Курсы повышения квалификации и переподготовки для учителей. Документы об окончании по почте БЕСПЛАТНО, комфортное обучение из дома.

СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Выбрать материалы

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Была в сети 26.04.2024 15:39

Никифорова Наталья Владиленовна

Учитель физики

39 964

409

Подписчики

Подписки

Местоположение

Россия, Тольятти

Специализация

Физика

Обо мне Блог Файлы Тесты Галерея Активность Награды

Решение вопросов № 1 - 10 к тесту № 2 в формате ЕГЭ "Молекулярная физика и термодинамика".

Категория: Физика

12.08.2019 16:01

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?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

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:

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.

В запаянной с одного конца длинной горизонтальной стеклянной трубке постоянного сечения (см. рисунок) находится столбик воздуха длиной l₁ = 30,7 см, запертый столбиком ртути. Если трубку поставить вертикально отверстием вверх, то длина воздушного столбика под ртутью будет равна l₂ = 23,8 см. Какова длина ртутного столбика? Атмосферное давление 747 мм рт. ст. Температуру воздуха в трубке считать постоянной.

Дано:

Решение:

Т = const,

l₁ = 30,7 см,

l₂ = 23,8 см,

р_атм = 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 = р_атм, p₂ = р_атм + р_рт, р_рт – давление ртутного столбика в вертикальной трубке и оно равно р_рт= ρ_ртg 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: р_атм S l₁ = (р_атм + р_рт) S l₂.

р_атм l₁ = (р_атм + р_рт) l₂, р_атм l₁ = р_атм l₂+ р_ртl₂, р_рт = = р_атм( – 1).

р_рт = 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 м³,

p₀ = 1,23 кПа,

t = 10°С,

φ = 30%

τ = 1,5 ч,

Найти:

φ’

За время τ превратилось в пар вода объемом V_τ = ∙ τ = 0,3 л. Определим массу водяного пара, поступившего в комнату m = V ρ = 0,0003 м³ ∙ 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.

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующих процесс 1–2, и укажите их номера.

	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.

Решение: По графику определяем время плавления льда (горизонтальный участок, т.к. при плавлении температура не меняется) t = 10 мин = 600 с. Среднюю тепловую мощность Р найдем по формуле Р = , Р = = 5Вт.

Ответ: 5 Вт.

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.