 К, а температура аргона Т2 = 600 К. Определите парциальное давление аргона в сосуде после удаления перегородки.
Термодинамика С3-21. На рисунке изображено изменение состояния 1 моль идеального одноатомного газа. Начальная температура газа 27° С. Какое количество теплоты сообщено газу в этом процессе?
С3-23. На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?
С3-24. На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?
С3-25. На диаграмме (см. рисунок) представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?
Решение вопросов № 1 — 10 к тесту № 2 в формате ЕГЭ «Молекулярная физика и термодинамика».
Содержит решение задач по теме «Молекулярная физика и термодинамика» из Открытого банка заданий по физике ФИПИ.
Просмотр содержимого документа
«Решение вопросов № 1 — 10 к тесту № 2 в формате ЕГЭ «Молекулярная физика и термодинамика».»
- В сосуде, разделённом перегородкой на две равные части, находится влажный воздух. Температура и давление воздуха в обеих частях сосуда одинаковы. Его относительная влажность в одной половине сосуда 20%, а в другой – 80%. Какой станет влажность воздуха в сосуде, если перегородку убрать?
| Дано: | Решение: |
| Т1 = Т2 р1 = р2 φ1 = 20% φ2 = 80% Найти: φ’ | φ1 = * 100%, ρ1 =  , φ2 = * 100%, ρ2 =  , где  – плотность насыщенного водяного пара при температуре Т1, ρ1 и ρ2 — плотность водяного пара в первой и второй части сосуда при температуре Т1. Масса водяного пара в первой части сосуда m1 = ρ1V, во второй части – m2 = ρ2V. Плотность водяного пара, после того как убрали перегородку ρ’ =  =   =  =  . φ’ =  * 100% =  * 100% = 50%. Ответ: 50%. |
- Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуру нагревателя тепловой машины увеличили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и количество теплоты, полученное газом за цикл от нагревателя?
| 1) | увеличилась |
| 2) | уменьшилась |
| 3) | не изменилась |
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| КПД тепловой машины | Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл работы |
Решение: η = 1 — 
, где η – КПД идеальной тепловой машины, 
– температура холодильника, 
– температура нагревателя. Из формулы следует, при увеличении Т1 и неизменном Т2, η увеличится. η = 1 – 
, где 
– количество теплоты, отданное газом холодильнику, 
– количество теплоты, полученное газом за цикл от нагревателя. Откуда = 
. Следовательно, при увеличении КПД тепловой машины, количество теплоты, полученное газом за цикл от нагревателя, также увеличится. Ответ: 11.
- С идеальным одноатомным газом, который находится в сосуде с поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты Q1, в результате чего его температура повысилась на ΔТ = 1 К. Во втором опыте, предоставив газу возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты Q2, которое на 208 Дж больше, чем Q1. В результате температура газа повысилась, как и в первом случае, на ΔТ. Какова, по данным этих двух опытов, молярная масса газа, если его масса m = 1 кг?
| Дано: | Решение: |
| m = 1 кг 1. V = const, ΔТ = 1 К, Q1 2. p = const, Q2 – Q1 = 208 Дж, ΔТ = 1 К Найти: М | Первый закон термодинамики для изохорного процесса Q1 = ΔU=  , где ΔU – изменение внутренней энергии газа в первом опыте. Первый закон термодинамики для изобарного процесса Q1 = ΔU + А =  =  , где ΔU – изменение внутренней энергии газа во втором опыте, А – работа газа при изобарном расширении и А = pΔV, pΔV =  , согласно уравнению Менделеева-Клапейрона. Q2 – Q1 = , откуда М = , М ≈ 0,04 . Ответ: М ≈ 0,04 . |
- Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде с поршнем равна 50%. Какова будет относительная влажность воздуха в сосуде, если объём сосуда при неизменной температуре уменьшить в 2 раза?
| Дано: | Решение: |
| Т = const, V2 = , φ1 = 50% Найти: φ2 | При изотермическом процессе Т = const, согласно закону Бойля-Мариотта p1V1 = p2V2, следовательно из условия задачи p2 = 2p1. Где p1 — давление водяного пара в начальном состоянии, p2 — давление водяного пара при уменьшении объема в 2 раза. φ1 =* 100%, φ2 =* 100%, где – давление насыщенного водяного пара при температуре Т. φ2 =* 100% = 2φ1 = 100%. Ответ: 100%. |
-
В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре 100 °С под давлением 20 кПа. Каким станет давление пара, если, сохраняя его температуру неизменной, уменьшить объём пара в 4 раза?
| Дано: | Решение: |
| Т = const, V2 = , p = 20 кПа, t = 100°С Найти: р2 | Из условия задачи делаем вывод, что водяной пар ненасыщенный. Насыщенный водяной пар при температуре t = 100°С имеет давление p0 = 100 кПа. При изотермическом процессе Т = const, согласно закону Бойля-Мариотта p1V1 = p2V2, следовательно из условия задачи p2 = 4p1. Где p1 — давление водяного пара в начальном состоянии, p2 — давление водяного пара при уменьшении объема в 4 раза. p2 = 80 кПа. Ответ: 80 кПа. |
| Дано: | Решение: |
| Т = const, l1 = 30,7 см, l2 = 23,8 см, ратм = 747 мм рт.ст. Найти: l | При Т = const, согласно закону Бойля-Мариотта(Б-М) p1V1 = p2V2, где p1 — давление воздуха в горизонтальной трубке, p2 — давление воздуха в вертикальной трубке. Так как столбик ртути находится в равновесии, то p1 = ратм, p2 = ратм + ррт, ррт – давление ртутного столбика в вертикальной трубке и оно равно ррт = ρртg l. Объемы воздуха в горизонтальной трубке V1 = S l1, в вертикальной трубке V2 = S l2. Подставим значения давления и объема воздуха в закон Б-М: ратм S l1 = (ратм + ррт) S l2. ратм l1 = (ратм + ррт) l2, ратм l1 = ратм l2 + рртl2, ррт = = ратм ( – 1). ррт = 747 мм рт.ст. ( – 1) = 216,6 мм рт.ст., l = 21,7 см. Ответ: 21,7 см. |
- В комнате размерами 4×5×3 м, в которой воздух имеет температуру 10 °C и относительную влажность 30%, включили увлажнитель воздуха производительностью 0,2 л/ч. Чему станет равна относительная влажность воздуха в комнате через 1,5 ч? Давление насыщенного водяного пара при температуре 10 °C равно 1,23 кПа. Комнату считать герметичным сосудом.
| Дано: | Решение: |
| Т = const, V = 60 м 3 , p0 = 1,23 кПа, t = 10°С, φ = 30% τ = 1,5 ч, = Найти: φ’ | За время τ превратилось в пар вода объемом Vτ = ∙ τ = 0,3 л. Определим массу водяного пара, поступившего в комнату m = V ρ = 0,0003 м 3 ∙ 1000 = 0,3 кг. Из уравнения Менделеева-Клапейрона найдем давление, создаваемое этим паром p = = = 653, 3 Па. Определим относительную влажность, создаваемую этим паром φ1 =* 100% = ∙ 100% = 53%. Относительная влажность воздуха в комнате станет φ’= φ + φ1 = 83%. Ответ: 83%. |
- При переводе одноатомного идеального газа из состояния 1 в состояние 2 концентрация молекул n пропорциональна давлению р (см. рисунок). Масса газа в процессе остаётся постоянной.
| 1) | Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул газа остаётся неизменной. |
| 2) | Плотность газа уменьшается. |
| 3) | Абсолютная температура газа увеличивается. |
| 4) | Происходит изотермическое сжатие газа. |
| 5) | Среднеквадратическая скорость теплового движения молекул газа увеличивается. |
Решение: так как концентрация молекул n пропорциональна давлению р, и m = const, то согласно p = nkT, температура в данном процессе неизменна. Концентрация газа показывает число молекул газа в единице объема n = . В данном процессе концентрация газа уменьшается при неизменной массе газа (m = m0∙N), следовательно, объем газа увеличивается, а плотность газа ρ = уменьшается. Ответ: 12 или 21.
- Для плавления куска льда при температуре его плавления требуется количество теплоты, равное 3 кДж. Этот кусок льда внесли в тёплое помещение. Зависимость температуры льда от времени представлена на рисунке. Определите среднюю тепловую мощность, подводимую к куску льда в процессе плавления.
- При изучении процессов, происходящих с гелием, ученик занёс в таблицу результаты измерения температуры и давления одного и того же количества газа в различных равновесных состояниях. Какие два из утверждений, приведённых ниже, соответствуют результатам этих опытов? Газ считать идеальным.
| № состояния | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||||||
| р, кПа | 100 | 90 | 75 | 50 | 55 | 75 | 100 | |||||||
| t, °С | 27 | 27 | 27 | 27 | 57 | 177 | 327 | |||||||
| 1) | Объём газа в состоянии 4 в 2 раза меньше объёма газа в состоянии 1. |
| 2) | В состояниях 4–7 объём газа был одинаковым. |
| 3) | Внутренняя энергия газа в состоянии 6 в 3 раза больше, чем в состоянии 5. |
| 4) | При переходе от состояния 2 к состоянию 3 в ходе изотермического процесса газ получал тепло. |
| 5) | При переходе от состояния 5 к состоянию 6 в ходе изохорного процесса газ совершал работу. |
Решение: Проверяем вариант № 1. Из таблицы следует, что переход газа из состояния 1 в состояние 4 протекал при постоянной температуре. Согласно закону Бойля-Мариотта p1V1 = p2V2, Следовательно, если = = , то = = 2. Этот вариант неверный.
Проверяем № 2. Переведем температуру в К. T4 = 300К, T5 = 330К, T6 = 450К, T7 = 600К. Из таблицы следует, что = const при переходе газа из состояния 5 в состояние 7, а значит V = const. Этот вариант верный.
Проверяем № 3. Внутренняя энергия идеального газа пропорциональна температуре. = = ≈1,36. Вариант неверный.
№ 4. При Т = const , pV = const. Так как при переходе от состояния 2 к состоянию 3 давление газа уменьшается, то объем газа увеличивается. Газа совершает положительную работу, поэтому получает тепло. Первый закон термодинамики для изотермического процесса Q = A. Вариант верный.
№ 5. Изохорный процесс V = const, Δ V = 0, следовательно A = 0, газ работы не совершал. Вариант неверный. Ответ: 24 или 42.