Завдання для самоперевірки до розділу 2

Назад до змісту

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 1. ПРОВОДИМО ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ

1. (2 бали) Учень подивився на проводи ліній електропередачі та зазначив, що вчора проводи ледь провисали, а сьогодні вони натягнуті. Хлопець зробив висновок, що сьогодні температура повітря: а) знизилась; б) підвищилась; в) майже не змінилась.

Температура повітря знизилась. При охолодженні тверді тіла стискаються, тому довжина проводів зменшилась, а їх натяг збільшився.

Правильна відповідь: а) знизилась.

2. (2 бали) Учениця намагається довести, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію. Виберіть із поданого переліку все, що знадобиться дівчині. а) вода; б) нагріте тіло; в) теплоприймач; г) рідинний манометр.

Для експерименту необхідні: нагріте тіло (джерело енергії), теплоприймач (для поглинання випромінювання) та рідинний манометр (для реєстрації зміни тиску повітря при нагріванні).

Правильні відповіді: б), в), г).

3. (3 бали) За даними рис. 1 обчисліть кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання зображеного сталевого циліндра від 0 до 12 °С.

Дано:

P = 4 \text{ Н}

t_1 = 0 \text{ °С}

t_2 = 12 \text{ °С}

g = 10 \text{ Н/кг}

c = 500 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

Знайти:

Q - ?

Розв’язання:

Спочатку визначимо масу циліндра через вагу:

m = \dfrac{P}{g} = \dfrac{4 \text{ Н}}{10 \text{ Н/кг}} = 0,4 \text{ кг}

Обчислимо кількість теплоти:

Q = cm(t_2 - t_1)

Q = 500 \cdot 0,4 \cdot (12 - 0) = 200 \cdot 12 = 2400 \text{ Дж}

Відповідь: 2400 Дж.

4. (5 балів) Якою була початкова температура латунного циліндра (рис. 2), якщо після його занурення вода в мензурці охолонула від 37 до 20 °С? Втратами енергії знехтуйте.

Дано:

V_в = 50 \text{ мл} = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3

V_{в+ц} = 70 \text{ мл} = 7 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3

t_{в1} = 37 \text{ °С}

t = 20 \text{ °С}

\rho_в = 1000 \text{ кг/м}^3

c_в = 4200 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

\rho_ц = 8500 \text{ кг/м}^3

c_ц = 400 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

Знайти:

t_{ц1} - ?

Розв’язання:

Обчислимо об’єм циліндра:

V_ц = V_{в+ц} - V_в = 70 - 50 = 20 \text{ мл} = 2 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3

Знайдемо маси води та циліндра:

m_в = \rho_в V_в = 1000 \cdot 5 \cdot 10^{-5} = 0,05 \text{ кг}

m_ц = \rho_ц V_ц = 8500 \cdot 2 \cdot 10^{-5} = 0,17 \text{ кг}

Складемо рівняння теплового балансу (вода віддає, циліндр отримує):

Q_{\text{відд}} = Q_{\text{отр}}

c_в m_в (t_{в1} - t) = c_ц m_ц (t - t_{ц1})

4200 \cdot 0,05 \cdot (37 - 20) = 400 \cdot 0,17 \cdot (20 - t_{ц1})

210 \cdot 17 = 68 \cdot (20 - t_{ц1})

3570 = 68(20 - t_{ц1})

20 - t_{ц1} = \dfrac{3570}{68}

20 - t_{ц1} = 52,5

t_{ц1} = 20 - 52,5 = -32,5 \text{ °С}

Відповідь: початкова температура циліндра становила -32,5 °С.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 2. ЗДІЙСНЮЄМО ПОШУК ТА ОПРАЦЬОВУЄМО ІНФОРМАЦІЮ

5. (3 бали) Про що можна стверджувати, розглядаючи гальмівний слід, який залишив автомобіль (рис. 3)? Зазначте всі правильні твердження. а) гальма автомобіля справні; б) перед гальмуванням автомобіль рухався досить швидко; в) механічна енергія автомобіля перетворилася на внутрішню; г) внутрішня енергія шин зменшилася внаслідок виконання роботи.

Довгий гальмівний слід вказує на справність гальм, значну початкову швидкість та процес тертя, який перетворив механічну енергію на внутрішню (нагрівання шин та дороги).

Правильні твердження: а), б), в).

Що спільного між теплопровідністю та випромінюванням? Зазначте всі правильні твердження. а) енергія передається від більш нагрітого тіла до більш холодного; б) не відбувається перенесення речовини; в) енергія може передаватись у вакуумі; г) енергія передається окремими молекулами.

В обох процесах енергія йде від більш нагрітого тіла до холоднішого, і перенесення речовини не відбувається (на відміну від конвекції).

Правильні твердження: а), б).

Коли речовина масою 100 г передала довкіллю 750 Дж теплоти, її температура знизилася на 15 °С. Яка це речовина? а) алюміній; б) залізо; в) сталь; г) срібло.

Дано:

m = 100 \text{ г} = 0,1 \text{ кг}

Q = 750 \text{ Дж}

\Delta t = 15 \text{ °С}

Знайти:

c - ?

Розв’язання:

Виразимо питому теплоємність із формули кількості теплоти:

c = \dfrac{Q}{m \Delta t}

c = \dfrac{750 \text{ Дж}}{0,1 \text{ кг} \cdot 15 \text{ °С}} = \dfrac{750}{1,5} = 500 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

Це значення відповідає сталі.

Відповідь: в) сталь.

На рис. 4 подано графік залежності температури тіла масою 1 кг від кількості переданої цьому тілу теплоти. Скориставшись графіком, визначте речовину, з якої виготовлено тіло.

Дано:

m = 1 \text{ кг}

\Delta Q = 40 \text{ кДж} = 40\,000 \text{ Дж}

\Delta t = 200 \text{ °С} - 100 \text{ °С} = 100 \text{ °С}

Знайти:

c - ?

Розв’язання:

c = \dfrac{\Delta Q}{m \Delta t}

c = \dfrac{40\,000 \text{ Дж}}{1 \text{ кг} \cdot 100 \text{ °С}} = 400 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

Це значення відповідає питомій теплоємності міді.

Відповідь: мідь.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 3. УСВІДОМЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРИРОДИ

Які з наведених дій приведуть до теплозбереження? а) прикриття вентиляційної решітки; б) розміщення відбивального екрана; в) закриття радіатора меблями; г) фарбування радіатора у світлий колір.

Ефективними є прикриття вентиляції (зменшує витік теплого повітря) та встановлення відбивального екрана за радіатором (повертає тепло в кімнату).

Правильні відповіді: а), б).

Спекотного літнього дня хлопець і дівчина одягнені в бавовняний одяг (рис. 5). Чому дівчина почувається комфортніше?

Білий одяг дівчини відбиває більшу частину сонячних променів. Темний одяг хлопця активно поглинає випромінювання, що призводить до перегріву тіла.

Одна людина перебуває на Крайній Півночі, інша — у пустелі. Обидві людини одягнені «тепло» (рис. 6). Поясніть чому.

Теплий одяг створює повітряний прошарок, який має погану теплопровідність. На Півночі це не дає тілу втрачати тепло, а в пустелі — не пропускає зовнішню спеку та сонячні промені до шкіри.

За температури навколишнього середовища 20 °С кожен кілограм тіла людини за 1 с випромінює в середньому 1,6 Дж теплоти. На скільки градусів можна нагріти 1 л води, якщо передати воді теплоту, яку виділяє учениця масою 49 кг за урок (45 хв)?

Дано:

p = 1,6 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{с)}

m_1 = 49 \text{ кг}

t = 45 \text{ хв} = 2700 \text{ с}

V = 1 \text{ л} \Rightarrow m_2 = 1 \text{ кг}

c = 4200 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°С)}

Знайти:

\Delta T - ?

Розв’язання:

Знайдемо загальну теплоту, що виділила учениця:

Q = p \cdot m_1 \cdot t

Q = 1,6 \cdot 49 \cdot 2700 = 211\,680 \text{ Дж}

Знайдемо зміну температури води:

\Delta T = \dfrac{Q}{c \cdot m_2}

\Delta T = \dfrac{211\,680}{4200 \cdot 1} = 50,4 \text{ °С}

Відповідь: на 50,4 °С.

ГРУПА РЕЗУЛЬТАТІВ 1. ПРОВОДИМО ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ (продовження)

Учень спостерігав за кипінням різних рідин (рис. 1) та вимірював їхні температури. Виберіть усе, що учень мав помітити. а) під час кипіння утворюється величезна кількість бульбашок; б) температура кипіння різних рідин є однаковою; в) у ході кипіння температура рідини залишається незмінною; г) маса рідини внаслідок кипіння із часом зменшується.

Характерні ознаки кипіння: активне утворення бульбашок, незмінна температура процесу та зменшення маси через перехід рідини в пару. Температури кипіння у різних речовин різні.

Правильні відповіді: а), в), г).

Учениці необхідно визначити питому теплоту плавлення льоду. Виберіть два прилади, яких буде достатньо для виконання завдання. а) мензурка; б) термометр; в) динамометр; г) ваги.

Необхідно виміряти зміну температури та масу речовин.

Правильні відповіді: б) термометр, г) ваги.

Учителька взяла дві посудини, що з’єднані гумовою трубкою, міцно затиснутою посередині затискачем. В одну посудину вчителька додала невелику кількість кислоти, а в другу поклала клаптик лакмусового паперу. Потім герметично закрила посудини та прибрала затискач. Папір почав повільно зафарбовуватись у червоний колір. Яку властивість газів доводить цей дослід?

Дослід демонструє дифузію. Молекули кислоти хаотично рухаються і проникають у простір іншої посудини, досягаючи лакмусового паперу.

ЗМІНА АГРЕГАТНОГО СТАНУ РЕЧОВИНИ. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

(5 балів) Воду з мірного циліндра (рис. 2) перелили в посудину й випарили за допомогою спиртівки. Визначте питому теплоту згоряння спирту, якщо було спалено 15 г спирту. Тепловими втратами знехтуйте.

Дано:

V = 200 \text{ см}^3 = 0,0002 \text{ м}^3

t_1 = 20 \text{ °C}

t_2 = 100 \text{ °C}

m_{\text{сп}} = 15 \text{ г} = 0,015 \text{ кг}

\rho_в = 1000 \text{ кг/м}^3

c_в = 4200 \text{ Дж/(кг} \cdot \text{°C)}

L = 2,3 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

q - ?

Розв’язання:

Маса води:

m_в = \rho_в \cdot V = 1000 \cdot 0,0002 = 0,2 \text{ кг}

Енергія для нагрівання і випаровування води:

Q_{\text{отр}} = c_в m_в (t_2 - t_1) + L m_в

Q_{\text{отр}} = 4200 \cdot 0,2 \cdot 80 + 2,3 \cdot 10^6 \cdot 0,2

Q_{\text{отр}} = 67\,200 + 460\,000 = 527\,200 \text{ Дж}

Теплота згоряння спирту дорівнює отриманій енергії:

q = \dfrac{Q_{\text{отр}}}{m_{\text{сп}}}

q = \dfrac{527\,200}{0,015} \approx 35\,146\,667 \text{ Дж/кг} \approx 35 \text{ МДж/кг}

Відповідь: 35 МДж/кг.

(1 бал) Яка з речовин за кімнатної температури зберігає об’єм, але не зберігає форму? а) сталь; б) кисень; в) гелій; г) ртуть.

Це властивість рідини. Ртуть є рідкою за кімнатної температури.

Правильна відповідь: г) ртуть.

(2 бали) Яку речовину можна розплавити в посудині зі свинцю? а) залізо; б) мідь; в) олово; г) вольфрам.

Можна розплавити метал, температура плавлення якого нижча, ніж у свинцю (327 °C). Олово плавиться при 232 °C.

Правильна відповідь: в) олово.

(3 бали) Нормальна температура в пахвах людини дорівнює 36,8 °С, а в легенях — 32 °С. Чим зумовлена нижча температура в легенях?

Це спричинено випаровуванням вологи під час дихання (поглинає енергію) та контактом із прохолоднішим зовнішнім повітрям.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМООЦІНЮВАННЯ ДО РОЗДІЛУ 2

(2 бали) Учні та учениці проводили дослідження залежності температури деякої рідини від часу її нагрівання. Результати дослідження подали у вигляді графіка (рис. 3). Визначте досліджувану рідину. а) вода; б) олія; в) етер; г) спирт.

Горизонтальна ділянка графіка (кипіння) знаходиться на рівні 35 °C. Це температура кипіння етеру.

Правильна відповідь: в) етер.

9. Користуючись графіком залежності температури ртуті від часу спостереження (рис. 4), дайте відповіді на запитання: а) Якому агрегатному стану ртуті відповідає точка B графіка? б) У якому агрегатному стані перебувала ртуть за температури -50 °С? в) Якому тепловому процесу відповідає ділянка AB графіка? г) Як змінювалася внутрішня енергія ртуті в ході процесу, якому відповідає ділянка BC графіка?

а) Точка B — твердий стан (початок плавлення).

б) Твердий стан (температура нижча за точку плавлення -39 °С).

в) AB — нагрівання твердої ртуті.

г) Внутрішня енергія збільшувалася (енергія йде на руйнування кристалічних ґраток під час плавлення).

10. Установіть відповідність між явищем (1–3) і чинником (А–Г), від якого залежить швидкість випаровування рідини: 1 Улітку калюжі висихають швидше, ніж узимку; 2 За вітряної погоди білизна висихає швидше; 3 У спеку собака висовує язик. А Вид рідини; Б Температура рідини; В Площа вільної поверхні рідини; Г Рух повітря біля поверхні рідини.

1 — Б (влітку вища температура).

2 — Г (вітер забирає пару).

3 — В (збільшення площі випаровування через язик).

11. Яку кількість теплоти необхідно витратити для плавлення 5 кг алюмінію, взятого за температури плавлення? а) 3 кДж; б) 607 кДж; в) 1965 кДж; г) 3036 кДж.

Дано:

m = 5 \text{ кг}

\lambda = 393 \text{ кДж/кг}

Знайти:

Q - ?

Розв’язання:

Q = \lambda \cdot m

Q = 393 \text{ кДж/кг} \cdot 5 \text{ кг} = 1965 \text{ кДж}

Відповідь: в) 1965 кДж.

12. Етер масою 20 г за температури 15 °С повністю випарувався. Яку кількість теплоти поглинув етер під час цього процесу?

Дано:

m = 20 \text{ г} = 0,02 \text{ кг}

L = 0,4 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

Q - ?

Розв’язання:

За умови, що 15 °С — це температура кипіння (для спрощення задачі беремо тільки процес пароутворення):

Q = L \cdot m

Q = 0,4 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг} \cdot 0,02 \text{ кг} = 8000 \text{ Дж} = 8 \text{ кДж}

Відповідь: 8 кДж.

13. Чому температура пальної суміші в циліндрі двигуна під час стиснення збільшується, а під час робочого ходу — зменшується?

При стисненні поршень виконує роботу над газом, збільшуючи його внутрішню енергію і температуру. При робочому ході газ розширюється і виконує роботу, витрачаючи свою внутрішню енергію, тому температура падає.

14. Автомобіль, рухаючись із середньою швидкістю 144 км/год, витратив 8 кг дизельного пального на 100 км шляху. Визначте середню силу тяги двигуна автомобіля, якщо його ККД 30%.

Дано:

m = 8 \text{ кг}

s = 100 \text{ км} = 100\,000 \text{ м}

\eta = 30 \% = 0,3

q = 42 \cdot 10^6 \text{ Дж/кг}

Знайти:

F - ?

Розв’язання:

ККД визначається як відношення корисної роботи до повної енергії:

\eta = \dfrac{A_{\text{кор}}}{Q_{\text{повна}}}

Корисна робота:

A_{\text{кор}} = F \cdot s

Повна енергія (згоряння палива):

Q_{\text{повна}} = q \cdot m

Підставимо у формулу ККД:

\eta = \dfrac{F \cdot s}{q \cdot m} \Rightarrow F = \dfrac{\eta \cdot q \cdot m}{s}

F = \dfrac{0,3 \cdot 42 \cdot 10^6 \cdot 8}{100\,000} = \dfrac{100,8 \cdot 10^6}{10^5} = 1008 \text{ Н}

Відповідь: 1008 Н.

Завдання для самоперевірки до розділу 2 - Бар'яхтар

Оцініть матеріал

Коментарі

Залишити відповідь: