Урок 91. Решение задач по теме "Уравнение теплового баланса"

РАЗДЕЛ II. Поурочные разработки по физике к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского

ТЕРМОДИНАМИКА

Урок 91. Решение задач

Цель: научиться решать задачи.

Ход урока

1. В ведро налито V₁ = 5 л воды, температура которой t₁ = 9 °С. Сколько литров кипятка V₂ нужно долить в ведро, чтобы температура воды стала t = 30 °С? Атмосферное давление нормальное. Теплообменом воды с окружающими телами пренебречь.

2. После опускания в воду, имеющую температуру t₁ = 10 °С, тела, нагретого до t₂ = 100 °С, через некоторое время установилась одинаковая температура t₃ = 40 °С. Какой станет температура t воды, если, не вынимая первого тела, в нее опустить еще одно тело, также нагретое до t₂ = 100 °С? Теплообменом упомянутых тел и воды с прочими телами пренебречь.

3. Для определения удельной теплоемкости металлического сплава производится следующий опыт: образец сплава массой m = 200 г погружается на длительное время в кипящую воду, температура которой t = 100 °С, а затем быстро переносится в теплоизолированный калориметр, содержащий m_в = 300 г воды при температуре t_o = 20 °С. В результате температура воды в калориметре возрастает на Δt = 30 °С, после чего рост ее прекращается. Найдите удельную теплоемкость образца. Удельная теплоемкость воды с_в = 4200 Дж/(кг·К). Теплоемкостью калориметра пренебречь.

4. В калориметр поместили m₁ = 0,3 кг воды при температуре t₁ = 80 °С и кусок льда массой m₂ = 100 г и температурой t₂ = -5 °С. Найти конечную температуру t смеси. Удельные теплоемкости воды и льда равны соответственно: с₁ = 2100 Дж/(кг·К), и с₂ = 4200 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда l = 3,3 · 10⁵ Дж/кг. Теплоемкостью калориметра пренебречь.

5. Какое количество Q теплоты следует сообщить m = 5 кг меди, взятой при температуре t₁ = 13 °С, чтобы нагреть ее до плавления и расплавить? Температура плавления меди t₂ = 1083 °С, удельная теплоемкость меди с = 390 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления меди l = 1,75 · 10⁵ Дж/кг.

6. На нагреватель поставили открытый сосуд с водой. Через t₁ = 40 мин после начала кипения в сосуд добавили воду, масса которой равна массе выкипевшей за это время воды. При неизменных условиях нагрева вода в сосуде снова закипела спустя t₂ = 3 мин. Какова была первоначальная температура t добавленной воды? Удельная теплоемкость воды с = 4,2 ·10³ Дж/(кг·К), удельная теплота парообразования воды r = 2,26 · 10⁶ Дж/кг, атмосферное давление нормальное. Потерями тепла пренебречь.

7. Стальной осколок, падая с высоты Н = 500 м, имел у поверхности Земли скорость v = 59 м/с. На сколько Δt повысилась температура осколка, если считать, что вся работа сил сопротивления воздуха привела только к нагреванию осколка? Удельная теплоемкость стали с = 460 Дж/(кг·К). Ускорение свободного падения g = 10 м/с².

8. При изготовления льда в холодильнике потребовалось t₁ = 5 мин, чтобы охладить воду от t₀ = 4 °С и еще t₂ = 1 час 40 мин, чтобы превратить ее в лед. Определите из этих данных удельную теплоту плавления 1 льда. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/(кг·К). Считайте, что в процессе охлаждения воды и ее замораживания скорость отвода тепла была постоянной.

9. Свинцовая пуля ударяется о препятствие и останавливается. Скорость пули перед ударом v = 330 м/с. Какая часть Dm/m пули расплавится, если вся теплота, выделяющаяся при ударе, поглощается пулей? Температура пули перед ударом t₀ = 27 °С, удельная теплоемкость свинца с = 125 Дж/(кг·К) и удельная теплота плавления свинца l = 2,5 · 10⁴ Дж/кг. Температура плавления свинца t = 327 °С.

10. Имеется m = 1 кг воды, переохлажденной до t₁ = -10 °С. При некотором возмущении часть воды превращается в лед с температурой t₂ = 0 °С. Какова масса m₁ образовавшегося льда? Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда l = 3,3 · 10⁵ Дж/кг.

Домашнее задание

П. 76-78.