Сосуд с водой при температуре 10 градусов поставили
Сохраните:
Всероссийская олимпиада школьников ВОШ муниципальный этап 2020 по физике ответы (решения) и задания для 7,8,9,10,11 класса, официальная дата проведения в Московской области: 14.11.2020 (14 ноября 2020)
Ссылка для скачивания заданий, ответов и решений для 7 класса: скачать
Ссылка для скачивания заданий, ответов и решений для 8 класса: скачать
Ссылка для скачивания заданий, ответов и решений для 9 класса: скачать
Ссылка для скачивания заданий, ответов и решений для 10 класса: скачать
Ссылка для скачивания заданий, ответов и решений для 11 класса: скачать
Муниципальный этап ВОШ 2020 олимпиады по физике 7 класс задания и ответы:
1)Автомобиль двигался из пункта А в пункт Б. На первом участке пути его скорость была выше средней, на втором – равнялась средней, а на третьем – в 2 раза меньше средней. Скорости движения на каждом участке постоянны. Оказалось, что время прохождения третьего участка в 2 раза больше, чем первого. Во сколько раз скорость автомобиля на первом участке больше, чем на третьем?
2)Однажды зоолог Бот фотографировал червячка. Но так получилось, что на двух снимках, сделанных с интервалом 30 с, червячок попал в кадр лишь частично. Определите длину L червячка, если за 2 минуты он уполз на 80 см. 1 дюйм равен 2,54 см.
3)В распоряжении экспериментатора Глюка оказался тонкий квадратный лист жести массой m0 = 512 г с длиной стороны L = 80 см. Глюк вырезал из него несколько квадратных заготовок с длиной стороны a = 10 см и сделал из них полые кубики, из которых затем составил один большой куб с длиной стороны 2a. Определите: 1) какое максимальное количество маленьких кубиков можно изготовить? 2) массу M большого куба.
4)В прямоугольный аквариум с вертикальными стенками частично заполненный водой, поставили цилиндр высотой H = 60 см. В результате уровень воды поднялся до середины цилиндра. Затем в аквариум опустили другой такой же цилиндр, при этом уровень воды поднялся до высоты H. Определите высоту h уровня воды до погружения цилиндров. Вода из аквариума не вытекает. Цилиндры не плавают.
Муниципальный этап ВОШ 2020 олимпиады по физике 8 класс задания и ответы:
1)В сосуд, до краёв наполненный жидкостью с температурой t0 = 20С, аккуратно опустили тело, плотность которого в два раза больше плотности жидкости, а удельная теплоёмкость в два раза меньше её удельной теплоёмкости. В результате, температура содержимого сосуда повысилась до t1 = 30С. До какой величины t2 изменится температура в сосуде, если в него опустить не одно, а два таких тела? Считайте, что тела погружаются в сосуд полностью и так быстро, что теплообмен между ними и водой начинается после их полного погружения. Теплообменом с окружающей средой и теплоёмкостью сосуда можно пренебречь.
2)Система, изображённая на рисунке, находится в равновесии. Длины всех десяти делений рычага одинаковы. Масса ёмкостей с водой M = 3 кг, а масса грузов – 2M. Нижнюю ёмкость убирают, оставляя груз висеть на рычаге. Грузик какой массы m нужно положить в указанное место рычага, чтобы равновесие системы сохранилось?
3)От пристани А к пристани Б вниз по течению реки на максимально возможной скорости отправился прогулочный катер «Ёжик». Ровно на половине пути он попал в область сильного тумана, и было принято решение снизить скорость катера относительно воды в два раза. Через время t1 = 30 мин после этого туман рассеялся, и капитан обнаружил, что, двигаясь вслепую, он проскочил пристань Б. Быстро развернувшись и увеличив скорость катера до предела, капитан привёл его к пристани Б за время t2 = 15 мин после разворота. Найдите скорость течения реки, если расстояние между пристанями S = 6 км.
4)Для проверки грузоподъёмности плота массой m = 7 3 10 кг и размерами 6,25 м ×8,0 м ×1,0 м его поместили в бассейн и сверху нагрузили льдом так, что он оказался погруженным в воду наполовину (как показано на рисунке). Найдите объём V льда. Как изменится уровень воды в бассейне (повысится, понизится или не изменится), когда лёд растает? Ответ обоснуйте. Плотность воды 0 = 1,0 г/см3 , плотность льда = 0,9 г/см3 .
Муниципальный этап ВОШ 2020 олимпиады по физике 9 класс задания и ответы:
1)На рисунке приведён график зависимости проекции ускорения ax от времени t для частицы с момента начала наблюдения до момента её остановки. Определите максимальную скорость υmax частицы и путь S пройденный ей за 15 c.
2)На гладкой горизонтальной поверхности, плотно прилегая к ней, лежат два тонкостенных полусферических колокола радиусов R1 и R2 (R1 > R2) (см. рис.). Известно, что масса внешнего колокола в 2 раза больше массы внутреннего. В верхней части внешнего колокола проделано небольшое отверстие, через которое наливается жидкость плотностью ρ. В момент, когда заполняется всё пространство между колоколами, начинается подтекание под один из них. Определите под какой из колоколов начнётся подтекание и найдите его массу.
3)Стержень длиной L, состоящий из трёх частей одного диаметра, висит на нити горизонтально. Каждая следующая его часть, по сравнению с предыдущей, в 2 раза короче, а её плотность в 2 раза больше. Плотность самой длиной части ρ. Определите: 1) расстояние x от края стержня (со стороны короткой части) до точки крепления нити; 2) расстояние Δx, на которое нужно сместить точку крепления нити для достижения нового равновесия после погружения стержня в жидкость плотностью ρ.
4)В два калориметра положили по куску льда и с одинаковой постоянной мощностью начали подводить тепло. В первом калориметре за τ1 = 370 с удалось поднять температуру содержимого с t10 = –50°C до t11 = 30°C. Во втором через τ2 = 580 с от начала нагрева температура достигла t21 = 40°C. Определите массы m1 и m2 кусков льда, начальную температуру второго куска (t20) и мощность P нагревательного элемента. Известно, что куски льда отличались по массе на Δm = 210 г, а вода во втором калориметре появилась через τ0 = 80 с после начала нагрева. Удельная теплоёмкость льда cл = 2100 Дж/кг°C, удельная теплоёмкость воды cв = 4200 Дж/кг°C, удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг.
5)Из четырёх резисторов с сопротивлениями R, 2R, 3R и 4R (R = 15 Ом) спаян квадрат, в одну диагональ которого включён идеальный амперметр, а в другую – идеальный вольтметр (см. рис.). Найдите эквивалентное сопротивление R0 цепи между узлами a и b. Какими будут показания амперметра и вольтметра если к узлам a и b подключить источник с напряжением U = 12 В?
Муниципальный этап ВОШ 2020 олимпиады по физике 10 класс задания и ответы:
1)В калориметр поместили лёд при t0 = 0 °C и затем добавили порцию воды при температуре t = 24 °С. В результате температура содержимого стала равной t1 = 7 °C. Определите: 1) отношение массы порции воды к начальной массе льда; 2) какая температура t2 установится в калориметре, если налить ещё такую же порцию воды? Удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж/(кг∙°C), удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг. Теплоёмкость калориметра пренебрежимо мала.
2)На катушку массой m и радиусом R намотан лёгкий трос, свободный конец которого прикреплён к вертикальной стене (см. рис.). При каком минимальном коэффициенте трения со стеной катушка будет находиться в покое? Ускорение свободного падения g. Некоторые данные в задаче могут быть лишними. Положение троса на рисунке изображено условно.
3)В системе, показанной на рисунке, тела из одинакового материала смещаются на L1 = 0,5 м за Δt = 0,5 с. Если их поменять местами, то они сместятся за то же время на L2 = 0,6 м. Найдите коэффициент трения μ между телом и горизонтальной поверхностью стола. Ускорение свободного падения g = 10 м/с2 . Блок лёгкий, нить невесомая и нерастяжимая. Трения в оси нет.
4)Над серединой гладкой плоскости длиной l = 5 м с углом наклона α = 30º на высоте h = 1 м на потолке параллельном плоскости закреплена лампочка (см. рис.). С вершины плоскости без начальной скорости начинает скользить небольшое зеркало (З). Определите скорость изображения лампочки и скорость светового «зайчика» на потолке в момент, когда зеркало проезжает под лампочкой. Ускорение свободного падения g = 10 м/с2 .
5)Цепь, схема которой приведена на рисунке, состоит из резистора, двух одинаковых амперметров А1 и А2, вольтметра V и ваттметра W. Ваттметр представляет из себя комбинацию двух приборов: идеального амперметра (подключенного к клеммам «I») и идеального вольтметра (подключенного к клеммам «U»), произведение показаний которых пересчитывается в мощность. В одном из экспериментов ваттметр показал мощность P = 0,15 Вт; первый амперметр － силу тока I1 = 0,3 А; второй амперметр － силу тока I2 = 0,2 А; вольтметр － напряжение U = 0,6 В. Определите сопротивление амперметров RA, вольтметра RV и резистора R.
Муниципальный этап ВОШ 2020 олимпиады по физике 11 класс задания и ответы:
1)Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) массой m1 = 300 кг, летящий горизонтально со скоростью υ1 = 200 м/с, на подлёте к охраняемой территории попал под огонь зенитной артиллерии. Подлетевший вертикально со скоростью υ2 = 300 м/с снаряд массой m2 = 20 кг застрял в БПЛА. Определите количество теплоты Q выделившееся в результате попадания.
2)Бруску, находившемуся на горизонтальной поверхности на расстоянии L = 1,5 м от стены, сообщили скорость υ0 в направлении стены, при столкновении с которой он потерял 50% своей кинетической энергии перед ударом. Определите минимальную скорость υ0, при которой брусок сможет вернуться в исходную точку. Коэффициент трения между бруском и поверхностью μ = 0,1. Ускорение свободного падения g = 10 м/c2 .
3)Найдите отношение изменений внутренней энергии идеального одноатомного газа ΔU12/ΔU34 на участках 12 и 34 в ходе циклического процесса, который на pV диаграмме имеет вид ромба с диагоналями параллельными координатным осям (см. рис.).
4)На горизонтальном столе стоит теплоизолированный цилиндр с лёгким поршнем площадью S, под которым находится идеальный одноатомный газ, давление которого равно 0 p (см. рис.). Упоры на стенках цилиндра ограничивают движение поршня вверх. На поршень ставят и отпускают гирю массы m (m = 2p0S/g). Во сколько раз уменьшится объем газа после того, как система придёт в равновесие? Считайте, что цилиндр и гиря находятся под колоколом, из-под которого откачан воздух.
5)Электрическая цепь состоит из источника напряжения U0 = 12 В, резистора с неизвестным сопротивлением r, вольтметров V1 и V2 и ключей К1 и К2 (см. рисунок). Если замкнут только ключ К1, то показание одного из вольтметров равно U1 = 6,0 В. Если замкнут только ключ К2, то показание одного из вольтметров равно U2 = 8,0 В. Найдите сумму показаний вольтметров при одновременно замкнутых ключах К1 и К2.
Смотрите задания и ответы для других предметов муниципального этапа 2020:
ВСЕРОССИЙСКИЕ олимпиады 2020-2021 муниципальный этап задания и ответы
Источник
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник
1. На рисунке представлен график зависимости температуры t от времени τ для куска льда массой 480 г, помещённого при температуре −20 °С в калориметр. В тот же калориметр помещён нагреватель. Найдите, какую мощность развивал нагреватель при плавлении льда, считая эту мощность в течение всего процесса постоянной. Теплоёмкостью калориметра и нагревателя можно пренебречь. (Удельная теплота плавления льда — 330 кДж/кг.)
Решение.
Чтобы расплавить весь имеющийся лёд необходимо затратить энергию:
Здесь m — масса льда, λ — удельная теплота плавления льда.
Мощность нагревателя W — есть расход энергии в единицу времени. Время плавления определяем по графику:
Тогда, используя табличные данные и данные задачи, получаем:
Ответ: 330 Вт.
2. Сколько граммов воды можно нагреть на спиртовке на 30 °С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 30 %. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·107Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).
Решение.
При нагревании тела на температуру тело получает количество теплоты При сгорании тела выделяется энергия Учитывая, что КПД спиртовки равен 30 %, получаем:
Ответ: 1450 г.
3. Теплоизолированный сосуд содержит смесь льда и воды, находящуюся при температуре 0 °С. Масса льда 40 г, а масса воды 600 г. В сосуд впускают водяной пар при температуре +100 °С. Найдите массу впущенного пара, если известно, что окончательная температура, установившаяся в сосуде, равна +20 °С.
Решение.
Окончательная температура положительна, значит, весь лед расплавился, и вся получившаяся вода нагрелась.
При этом пар конденсировался и полученная вода остыла. С учетом этого запишем уравнение теплового баланса:
и выразим отсюда массу пара:
Здесь Qпол и Qотд — полученная и отданная теплота соответственно, m1, m2, m3 — массы льда, воды, пара соответственно, λ — удельная теплота плавления льда, c — удельная теплоемкость воды, τ — удельная теплота парообразования, t2 — конечная температура, t1 — исходная температура смеси лед-вода, t3 — температура пара.
Переведя граммы в килограммы и подставляя данные задачи и табличные данные, получаем:
Ответ: 25,4 г.
4. Литровую кастрюлю, полностью заполненную водой, из комнаты вынесли на мороз. Зависимость температуры воды от времени представлена на рисунке. Какое количество теплоты выделилось при кристаллизации и охлаждении льда?
Примечание.
Удельную теплоту плавления льда считать равной
Решение.
Поскольку объём воды равен одному литру, масса воды равна одному килограмму. Таким образом, кристаллизовался 1 кг льда, выделив при этом
Также тепло выделялось при охлаждении льда:
Следовательно, при кристаллизации и охлаждении льда выделилось 372 кДж энергии.
Ответ: 372 кДж.
5. Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 20%. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·107Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).
Решение.
При нагревании тела на температуру тело получает количество теплоты При сгорании тела выделяется энергия Учитывая, что КПД спиртовки равен 20%, получаем:
Ответ: 33,6 г.
6. Какое количество теплоты выделится при кристаллизации 2 кг расплавленного олова, взятого при температуре кристаллизации, и последующем его охлаждении до 32 °С? (Удельная теплоёмкость олова — 230 Дж/(кг · °С).)
7. Тонкостенный сосуд содержит смесь льда и воды, находящуюся при температуре 0 °С. Масса льда 350 г, а масса воды 550 г. Сосуд начинают нагревать на горелке мощностью 1,5 кВт. Сколько времени понадобится, чтобы довести содержимое сосуда до кипения? Потерями теплоты и удельной теплоёмкостью сосуда, а также испарением воды можно пренебречь.
Решение.
Чтобы довести содержимое сосуда до кипения за время τ, необходимо расплавить лёд, а затем нагреть всю получившуюся воду до температуры кипения, следовательно, затратить энергию, равную
Здесь m1, m2, — массы льда и воды соответственно, λ — удельная теплота плавления льда, c — удельная теплоёмкость воды, t2 — температура кипения воды, t1 — исходная температура смеси лед-вода.
Мощность горелки W есть расход энергии в единицу времени, откуда находим τ:
Подставляя табличные данные и данные задачи, находим:
Ответ: 5,5 мин.
8. На рисунке представлен график зависимости температуры от полученного количества теплоты для вещества массой 1 кг. Первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии. Определите удельную теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии.
Решение.
Удельная теплоёмкость — это количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть вещество на 1 °C. Из графика видно, что для нагревания 1 кг вещества на 200 °C потребовалось 50 кДж. Таким образом, удельная теплоёмкость равна:
Ответ:
9. В тонкостенный сосуд налили воду, поставили его на электрическую плитку мощностью 800 Вт и начали нагревать. На рисунке представлен график зависимости температуры воды t от времени τ. Найдите массу налитой в сосуд воды. Потерями теплоты и теплоёмкостью сосуда пренебречь.
10. Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом чайнике массой 700 г вскипятить 2 кг воды? Первоначально чайник с водой имели температуру 20 °С.
Примечание.
Удельную теплоёмкость алюминия считать равной
Решение.
Для нагревания чайника необходимо
Для нагревания воды:
Всего потребуется
Ответ: 723,52 кДж.
11. Какое количество теплоты выделится при конденсации 2 кг пара, взятого при температуре кипения, и последующего охлаждения воды до 40 °С при нормальном атмосферном давлении?
Решение.
В данном случае тепло отдавали пар и получившаяся из него вода. Пар отдал:
вода отдала:
Таким образом:
Ответ: 5104 кДж.
12. Какое минимальное количество теплоты необходимо для превращения в воду 500 г льда, взятого при температуре −10 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.
Решение.
Для нагревания льда до температуры плавления необходимо:
Для превращения льда в воду:
Таким образом:
Ответ: 175 500 Дж.
13. В сосуд с водой положили кусок льда. Каково отношение массы льда к массе воды, если весь лёд растаял и в сосуде установилась температура 0 °С? Теплообменом с окружающим воздухом пренебречь. Начальные температуры воды и льда определите из графика зависимости температуры t от времени τ для воды и льда в процессе теплообмена.
Решение.
Лёд растает за счёт того, что вода будет остывать и тем самым отдавать своё тепло. Запишем это в формульном виде: где — теплоёмкость воды, — удельная теплота плавления льда, — масса воды и льда соответственно.
Таким образом,
Ответ: 0,42.
14. Как изменится внутренняя энергия 500 г воды, взятой при 20°С, при её превращении в лёд при температуре 0 °С?
Решение.
При охлаждении воды до 0 °С выделится количество теплоты, равное:
Затем при кристаллизации воды выделится количество теплоты, равное:
Таким образом, всего вода отдаст теплоты.
Ответ: 207 кДж.
15. В стакан массой 100 г, долго стоявший на улице, налили 200 г воды из лужи при температуре +10 °С и опустили в неё кипятильник. Через 5 минут работы кипятильника вода в стакане закипела. Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду, найдите мощность кипятильника. Удельная теплоёмкость материала стакана равна 600 Дж/(кг · °С).
16. Два однородных кубика привели в тепловой контакт друг с другом (см. рисунок). Первый кубик изготовлен из цинка, длина его ребра 2 см, а начальная температура t1 = 1 °C. Второй кубик изготовлен из меди, длина его ребра 3 см, а начальная температура t2 = 74,2 °C. Пренебрегая теплообменом кубиков с окружающей средой, найдите температуру кубиков после установления теплового равновесия.
Примечание.
Плотности цинка и меди соответственно:
Удельные теплоёмкости цинка и меди соответственно:
Решение.
При нагревании(охлаждении) тела на температуру тело получает(отдаёт) количество теплоты Более горячее тело передаёт тепло более холодному, запишем уравнение теплового баланса: Заметим, что теплоёмкости цинка и меди равны, поэтому их можно сократить. Раскроем скобки:
Найдём массы кубиков:
Подставим эти значения в формулу для конечной температуры:
Ответ:
17. Сколько литров воды при 83 °С нужно добавить к 4 л воды при 20 °С, чтобы получить воду температурой 65 °С? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.
Решение.
Плотность воды равна 1 кг/л, теплоемкость равна 4 200 Дж/кг. Таким образом, изначально мы имеем m0 = 4 кг воды при температуре t0 = 20 °C. Добавляется некоторое количество воды массой m1 при температуре t1 = 83 °C. Конечная температура смеси равна tкон, а её масса m0 + m1.
Составим уравнение теплового баланса для процесса:
— отданное в процессе тепло;
— полученное в процессе тепло;
.
Таким образом,
следовательно, необходимо 10 л воды.
Ответ: 10.
18. В тонкостенный сосуд налили воду массой 1 кг, поставили его на электрическую плитку и начали нагревать. На рисунке представлен график зависимости температуры воды t от времени τ. Найдите мощность плитки. Потерями теплоты и теплоёмкостью сосуда пренебречь.
Решение.
Мощность, это отношение теплоты ко времени, за которую эта теплота получена Теплота, полученная телом при нагревании на температуру рассчитывается по формуле Используя график, найдём мощность плитки:
Ответ: 700 Вт.
19. 3 л воды, взятой при температуре 20 °С, смешали с водой при температуре 100 °С. Температура смеси оказалась равной 40 °С. Чему равна масса горячей воды? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.
Решение.
Более холодная вода нагрелась за счет остывания горячей воды: . Масса воды вычисляется по формуле:
Выражаем массу горячей воды:
Ответ: 1.
20. Килограммовый кусок льда внесли с мороза в тёплое помещение. Зависимость температуры льда от времени представлена на рисунке. Какое количество теплоты было получено в интервале времени от 50 мин до 60 мин?
Решение.
Исходя из графика, в интервале от 50 до 60 минут происходил нагрев воды от 0 °C до 20 °C. Вычислим количество теплоты:
Ответ: 84 кДж.
21. В стакан массой 100 г, долго стоявший на столе в комнате, налили 200 г воды при комнатной температуре +20 °С и опустили в неё кипятильник мощностью 300 Вт. Через 4 минуты работы кипятильника вода в стакане закипела. Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду, найдите удельную теплоёмкость материала стакана.
22. Два однородных кубика привели в тепловой контакт друг с другом. Первый кубик изготовлен из меди, длина его ребра 3 см, а начальная температура t1 = 2 °C. Второй кубик изготовлен из алюминия, длина его ребра 4 см, а начальная температура t2 = 74 °C. Пренебрегая теплообменом кубиков с окружающей средой, найдите температуру кубиков после установления теплового равновесия.
Примечание.
Плотности алюминия и меди соответственно:
Удельные теплоёмкости алюминия и меди соответственно:
Решение.
При нагревании(охлаждении) тела на температуру тело получает(отдаёт) количество теплоты Более горячее тело передаёт тепло более холодному, запишем уравнение теплового баланса: Раскроем скобки:
Найдём массы кубиков:
Подставим эти значения в формулу для конечной температуры:
Ответ:
23. Двигатель трактора совершил полезную работу 23 МДж, израсходовав при этом 2 кг бензина. Найдите КПД двигателя трактора.
Решение.
При сгорании 2 кг бензина выделяется теплоты, где — удельная теплота сгорания бензина. КПД рассчитывается по формуле:
Ответ: 25 %.
24. Автомобиль УАЗ израсходовал 30 кг бензина за 2 ч. езды. Чему равна мощность двигателя автомобиля, если его КПД составляет 30%? (Удельная теплота сгорания бензина 4,6·107Дж/кг).
Решение.
Энергия, полученная двигателем от 30 кг бензина КПД определяется как отношение полезной работы к энергии, потребляемой двигателем Мощность двигателя — это отношение полезной работы совершаемой двигателем ко времени:
Ответ: 57,5 кВт.
25. В сосуд с водой положили кусок льда. Каково отношение массы воды к массе льда, если весь лёд растаял и в сосуде установилась температура 0 °С? Теплообменом с окружающим воздухом пренебречь. Начальную температуру воды и льда определите из графика зависимости от времени для воды и льда в процессе теплообмена.
Решение.
Лед растает за счёт того, что вода будет остывать и тем самым отдавать своё тепло. Запишем это в формульном виде: где — удельная теплоёмкость воды, — удельная теплота плавления льда, — масса воды и льда соответственно.
Таким образом,
Ответ: 2,38.
Источник