Сосуд содержащий некоторую массу азота

Задачи, тесты

Л. Г.
Калачёва,
МОУ СОШ № 5, г. Усть-Катав, Челябинская обл.

Цель не в том, чтобы внести в головы детей
известное количество определённых знаний,
а в том, чтобы школьным знанием развить
способности детей.
К.Д.Ушинский

Вот уже несколько лет я веду НОУ. В его секциях – «Занимательные и нестандартные задачи», «Физический эксперимент», «Научно-техническая информация» – занимаются учащиеся разного возраста. Эти занятия прививают интерес к предмету, способствуют развитию творческих способностей, позволяет психологически подготовиться к решению олимпиадных задач. Мои ребята обязательно участвуют в олимпиадах по физике, которые проводятся раз в четверть по всем параллелям (для всех желающих). На заключительном школьном этапе выявляю победителей или призёров, которых мы посылаем защищать честь школы на муниципальном (городском) этапе соревнований. Уже 14 лет мои ученики занимают призовые места в городе и участвуют в областных соревнованиях.

Кл.	Раздел программы	Тип задач	Кол.
7	Методы научного познания Движение Взаимодействие Методы научного познания	Расчётная Расчётная Расчётная Эксперимент-я	1 1 1 1
8	Строение вещества Механика: динамика гидростатика Методы научного познания	Качественная Расчётная Расчётная Эксперимент-я	1 1 1 1
9	Тепловые явления Механика: кинематика; гидростатика Тепловые явления	Расчётная Расчётная Расчётная Эксперимент-я	1 1 1 1
10	Термодинамика Механика: гидростатика кинематика; Электростатика Динамика	Расчётная Расчётная Расчётная Качественная Эксперимент-я	1 1 1 1 1
11	Механика: кинематика; гидростатика Термодинамика Электростатика МКТ	Расчётная Расчётная Расчётная Качественная Эксперимент-я	1 1 1 1 1

7-й класс (максимально 40 баллов)

1 (10 баллов). Какую площадь поверхности воды займёт, разлившись по ней, нефть объёмом 1 м3 при толщине слоя 1/40 000 мм? Выразите ответ в км2.

2 (10 баллов). Из одного пункта в другой мотоциклист двигался со скоростью 20 м/с. Обратный путь он проделал со скоростью 10 м/с. Определите среднюю скорость движения на всём пути.

3 (10 баллов). Мальчик бросает камень с гружёной баржи и с лёгкой надувной лодки. В каком случае камень полетит дальше?

4 (10 баллов). Практическое задание. Вычислите массу тела по плотности и объёму.

Приборы и материалы: весы учебные, гири, измерительный цилиндр с водой, стальное тело неправильной формы, таблица плотностей.

Ответы и критерии оценивания (в баллах)

1. Выражен объём в мм3 (1 000 000 000 мм3) …… 4

Записана формула для объёма: V = S × l …… 1

Вычислена площадь: 1 000 000 000 : 1/40 000 …… 3

Площадь выражена в км2: (40 км2) …… 2

Ответ. 40 км2.

2. Записана формула υср = s/t …… 1

Найдено время при движении со скоростью 20 м/с (s/20) …… 2

Найдено время при движении со скоростью 10 м/с (s/10) …… 2

Найдено всё время (s/20 + s/10 = 3s/20) …… 2

Найден весь путь 2s …… 2

Найдена средняя скорость (υср = 13,3 м/с) …… 1

Ответ. 13,3 м/с.

3. Лодка смещается на большее расстояние, чем баржа, а камень получает меньшую скорость. …… 5

Камень, брошенный с баржи, получит большую скорость, значит, полетит дальше …… 5

4. Записано вещество, из которого состоит тело неправильной формы, и найдено в таблице значение плотности этого вещества 1

Измерен объём тела с помощью мензурки …… 4

Записана формула для расчёта массы тела через плотность и объём …… 1

Вычислена масса тела …… 1

Проверена масса тела с помощью рычажных весов …… 3

8-й класс (максимально 35 баллов)

1 (5 баллов). Чтобы разорвать кусок проволоки, требуются значительные усилия. Однако, если раскалить проволоку в пламени горелки, разорвать её намного легче. Почему?

2 (10 баллов). Сила тяги тепловоза 245 кН. Мощность двигателей 2940 кВт. За какое время поезд при равномерном движении пройдёт путь, равный 15 км?

3 (10 баллов). У основания здания давление в водопроводе равно 5 · 105 Па. С какой силой давит вода на прокладку крана площадью 0,5 см2, если кран расположен на пятом этаже здания на высоте 20 м от основания? Плотность воды 1000 кг/м3.

4 (10 баллов). Практическое задание. Измерьте плотность жидкости.

Оборудование: весы учебные, гири, цилиндр измерительный (мензурка), стакан с водой.

Ответы и критерии оценивания (в баллах)

1. При нагревании изменяются линейные размеры тела …… 2

С увеличением расстояний между частицами вещества уменьшаются силы молекулярного взаимодействия …… 3

2. Записана формула мощности и определена через неё скорость движения тела (N = Fυ ⇒ υ=N/F ⇒ υ =12 м/с) …… 5

Записана формула скорости и определено через неё время (υ = s/t ⇒ t = s/υ ⇒ t = 15 000 м/12 м/c = 1250 c) …… 5

3. Рассчитано давление воды на 5-м этаже (оно меньше давления у основания на ρgh = 1000 кг/м3 × 10 м/с2 · 20 м = 2 · 105 Па, т.е. равно 3 · 105 Па) …… 5

Рассчитана сила давления воды на прокладку крана на 5-м этаже (F = pS ⇒ F = 3 · 105 Па · 0,5 · 10-4 м2 = 15 Н) …… 5

4. Определена цена деления шкалы мензурки …… 2

Измерена масса стакана с водой на весах …… 2

Перелита вода из стакана в мензурку и измерена масса пустого стакана …… 2

Вычислена масса воды в мензурке …… 1

Измерен объём воды в мензурке …… 2

Вычислена плотность воды …… 1

9-й класс (максимально 35 баллов)

1 (10 баллов). В жаркую погоду стакан с водой охлаждают, подкладывая в него кусочки льда (один растает – кладут другой). Избыток воды переливается через край. Кусочек льда массой 5 г тает за 5 мин. За какое время вода в стакане нагреется на 1 °С, если мы перестанем подкладывать лёд? Масса воды в стакане 200 г, стакан лёгкий. Удельная теплота плавления льда 330 Дж/ г, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · град).

2 (5 баллов). В течение какого времени скорый поезд длиной 300 м, идущий со скоростью 72 км/ч, будет проходить мимо встречного поезда длиной 600 м, идущего со скоростью 36 км/ч?

3 (10 баллов). Определите плотность однородного тела, вес которого в воздухе 2,8 Н, а в воде 1,69 Н. Выталкивающей силой воздуха пренебречь. Плотность воды 1000 кг/м3.

4 (10 баллов). Практическое задание. На сколько градусов можно нагреть 10 г воды одной таблеткой сухого горючего?

Оборудование: весы рычажные, гири, таблетка сухого горючего, таблица «Удельная теплота сгорания».

Ответы и критерии оценивания (в баллах)

1. Отмечено, что теплоёмкостью стакана можно пренебречь. Вычислено количество теплоты, получаемое стаканом за 5 мин (Q1 = qm = 330 · 5 = 1650 Дж) …… 5

Отмечено, что изменение температуры воды на 1 °С в жаркий день не изменит условия теплообмена, поэтому для нагревания 200 г воды на 1 °С нужно Q2 = cmΔt° = 4200 · 0,2 · 1 = 840 Дж, т.е. стакан нагреется за (840/1650) × 5 мин = 0,51 · 5 ≈ 2,5 мин …… 5

2. Найдена относительная скорость поездов (10 м/с + 20 м/с = 30 м/с) …… 2

Найдено расстояние, проходимое поездом (300 м + 600 м = 900 м) …… 2

Найдено время движения (t = s/υ ⇒ t = 30 c) …… 1

3. Найдена масса тела (2,8 Н/10 м/с2 = 0,28 кг) …… 3

Найдена выталкивающая сила (FА = 2,8 Н – 1,69 Н = 1,11 Н) …… 3

Найден объём тела (FА = ρgV ⇒ V =FА/ρg ⇒ V =1,11·10-4 м3) …… 2

Найдена плотность тела (ρ = m/V = 2,5·103 кг/м3) …… 2

4. Определена масса одной таблетки сухого горючего с помощью рычажных весов …… 2

Определено количество теплоты, выделяемое при сгорании таблетки …… 3

Составлено уравнение теплового баланса, из которого определена разность температур …… 5

10-й класс (максимально 40 баллов)

1 (10 баллов). См. задачу 1 для 9-го класса.

2 (10 баллов). На краю плавающей льдины толщиной 2 м находится человек, желающий зачерпнуть воды. Какой длины верёвку он должен привязать к ведру?

3 (10 баллов). Какой угол наклона должна иметь крыша, чтобы вода стекала за минимальное время?

4 (5 баллов). Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, если включают ток?

5 (5 баллов). Практическое задание. Определите кинетическую энергию мяча, упавшего на пол.

Приборы и материалы: динамометр, мяч, измерительная лента.

Ответы и критерии оценивания (в баллах)

2. Сформулировано условие плавания тела: сила тяжести уравновешивается выталкивающей силой (ρлSHg = ρвShg ⇒ h = Hρл/ρв ⇒ h = 1,8 м) …… 5

Определено расстояние от поверхности льдины до воды (H – h = 0,2 м) …… 3

Указано, что при таком расстоянии воду можно зачерпнуть, нагнувшись. Верёвка не нужна. …… 2

3. Определено ускорение, с которым будет соскальзывать капля с крыши, имеющей угол ската α (a = gsinα) …… 3

Получена длина её пути по скату с основанием d (l = d/cosα = at2/2 = gt2sinα/2) …… 3

Получено выражение, связывающее время скатывания с основанием и углом наклона ската
(t2 = 2d/(g · cosα · sinα) = 4d/(g · sin2α) …… 2

Найдено, что время минимально при sin2α = 1, т.е. α = 45° …… 2

4. Указано, что при включении тока высокого напряжения на перьях птицы возникает статический электрический заряд …… 2

Указано, что перья птицы, заряженные одноимённо, начинают расходиться …… 2

Указано, что это пугает птицу …… 1

5. Определён вес мяча с помощью динамометра …… 1

Определена масса мяча …… 1

Измерена высота, с которой падал мяч …… 1

Исходя из закона сохранения механической энергии, записано значение кинетической энергии. …… 2

Читайте также: Сосуды на лице сужаются

11-й класс (максимально 40 баллов)

1 (10 баллов). См. задачу 3 для 10-го класса.

2 (10 баллов). Деревянный шар объёмом V и массой M удерживается под водой с помощью тонкой стальной цепи, лежащей на дне водоёма и прикреплённой одним концом к шару. Найдите длину цепи между шаром и дном, если масса 1 м цепи m, плотность воды ρ. Объёмом цепи пренебречь.

3 (10 баллов). Сосуд, содержащий некоторую массу азота, при нормальных условиях движется со скоростью 100 м/с. Какова будет максимальная температура азота при внезапной остановке сосуда? Удельная теплоёмкость азота при постоянном объёме 745 Дж/(кг · К).

4 (5 баллов). Остаётся ли постоянной мощность лампы при различном её накале?

5 (5 баллов). Практическое задание. Проверьте, изменится ли температура воды и как, если в ней растворить соль. Объясните явление.

Приборы и материалы: стакан с водой, соль, термометр.

Ответы и критерии оценивания (в баллах)

2. Записана масса цепи (mlg) …… 4

Записано условие равновесия шара (Mg + mlg = Vρg) …… 4

Определена длина цепи (l = (Vρ – M)/m) …… 2

3. Указано, что кинетическая энергия азота переходит во внутреннюю (mυ2/2 = mcVΔT) …… 6

Найдено изменение температуры (ΔT = 6,7 К) …… 2

Определена конечная температура (273 К + 6,7 К = = 279,7 К) …… 2

4. Указано, что накал (температура) лампы связан с сопротивлением нити (U2/R), поэтому мощность будет меняться …… 5

5. Установлено понижение температуры …… 2

Указана причина: часть внутренней энергии идёт на разрушение кристаллической решётки …… 3

Источник

2017-05-27
Сосуд, содержащий некоторую массу газа, движется со скоростью $u$. На сколько увеличится средний квадрат скорости теплового движения молекул при остановке сосуда для одноатомного и двухатомного газов? Теплоемкость, теплопроводность и масса стенок сосуда пренебрежимо малы.

Решение:

При движении сосуда все молекулы газа участвуют одновременно в хаотическом (тепловом) движении и направленном движении со скоростью $u$. При остановке сосуда молекулы по инерции некоторое время сохраняют свою направленную скорость, но затем в результате соударений друг с другом и со стенками сосуда газ придет в равновесное состояние, при котором молекулы его не обладают направленной скоростью. При этом установится максвелловское распределение молекул по скоростям с некоторым значением среднего квадрата скорости $langle v^{2} rangle_{2}$. Чтобы выяснить, насколько это значение больше того, что было до остановки сосуда ($ langle v^{2} rangle_{1}$), надо найти прирост средней кинетической энергии $Delta langle W_{0} rangle$ хаотического движения одной молекулы в результате остановки.

При движении сосуда результирующая скорость $vec{c}_{i}$, и кинетическая энергия поступательного движения любой молекулы соответственно равны:

$vec{c}_{i} = vec{v}_{i} + vec{u}, frac{m_{0} c_{i}^{2}}{2} = frac{m_{0}v_{i}^{2}}{2} + frac{m_{0}u^{2}}{2} + m_{0} vec{v}_{i} vec{u}$. (1)

Здесь $vec{v}_{i}$ — скорость хаотического движения молекулы.

Для нахождения средней кинетической энергии поступательного движения молекулы выражение (1) надо просуммировать по всем молекулам и затем разделить на общее число $N$ молекул:

$frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} frac{m_{0} c_{i}^{2}}{2} = frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} frac{m_{0}v_{i}^{2}}{2} + frac{m_{0}u^{2}}{2} + frac{m_{0} vec{u}}{N} sum_{i=1}^{n} vec{v}_{i}$. (2)

Вследствие хаотичности теплового движения, т. е. полной равноправности всех направлений вектора $vec{v}_{i}, sum vec{v}_{i} = 0$ и последнее слагаемое в правой части (2) обращается в нуль. Первое слагаемое можно представить как $m_{0} langle v^{2} rangle_{1} /2$. Тогда поступательная кинетическая энергия молекулы во время движения сосуда

$ langle W_{0п} rangle_{1} = frac{m_{0} langle v rangle_{1}}{2} + frac{m_{0}u^{2}}{2}$.

Очевидно, и средняя полная кинетическая энергия молекулы во время движения сосуда может быть выражена аналогичной суммой:

$langle W_{0} rangle^{ prime} = langle W_{0} rangle_{1} + m_{0} u^{2}/2$. (3)

Здесь первое слагаемое есть средняя полная энергия хаотического движения молекулы, равная $ikT_{1}/2$. После остановки сосуда

$langle W_{0} rangle^{ prime prime} = langle W_{0} rangle_{2} = (i/2)kT_{2}$. (4)

Если учесть сделанные в условии задачи оговорки, свидетельствующие о том, что сосуд не участвует в энергетическом балансе, то $langle W_{0} rangle^{ prime} = langle W_{0} rangle^{ prime prime}$, т. е. при остановке сосуда кинетическая энергия направленного движения каждой молекулы полностью переходит в энергию хаотического движения. Сравнивая (3) и (4), получим

$Delta langle W_{0} rangle = langle W_{0} rangle_{2} – langle W_{0} langle_{1} = m_{0} u^{2} /2$. (5)

Выражение (5) позволит найти искомое приращение среднего квадрата скорости теплового движения молекул.

Из выражения для средней энергии поступательного движения молекулы $m_{0} langle v^{2} rangle = frac{3}{2} kT$ следует, что

$langle v^{2} rangle = 3kT/m_{0}$.

Средняя полная кинетическая энергия одной молекулы

$langle W_{0} rangle = ikT/2$.

Совместное решение двух последних уравнений дает

$langle v^{2} rangle = 6 langle W_{0} rangle / (im_{0})$.

Тогда изменение среднего квадрата скорости

$Delta langle v^{2} rangle = langle v^{2} rangle_{2} – langle v^{2} langle_{1} = Delta langle W_{0} rangle frac{6}{im_{0}} $.

Учитывая выражение (5), находим

$Delta langle v^{2} rangle = 3u^{2}/i$.

Для одноатомного газа $(i = 3) Delta langle v^{2} rangle = u^{2}$. Для двухатомного газа $(i = 5) Delta langle v^{2} rangle = 0,6u^{2}$.

Источник

Вопросы по другим предметам:

Категория

Математика, 26.05.2019 15:00

Категория

География, 26.05.2019 14:05

Категория

Английский язык, 26.05.2019 15:00

Категория

Математика, 26.05.2019 15:00

Категория

История, 26.05.2019 14:05

Категория

География, 26.05.2019 14:05

Категория

Геометрия, 26.05.2019 15:00

Стороны треугольник равны: 1) 4см, 5см, 7 см 2)6см, 9см, 0,6дм. 3)5 м, 5 м, 5 м. 4) 1,2м. 7дм. 12дм. в каком случае треугольник получается: равнобедренный, равносторонний, разност…

Категория

Русский язык, 26.05.2019 15:00

Источник

Сосуд содержащий некоторую массу азота

Задачи, тесты

Л. Г. Калачёва,МОУ СОШ № 5, г. Усть-Катав, Челябинская обл.

Похожие вопросы:

Вопросы по другим предметам:

Л. Г.
Калачёва,
МОУ СОШ № 5, г. Усть-Катав, Челябинская обл.