1. У посудині міститься гелій під тиском 100 кПа. Концентрацію гелію збільшили вдвічі, а середню кінетичну енергію його молекул зменшили вчетверо. Визначте тиск газу, що встановився.
2. Температура гелію збільшилася з 27 до 177 °С. У скільки разів зросла середня кінетична енергія його молекул?
3. У посудині міститься аргон, абсолютна температура якого дорівнює 300 К. Концентрацію аргону зменшили вдвічі, при цьому його тиск збільшився в 1,5 рази. Визначте абсолютну температуру газу, що встановилася.
4. На малюнку наведено графік процесу 1-2, у якому бере участь гелій. Об'єм, займаний газом у стані 1, дорівнює 2 л. Визначте об'єм гелію у стані 2, якщо в процесі 1-2 кількість речовини гелію не змінюється.
5. На малюнку наведено графік процесу 1-2, у якому бере участь неон. Абсолютна температура газу в стані 1 дорівнює 150 К. Визначте абсолютну температуру неону в стані 2, якщо в процесі 1-2 кількість речовини газу не змінюється.
6. На малюнку наведено графік процесу 1-2, у якому бере участь гелій. Абсолютна температура газу в стані 1 дорівнює 600 К. Визначте абсолютну температуру гелію в стані 2, якщо в процесі 1-2 кількість речовини газу не змінюється.
7. При збільшенні абсолютної температури на 600 К середньоквадратична швидкість теплового руху молекул гелію збільшилась у 2 рази. Яка кінцева температура газу?
8. Температура газу в посудині дорівнює 2 °С. Якою є температура газу за абсолютною шкалою температур?
9. Газ в циліндрі переводиться зі стану А стан В, причому його маса не змінюється. Параметри, що визначають стан ідеального газу, наведені у таблиці:
Яке число слід внести до вільної клітини таблиці?10. Посудину з одноатомним ідеальним газом стиснули, збільшивши концентрацію молекул газу в 5 разів. Одночасно збільшили середню енергію теплового руху молекул газу вдвічі. У скільки разів у результаті збільшився тиск газу в посудині?
11. 1 моль ідеального газу ізохорно охолоджують на 200 К, при цьому тиск зменшується в 2 рази. Яка первісна абсолютна температура газу?
12.. Об'єм 1 моль водню в посудині при температурі Т і тиску дорівнює V1. Об'єм 2 моль водню при тому ж тиску і температурі 3T дорівнює V2. Чому дорівнює ставлення V2/V1. (Водень вважати ідеальним газом.)
13. У посудині є постійна кількість речовини ідеального газу. У скільки разів зменшиться температура газу, якщо він перейде зі стану 1 до стану 2 (див. рисунок)?
14. У посудині є ідеальний газ. Процес ізохорного зміни стану газу показаний на діаграмі (див. рисунок). Маса газу у процесі змінювалася. У якій із точок діаграми маса газу має найбільше значення?
15. На малюнку зображено зміну стану постійної маси розрідженого аргону. Температура газу стані 2 дорівнює 627 °С. Яка температура відповідає стану 1?
16. У ході експерименту тиск розрідженого газу в посудині збільшився вдвічі, а середня енергія теплового руху його молекул збільшилася в 6 разів. У скільки разів зменшилась концентрація молекул газу в посудині?
Відповіді
1.Відповідь: 50. 2.Відповідь: 1,5. 3.Відповідь: 900. 4.Відповідь: 6. 5. Відповідь: 750.
6. Відповідь: 200. 7. Відповідь: 800. 8. Відповідь: 275. 9. Відповідь: 4. 10. Відповідь: 10.
11. Відповідь: 400. 12. Відповідь: 6. 13. Відповідь: 6. 14. Відповідь: 1. 15. Відповідь: 300.
16. Відповідь: 3.
Відповіддю до завдань 5–7, 11, 12, 16–18, 21 та 23 є
послідовність двох цифр. Відповідь запишіть у полі відповіді у тексті
роботи, а потім перенесіть за наведеним нижче зразком без пробілів,
ком та інших додаткових символів у бланк відповідей № 1.
Відповіддю до завдання 13 є слово. Відповідь запишіть у полі відповіді у
тексті роботи, а потім перенесіть за наведеним нижче зразком до бланку
відповідей №1.
Відповіддю до завдань 19 та 22 є два числа. Відповідь запишіть у полі відповіді у тексті роботи, а потім перенесіть за наведеним нижче зразком, не розділяючи числа пробілом, до бланку відповідей № 1.
Відповідь до завдань 27–31 включає докладний опис всього ходу виконання завдання. У бланку відповідей № 2 вкажіть номер завдання та
запишіть повне рішення.
При обчисленнях дозволяється використовувати непрограмований
калькулятор.
Всі бланки ЄДІ заповнюються яскравим чорним чорнилом. Допускається використання гелевої, або капілярної, або пір'яної ручки.
Під час виконання завдань можна користуватися чернеткою. Записи
у чернетці не враховуються при оцінюванні роботи.
Бали, отримані Вами за виконані завдання, підсумовуються.
Постарайтеся виконати якнайбільше завдань і набрати найбільше
кількість балів.
Бажаємо успіху!
Нижче наведено довідкові дані, які можуть знадобитися для Вас під час виконання роботи.
Десяткові приставки
| Найменування | Позначення | Множник | Найменування | Позначення | Множник |
| гіга | Г | санти | з | ||
| мега | М | мілі | м | ||
| кіло | до | мікро | мк | ||
| гекто | г | нано | н | ||
| деці | д | пико | п |
| Константи число прискорення вільного падіння на Землі постійна гравітаційна універсальна газова постійна R = 8,31 Дж/(моль·К) постійна Больцмана постійна Авогадро швидкість світла у вакуумі коефіцієнт пропорційності в законі Кулона модуль заряду електрона (елементарний електричний заряд) постійна |
Частина 1
На шорсткої поверхні лежить брусок масою 1 кг. На нього починає діяти горизонтальна сила, , Спрямована вздовж поверхні і залежить від часу так, як показано на графіку зліва. Залежність роботи цієї сили іноді представлена на графіку справа. Виберіть два правильні твердження на основі аналізу представлених графіків.
Відповідь:Поверхню металу висвітлюють світлом, довжина хвилі якого менша за довжину хвилі λ, відповідної червоної межі фотоефекту для даної речовини. При збільшенні інтенсивності світла
1) фотоефект не відбуватиметься за будь-якої інтенсивності світла
2) збільшуватиметься кількість фотоелектронів
3) збільшуватиметься максимальна енергія фотоелектронів
4) збільшуватиметься як максимальна енергія, так і кількість фотоелектронів
5) фотоефект відбуватиметься за будь-якої інтенсивності світла
Виберіть два правильні твердження.
Для кожної величини визначте відповідний характер зміни: 1) збільшиться 2) зменшиться 3) не зміниться Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.С1-1.
На підлозі нерухомого ліфта стоїть теплоізольована судина, відкрита зверху. У посудині під важким рухомим поршнем знаходиться одноатомний ідеальний газ. Поршень перебуває у рівновазі. Ліфт починає рівноприскорено опускатися донизу. Спираючись на закони механіки та молекулярної фізики, поясніть, куди зрушить поршень щодо судини після початку руху ліфта і як зміниться температура газу в посудині. Тертям між поршнем і стінками судини, а також витоком газу з судини знехтувати.С3-17. У горизонтальній циліндричній посудині, закритій поршнем, знаходиться одноатомний ідеальний газ. Початковий тиск газу 1 = 4 · 10 5 р Па . Відстань від дна судини до поршня дорівнює L . Площа поперечного перерізу поршня S = 25 см 2 . Внаслідок повільного нагрівання газ отримав кількість теплоти Q = 1,65 кДж , а поршень зрушив на відстань х = 10 см . При русі поршня на нього з боку стінок судини діє сила тертя величиною F = 3 · 10 3 тp Н . Відстань від дна судини до поршня дорівнює . Знайдіть
. Вважати, що посудина перебуває у вакуумі. С3-21. 1 моль ідеальний одноатомний газ. Початкова температура газу
27°С3-22. С3-21.
На малюнку зображено зміну стану неону. Початкова температура газу
0°С
. Яка кількість теплоти повідомлена газу у цьому процесі? 1
С3-23. 3
?
у станС3-24. 1
С3-23. 3
?
На діаграмі представлені зміни тиску та обсягу ідеального одноатомного газу. Яка кількість теплоти була отримана або віддана газом при переході зі стануНа діаграмі (див. рисунок) представлені зміни тиску та обсягу ідеального одноатомного газу. Яка кількість теплоти була отримана або віддана газом при переході зі стану 1
С3-23. 3
?
С3-26.Одноатомний ідеальний газ постійної маси здійснює циклічний процес, показаний малюнку. За цикл від нагрівача газ отримує кількість теплоти Q н = 8 кДж . Чому дорівнює робота газу за цикл?
С3-27.З одноатомним ідеальним газом постійної маси відбувається циклічний процес, показаний малюнку. За цикл газ здійснює роботу A
ц
= 5 кДж
. Яку кількість теплоти газ одержує за цикл від нагрівача?
С3-28.З розрідженим азотом, що знаходиться в посудині з поршнем, провели два досліди. У першому досвіді газу повідомили, закріпивши поршень, кількість теплоти Q 1 = 742 Дж , внаслідок чого його температура змінилася на деяку величину ΔТ . У другому досвіді, надавши азоту можливість ізобарно розширюватись, повідомили йому кількість теплоти. Q 2 = 1039 Дж , внаслідок чого його температура змінилася також на ΔТ . Якою була зміна температури ΔТ у дослідах? Маса азоту m = 1 кг .
С3-29. T 1 = 600 К та тиск p 1 = 4.10 5 р , розширюється і одночасно охолоджується так, що його тиск при розширенні обернено пропорційно квадрату об'єму. Кінцевий обсяг газу вдвічі більший за початковий. Яку кількість теплоти газ віддав при розширенні, якщо він зробив роботу A = 2493 Дж ?
С3-30.Один моль аргону, що знаходиться в циліндрі при температурі T 1 = 600 К та тиск p 1 = 4.10 5 р p 2 = 10 5 р . Яку кількість теплоти газ віддав при розширенні, якщо він зробив роботу A = 2493 Дж ?
С3-31.Один моль одноатомного ідеального газу переводять із стану 1 С3-23. 2 таким чином, що в ході процесу тиск газу зростає прямо пропорційно до його обсягу. В результаті щільність газу зменшується в α = 2 рази. Газ під час процесу отримує кількість теплоти Q = 20 кДж . Яка температура газу може 1 ?
С3-32.Один моль аргону, що знаходиться в циліндрі при температурі T 1 = 600 К та тиск p 1 =4.10 5 р , розширюється і одночасно охолоджується так, що його тиск при розширенні обернено пропорційно квадрату об'єму. Кінцевий тиск газу У горизонтальній циліндричній посудині, закритій поршнем, знаходиться одноатомний ідеальний газ. Початковий тиск газу 2 = 10 5 р . Яку роботу здійснив газ при розширенні, якщо він віддав холодильнику кількість теплоти Q = 1247 Дж ?
С3-33.У посудині об'ємом V = 0,02 м 3 із жорсткими стінками знаходиться одноатомний газ при атмосферному тиску. У кришці посудини є отвір площею s , заткнуте корком. Максимальна сила тертя спокою . При русі поршня на нього з боку стінок судини діє сила тертя величиною пробки про краї отвору дорівнює 100 Н . Пробка вискакує, якщо газу передати кількість теплоти не менше 15 кДж. Визначте значення s, вважаючи газ ідеальним.
С3-34.Над ідеальним одноатомним газом проводиться циклічний процес, показаний на малюнку. На ділянці 1-2
газ здійснює роботу А
12
= 1000 Дж
. На адіабаті 3-1
зовнішні сили стискають газ, здійснюючи роботу |A
31
| = 370 Дж
. Кількість речовини газу під час процесу не змінюється. Знайдіть кількість теплоти |Q
хол
|, віддане газом цикл холодильнику.
Рішення:
Оскільки процес ізохорний, отже V = const.
Рівняння Менделєєва-Клапейрона pV = vRT або (vR) V = p T, якщо v = const, то p / T теж const. Значить виконується співвідношення / = /, звідси виражаємо (що нам потрібно знайти)
= (*) / або ((27 + 273)*3*) /1* (перевили шкалу Цельсія в шкалу Кельвіна додавши 273), звідси скоротили ступеня і 300*3 = 900К
Відповідь: 900
Демонстраційний варіант ЄДІ 2016 р. – завдання №8
Чотири металеві бруски, що мають різні температури, поклали впритул один до одного, як показано на малюнку. Стрілки вказують напрямок теплопередачі від бруска до бруска. Виберіть правильне твердження про температуру брусків.
1) Брусок має найнижчу температуру.
2) Температура бруска З вище, ніж бруска.
3) Брусок D має найнижчу температуру.
4) Температура бруска А вище, ніж бруска.
Рішення:
З закону термодинаміки ми знаємо, що тепло передається від більш нагрітих тіл до менш нагрітих. З малюнка видно, що брусок C тільки приймає тепло, отже, це холодне тіло з чотирьох.
Відповідь: 1
Достроковий варіант ЄДІ 2016 р. – завдання №8
У деякій посудині знаходиться азот та кисень.
Термодинамічна рівновага цих газів настане тільки в тому випадку, коли ці гази стануть однаковими.
1) температури
2) парціальний тиск
3) концентрації частинок
4) щільність
Рішення:
У термодинамічній рівновазі у всіх частин системи однакова температура.
Відвіт: 1
ЄДІ з фізики 06.06.2013. Основна хвиля. Далекий Схід. Варіант 1
Дифузія в рідині відбувається швидше за підвищення температури, тому що з підвищенням температури
1) збільшуються сили взаємодії молекул
2) збільшується швидкість теплового руху молекул
3) рідини розширюються
4) зменшуються сили взаємодії молекул
Рішення:
Дифузія - це процес взаємного проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншої, що призводить до мимовільного вирівнювання їх концентрацій по всьому об'єму, що займається. Він відбувається з допомогою безперервного хаотичного руху молекул. Як відомо, збільшення температури призводить до збільшення швидкості теплового руху.
Відвіт: 2
Відповідями до завдань 1–24 є слово, число чи послідовність цифр чи чисел. Запишіть відповідь у відповідне поле праворуч. Кожен символ пишіть без пробілів. Одиниці виміру фізичних величин писати не потрібно.
1
На малюнку представлений графік залежності шляху S велосипедиста від часу t. Знайдіть швидкість велосипедиста в інтервалі часу від 50 до 70 секунд.
Відповідь: _____ м/c
2
Визначте силу, під дією якої пружина твердістю 200 Н/м подовжиться на 5 см.
Відповідь: _____ Н.
3
В інерційній системі відліку тіло масою 2 кг рухається по прямій в одному напрямку під дією постійної сили, яка дорівнює 3 Н. На скільки збільшиться імпульс тіла за 5 з руху?
Відповідь: _____ кг · м / с.
4
У посудину заввишки 20 см налита вода, рівень якої нижчий від краю судини на 2 см. Чому дорівнює сила тиску води на дно судини, якщо площа дна 0,01 м 2 ? Атмосферний тиск не враховувати.
Відповідь: _____ Н.
5
На шорсткої поверхні лежить брусок масою 1 кг. На нього починає діяти горизонтальна сила \overrightarrow F, спрямована вздовж поверхні і залежить від часу так, як показано на графіку зліва. Залежність роботи цієї сили іноді представлена на графіку справа. Виберіть два правильні твердження на основі аналізу представлених графіків.
1. Перші 10 брусок рухався з постійною швидкістю.
2. За перші 10 із брусок перемістився на 20 м.
3. Сила тертя ковзання дорівнює 2 Н.
4. В інтервалі часу від 12 до 20 із брусок рухався з постійним прискоренням.
5. В інтервалі часу від 12 до 20 із брусок рухався з постійною швидкістю.
6
Висота польоту штучного супутника над Землею збільшилася з 400 до 500 км. Як змінилися внаслідок цього швидкість супутника та його потенційна енергія?
Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1. збільшилася
2. зменшилася
3. не змінилася
7
На гладкому горизонтальному столі брусок масою М, прикріплений до вертикальної стіни пружиною жорсткістю k, здійснює гармонійні коливання з амплітудою А (див. рисунок). Встановіть відповідність між фізичними величинами та формулами, за якими їх можна розрахувати. До кожної позиції першого стовпця підберіть відповідну позицію другого стовпця і запишіть у таблицю вибрані цифри під відповідними літерами.
ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ
А) період коливань вантажу
Б) амплітуда швидкості вантажу
1) 2\mathrm\pi\sqrt(\frac(\mathrm M)(\mathrm k))
2) \mathrm A\sqrt(\frac(\mathrm M)(\mathrm k))
3) 2\mathrm\pi\sqrt(\frac(\mathrm k)(\mathrm M))
4) \mathrm A\sqrt(\frac(\mathrm k)(\mathrm M))
8
На малюнку зображено зміну стану постійної маси розрідженого аргону. Температура газу стані 1 дорівнює 27 °З. Яка температура відповідає стану 2?
Відповідь: _____ K.
9
У деякому процесі газ віддав довкіллю кількість теплоти, що дорівнює 10 кДж. При цьому внутрішня енергія газу збільшилась на 30 кДж. Визначте роботу, яку здійснили зовнішні сили, стиснувши газ.
Відповідь: _____ кДж.
10
Яку роботу здійснює ідеальний газ при переході зі стану 1 до стану 2?
Відповідь: _____ кДж.
11
На малюнку показана залежність тиску газу p від його щільності в циклічному процесі, що здійснюється 2 моль ідеального газу в ідеальному тепловому двигуні. Цикл складається з двох відрізків прямих та чверті кола. На підставі аналізу цього циклічного процесу виберіть два правильні твердження.
1. У процесі 1-2 температура газу зменшується.
2. У стані 3 температура газу максимальна.
3. У процесі 2-3 обсяг газу зменшується.
4. Відношення максимальної температури до мінімальної температури в циклі 8.
5. Робота газу в процесі 3-1 позитивна.
12
У циліндричній посудині під масивним поршнем знаходиться газ. Поршень не закріплений і може переміщатися в посудині без тертя (див. рисунок). У посудину закачується таку ж кількість газу за постійної температурі. Як зміняться внаслідок цього тиск газу та концентрація його молекул? Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1. збільшиться
2. зменшиться
3. не зміниться
Запишіть вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.
13
Електричний ланцюг, що складається з чотирьох прямолінійних горизонтальних провідників (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) та джерела постійного струму, знаходиться в однорідному магнітному полі, спрямованому вертикально вниз (див. малюнок, вид зверху). Як спрямовано щодо малюнка (вправо, вліво, вгору, вниз, до спостерігача, від спостерігача) викликана цим полем сила Ампера, що діє на провідник 2–3? Відповідь запишіть словом (словами).
Відповідь: _____
14
З якою силою взаємодіють у вакуумі дві маленькі заряджені кульки, що знаходяться на відстані 4 м одна від одної? Заряд кожної кульки 810 -8 Кл.
Відповідь: _____ мкН.
15
На малюнку наведено графік залежності сили струму від часу в електричному ланцюзі, індуктивність якого 1 мГн. Визначте модуль ЕРС самоіндукції в інтервалі часу від 15 до 20 с.
Відповідь: _____ мкВ.
16
Точкове джерело світла знаходиться в ємності з рідиною та опускається вертикально вниз від поверхні рідини. При цьому на поверхні рідини виникає пляма, в межах якої промені світла джерела виходять з рідини в повітря. Глибина занурення джерела (відстань від поверхні рідини до джерела світла), виміряна через рівні проміжки часу, а також відповідний радіус світлої плями представлені в таблиці. Похибка вимірювання глибини занурення та радіусу плями склала 1 см. Виберіть два правильні твердження на підставі даних, наведених у таблиці.
1. Утворення згаданої плями на поверхні обумовлено дисперсією світла у рідині.
2. Граничний кут повного внутрішнього відбиття менше 45°.
3. Показник заломлення рідини менший за 1,5.
4. Утворення плями лежить на поверхні зумовлено явищем повного внутрішнього відбиття.
5. Кордон плями рухається із прискоренням.
17
Нерозгалужене електричне коло постійного струму складається з джерела струму і підключеного до його висновків зовнішнього резистора. Як зміниться при зменшенні опору резистора сила струму в ланцюзі та ЕРС джерела? Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1. збільшиться
2. зменшиться
3. не зміниться
18
Заряджена частка масою m, що несе позитивний заряд q, рухається перпендикулярно лініям індукції однорідного магнітного поля \overrightarrow B по колу радіусом R. Дію сили тяжкості знехтувати. Встановіть відповідність між фізичними величинами та формулами, за якими їх можна розрахувати. До кожної позиції першого стовпця підберіть відповідну позицію другого стовпця і запишіть вибрані цифри під відповідними літерами.
ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ
А) модуль імпульсу частки
Б) період обігу частки по колу
1) \frac(mq)(RB)
2) \frac m(qB)
3) \frac(2\mathrm\pi m)(qB)
4) qBR
19
Скільки протонів і скільки нейтронів міститься в ядрі ()_(27)^(60)Co?
20
Даний графік залежності числа ядер, що не розпалися, ербія ()_(68)^(172)Er від часу. Чому дорівнює період напіврозпаду цього ізотопу ербію?
Відповідь: _____
21
Як змінюються із зменшенням масового числа ізотопів одного й того ж елемента число нейтронів у ядрі та число електронів в електронній оболонці відповідного нейтрального атома? Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1. збільшується
2. зменшується
3. не змінюється
Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.
22
Чому дорівнює напруга на лампочці (див. малюнок), якщо похибка прямого вимірювання напруги становить половину ціни розподілу вольтметра?
Відповідь: (_______ ± _______) Ст.
23
Необхідно експериментально вивчити залежність прискорення бруска, що ковзає по шорсткій похилій площині, від його маси (на всіх наведених нижче малюнках m – маса бруска, α – кут нахилу площини до горизонту, μ – коефіцієнт тертя між бруском і площиною). Які дві установки слід використовуватиме проведення такого дослідження?
24
Розгляньте таблицю, що містить відомості про яскраві зірки.
Виберіть два твердження, які відповідають характеристикам зірок.
1) Температура поверхні та радіус Бетельгейзе говорять про те, що ця зірка відноситься до червоних надгігантів.
2) Температура поверхні Проциона вдвічі нижче, ніж поверхні Сонця.
3) Зірки Кастор і Капела знаходяться на однаковій відстані від Землі і, отже, відносяться до одного сузір'я.
4) Зірка Вега відноситься до білих зірок спектрального класу А.
5) Оскільки маси зірок Вега і Капела однакові, всі вони ставляться до одному й тому спектральному класу.
25
Брусок рухається горизонтальною площиною прямолінійно з постійним прискоренням 1 м/c 2 під дією сили \overrightarrow F спрямованої вниз під кутом 30° до горизонту (див. малюнок). Яка маса бруска, якщо коефіцієнт тертя бруска площину дорівнює 0,2, а F = 2,7 Н? Відповідь округліть до десятих.
Відповідь: _____ кг.
26
По паралельним провідникам bc і ad, що знаходяться в магнітному полі з індукцією В = 0,4 Тл, ковзає стрижень MN, що проводить, який знаходиться в контакті з провідниками (див. малюнок). Відстань між провідниками L = 20 см. Зліва провідники замкнуті резистором із опором R = 2 Ом. Опір стрижня та провідників зневажливо мало. При русі стрижня через резистор R протікає струм I = 40 мА. З якою швидкістю рухається провідник? Вважати, що вектор \overrightarrow B перпендикулярний площині малюнка.
Відповідь: _____ м/с.
27
Порогова чутливість сітківки людського ока до видимого світла становить 1,65 10 -18 Вт, при цьому на сітківку очі щомиті потрапляє 5 фотонів. Визначте, якою довжиною хвилі це відповідає.
Відповідь: _____ нм.
Частина 2.
Повне правильне рішення кожної із завдань 28-32 має містити закони і формули, застосування яких необхідне і достатньо для вирішення задачі, а також математичні перетворення, розрахунки з чисельною відповіддю та при необхідності малюнок, що пояснює рішення.
Постійна кількість одноатомного ідеального газу бере участь у процесі, графік якого зображений малюнку в координатах p – n, де p – тиск газу, n – його концентрація. Визначте, чи отримує газ теплоту або віддає у процесах 1–2 та 2–3. Відповідь поясніть, спираючись на закони молекулярної фізики та термодинаміки.
Відповідь: _____
Показати відповідь
1. За першим законом термодинаміки кількість теплоти, що отримує газ, дорівнює сумі зміни його внутрішньої енергії ΔU та роботи газу А: Q = ΔU + A. Концентрація молекул газу n=\frac NV, де N – число молекул газу, V – його Об `єм. Для ідеального одноатомного газу внутрішня енергія U=\frac32vRT (де - кількість моль газу). За умовою задачі N = const.
2. Оскільки на ділянці 1–2 концентрація газу не змінюється, його обсяг постійний (ізохорний процес), отже, робота газу А = 0. У цьому процесі тиск газу зростає, відповідно до закону Шарля температура газу також зростає, тобто. його внутрішня енергія збільшується: ΔU > 0. Отже, Q > 0 і газ отримує тепло.
3. На ділянці 2–3 концентрація газу зменшується, отже, його обсяг збільшується, і робота газу позитивна: А > 0. Тиск газу постійно (ізобарний процес), згідно із законом Гей-Люссака, температура газу також збільшується. Тому ΔU> 0 . За першим законом термодинаміки Q>0.
У цьому процесі газ одержує тепло.
Відповідь: газ отримує позитивну кількість теплоти у процесах 1–2 та 2–3
Маленька кулька масою m = 0,3 кг підвішена на легкій нерозтяжній нитці довжиною l = 0,9 м, яка розривається при силі натягу T 0 = 6 Н. Кулька відведена від положення рівноваги (воно показано на малюнку пунктиром) і відпущено. Коли кулька проходить положення рівноваги, нитка обривається, і кулька відразу абсолютно непружно стикається з бруском масою M = 1,5 кг, що лежить нерухомо на гладкій горизонтальній поверхні столу. Яка швидкість та бруска після удару? Вважати, що брусок після удару рухається поступово.
Показати відповідь
1. Безпосередньо перед урвищем нитки в момент проходження положення рівноваги кулька рухається по колу радіусом l зі швидкістю \overrightarrow\nu. В цей момент сила тяжіння m\overrightarrow g, що діє на кульку, і сила натягу нитки \overrightarrow(T_0) спрямовані по вертикалі і викликають доцентрове прискорення кульки (див. малюнок). Запишемо другий закон Ньютона у проекціях на вісь Oy інерційної системи відліку Oxy, пов'язаної із Землею:
\frac(mv^2)l=T_0-mg, звідки: v=\sqrt(\left(\frac(T_0)m-g\right)l)
2. При проходженні положення рівноваги нитка обривається, і кулька, що рухається горизонтально зі швидкістю, \overrightarrow\nu абсолютно не пружно стикається з бруском, що покоїться. При зіткненні зберігається імпульс системи «кулька + брусок». У проекціях на вісь Ox отримуємо: mv = (M + m), де u – проекція швидкості бруска з кулькою після удару на цю вісь.
u = frac m (M + m) v = frac m (M + m) \ sqrt (\ left (\ frac (T_0) m-g \ right) l) = frac (0,3) (1,5+ 0,3) \ sqrt ( \ left ( \ frac6 (0,3) -10 \ right) \ times0,9) = \ frac16 \ times3 = 0,5 м / с
Відповідь: u = 0,5 м/с
Дві однакові теплоізольовані судини з'єднані короткою трубкою з краном. Об'єм кожної судини V = 1 м 3 . У першій посудині знаходиться ν 1 = 1 моль гелію при температурі T = 400 К; у другому – ν 2 = 3 моль аргону за температури T 2 . Кран відчиняють. Після встановлення рівноважного стану тиск у судинах p = 5,4 кПа. Визначте початкову температуру аргону T2.
Показати відповідь
1. Оскільки у зазначеному процесі газ не виконує роботи та система є теплоізольованою, то відповідно до першого закону термодинаміки сумарна внутрішня енергія газів зберігається:
\frac32v_1RT_1+\frac32v_2RT_2=\frac32(v_1+v_2)RT
де Т – температура в об'єднаній посудині в рівноважному стані після відкриття крана.
2. В результаті перезарядки на конденсаторах встановлюються однакові напруги, так як струм у ланцюзі припиняється і напруга на резисторі R стає рівним нулю. Тому конденсатори вважатимуться з'єднаними паралельно. Тоді їхня загальна ємність C 0 =C 1 +C 2
3. За законом збереження заряду сумарний заряд конденсаторів дорівнюватиме C 1 U.
4. За законом збереження енергії кількість теплоти, що виділилася в ланцюзі, дорівнює різниці значень енергії конденсаторів у початковому і кінцевому станах:
Q=\frac(C_1U^2)2-\frac((C_1U)^2)(2(C_1+C_2))
Звідки отримаємо:
Q=\frac(C_1C_2U^2)(2(C_1+C_2))=\frac(10^(-6)\times2\times10^(-6)\times300^2)(2(10^(-6)) +2 \ times10 ^ (-6))) = 0,03 Дж.
Відповідь: Q = 30 мДж
Тонка паличка АВ довжиною l = 10 см розташована паралельно головній оптичній осі тонкої збираючої лінзи на відстані h = 15 см від неї (див. рисунок). Кінець А палички розташовується з відривом а = 40 див від лінзи. Побудуйте зображення палички у лінзі та визначте його довжину L. Фокусна відстань лінзи F = 20 cм.