В горизонтальном цилиндрическом сосуде находится идеальный газ
ЕГЭ по физике №30 с решением и ответами
№30 ЕГЭ по физике – примеры решения:
Задание № 1
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ.
Первоначальное давление газа p1 = 4·105 Па.
Расстояние от дна сосуда до поршня равно L.
Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см2.
В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние x = 10 см.
При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной Fтр = 3·103 Н.
Найдите L. Считать, что сосуд находится в вакууме.
Вариант решения :
№30 ЕГЭ по физике – примеры решения:
Задание № 2
Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводным поршнем на две части. В одной части цилиндра находится гелий, а в другой – аргон. В начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона – 900 К; объёмы, занимаемые газами, одинаковы, а поршень находится в равновесии. Поршень медленно перемещается без трения. Теплоёмкость поршня и цилиндра пренебрежимо мала. Чему равно отношение внутренней энергии гелия после установления теплового равновесия к его энергии в начальный момент?
Вариант решения :
№30 ЕГЭ по физике.
Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой pV4=const?
Решение №30 ЕГЭ по физике.
Выразим из уравнения Менделеева-Клапейрона давление p:
(1).
Подставим (1) в формулу, описывающую данный процесс:
Следовательно, при увеличении объема в 2 раза температура должна понизиться в 8 раз
№30 ЕГЭ по физике.
На рисунке изображён процесс 1-2-3-4-5, проводимый над 1 молем идеального одноатомного газа.
Вдоль оси абсцисс отложена абсолютная температура Т газа,
а вдоль оси ординат – количество теплоты Q полученное или отданное газом на соответствующем участке процесса.
После прихода в конечную точку 5 весь процесс циклически повторяется с теми же параметрами изменения величин, отложенных на осях.
,
Найдите КПД этого цикла.
Решение №30 ЕГЭ по физике.
Определим вначале тип цикла, изображённого на рисунке.
На участке 1—2 имеем , следовательно, изотермический процесс, при котором рабочее тело – газ – получает количество теплоты .
Аналогичным образом, участок 3—4 – это изотермический процесс , при котором рабочее тело отдаёт количество теплоты ,
причём . На участках 2-3 и 4-5 имеем
Таким образом, данный циклический процесс – это цикл идеальной тепловой машины, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
Этот цикл проводится, как видно из рисунка, между максимальной температурой
и минимальной температурой
КПД таког цикла Карно равен
Ответ. КПД цикла равен .
№30 ЕГЭ по физике.
В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный газ,
который может просачиваться сквозь зазор вокруг поршня.
В опыте по изотермическому сжатию газа его объём уменьшился вдвое,
а давление газа упало в 3 раза.
Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре?
Газ считать идеальным.
Решение №30 ЕГЭ по физике.
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа пропорциональна
его температуре и числу молей газа: U = (3/2)vRT.
Запишем уравнение Клапейрона–Менделеева:
pV = vRT
(p – давление газа, V – объём сосуда, R – газовая постоянная,
T – температура газа, v – число молей газа).
Из него видно, что произведение vT пропорционально произведению pV.
Значит, согласно условию задачи, внутренняя энергия газа
(как и произведение pV) уменьшилась в 6 раз.
Ответ. U уменьшилась в 6 раз.
№30 ЕГЭ по физике.
Часть 2 ЕГЭ по физике: №28 №29 №30 №31 №32 №32-1
Ещё задания части 2 ЕГЭ по физике: №28 №29 №30
№31 №32 №32-1
Источник
 |
Инструкция по выполнению работы
Задания С1–С6 представляют собой задачи, полное решение которых необходимо записать в бланке ответов № 2. Рекомендуется провести предварительное решение на черновике. При оформлении решения в бланке ответов № 2 запишите сначала номер задания (С1 и т.д.), а затем решение соответствующей задачи.
Полное правильное решение каждой из задач С2–С6 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчеты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.
Решив задачу, Вы сможете свериться с образцом, кликнув надпись (Решение) в конце условия задачи.
Желаем успеха!
Здесь приведены справочные данные, которые могут понадобиться вам при выполнении работы.
С1. На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая
из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент
времени ползунок реостата установлен посередине и
неподвижен. Опираясь на законы электродинамики,
объясните, как будут изменяться показания приборов
в процессе перемещения ползунка реостата влево.
ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с ε. (Решение)
С2. Шайба массой m начинает движение по желобу AB из точки А из состояния
покоя. Точка А расположена выше точки В на высоте H = 6 м. В процессе
движения по желобу механическая энергия шайбы из-за трения уменьшается
на ΔE = 2 Дж. В точке В шайба вылетает из желоба под углом α = 15°
к горизонту и падает на землю в точке D, находящейся на одной горизонтали
с точкой В (см. рисунок). BD = 4 м. Найдите массу шайбы m.
Сопротивлением воздуха пренебречь. (Решение)
С3. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится
одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа p1 = 4·105 Па.
Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения
поршня S = 25 см2. В результате медленного нагревания газ получил
количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние
x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует
сила трения величиной Fтр = 3·103 Н. Найдите L. Считать, что сосуд
находится в вакууме. (Решение)
С4. При проведении лабораторной работы ученик собрал электрическую цепь по
схеме на рисунке. Сопротивления R1 и R2 равны 20 Ом и 150 Ом
соответственно. Сопротивление вольтметра равно 10 кОм, а амперметра –
0,4 Ом. ЭДС источника равна 36 В, а его внутреннее сопротивление – 1 Ом. На рисунке показаны шкалы приборов с показаниями, которые получил
ученик. Исправны ли приборы или же какой-то из них даёт неверные
показания? (Решение)
С5. Небольшой груз, подвешенный на нити длиной 2,5 м, совершает
гармонические колебания, при которых его максимальная скорость достигает
0,2 м/с. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м
изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на
расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна
плоскости колебаний маятника и плоскости экрана. Определите
максимальное смещение изображения груза на экране от положения
равновесия. (Решение)
С6. Монохроматический пучок параллельных лучей создается источником,
который за время Δt = 8·10–4 с излучает N = 5·1014 фотонов. Фотоны падают
по нормали на площадку S = 0,7 см2 и создают давление P = 1,5·10–5 Па. При
этом 40% фотонов отражается, а 60% поглощается. Определите длину волны
излучения. (Решение)
Источник
Задача по физике – 13789
На столе покоится вертикально расположенный цилиндрический сосуд. В сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится гелий. Сверху на поршень очень медленно опускают груз массой $m$. На сколько изменяется при этом внутренняя энергия гелия? Теплообменом гелия с окружающей средой можно пренебречь. Масса груза мала по сравнению с массой поршня. Начальная высота $H$ поршня над дном сосуда известна.
Подробнее
Задача по физике – 13790
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа $p_{1} = 4 cdot 10^{5} Па$. Расстояние от дна сосуда до поршня равно $L$. Площадь поперечного сечения поршня $S = 25 см^{2}$. В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты $Q = 1,65 кДж$, а поршень сдвинулся на расстояние $x = 10 см$ (рис.). При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной $F_{тр} = 3 cdot 10^{3} Н$. Найдите $L$. Считайте, что сосуд находится в вакууме.
Подробнее
Задача по физике – 13791
В цилиндрической трубке с теплонепроницаемыми стенками имеются две жестко укрепленные перегородки 1 и 2 и свободно движущийся теплонепроницаемый поршень 3 (рис.а). В начальный момент времени объем $V_{1}$ между перегородками 1 и 2 и объем $V_{2}$ между перегородкой 2 и поршнем 3 заполнены одноатомным идеальным газом с давлением $p_{0}$ и температурой $T_{0}$. При этом поршень 3 неподвижен, так как вся система находится в атмосфере с тем же давлением $p_{0}$. Через перегородку 1 в объем $V_{1}$ медленно передается количество теплоты $Q$. Какая температура установится в пространстве между перегородкой 1 и поршнем 3? Какое количество теплоты перейдет через перегородку 2?
Подробнее
Задача по физике – 13792
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем массой $m$, находится идеальный одноатомный газ. Газ нагревают. Поршень, двигаясь равноускоренно, приобретает скорость $v$ (рис.). Найдите количество теплоты $Q$, сообщенное газу к этому моменту. Вне сосуда – вакуум.
Подробнее
Задача по физике – 13793
В высоком теплоизолированном цилиндре под поршнем находится гелий. Поршню толчком сообщают вверх скорость $v_{0} = 2 м/с$. На сколько выше начального положения окажется поршень после прихода системы в равновесие? Над поршнем газа нет.
Подробнее
Задача по физике – 13794
В вертикальном теплоизолированном цилиндре под поршнем находится некоторое количество гелия при температуре $T_{1} = 240 К$. На поршне лежит груз массой, равной половине массы поршня. Груз мгновенно убирают и дожидаются прихода системы к равновесию. Чему станет равна температура $T_{2}$ газа? Над поршнем газа нет.
Подробнее
Задача по физике – 13795
В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр (рис.). В цилиндре находится $nu = 0,1 моль$ гелия, запертого поршнем. Поршень массой $M = 90 г$ удерживается упорами и может скользить влево вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля массой $m = 10 г$, летящая горизонтально со скоростью $v = 400 м/с$, и застревает в нем. Как изменится температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении? Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с сосудом и поршнем.
Подробнее
Задача по физике – 13796
В длинном горизонтальном цилиндре между двумя одинаковыми поршнями находится $nu = 0,1 моль$ гелия. В начальный момент один поршень покоится, а со скоростью $v = 12 м/с$ (рис.а). На сколько градусов максимальная температура газа больше начальной? Массы поршней $m = 415 г$. Трением и теплообменом, а также механической энергией и импульсом газа пренебречь. За поршнями газа нет.
Подробнее
Задача по физике – 13797
Стеклянный шар, его показатель преломления $n$, освещается узким расходящимся пучком лучей, ось которого проходит через центр шара. Источник света расположен на расстоянии $l$ от поверхности шара. На таком же расстоянии от поверхности, но по другую сторону от шара, получается изображение источника. Определите радиус шара.
Подробнее
Задача по физике – 13798
Сечение стеклянной призмы имеет форму равнобедренного треугольника. Одна из граней посеребрена. Луч света падает нормально на другую, непосеребренную, грань и после двух отражений выходит через основание призмы перпендикулярно ему. Найдите углы призмы.
Подробнее
Задача по физике – 13799
В потолке помещения проделаны две дыры на расстоянии $L$ друг от друга (рис.). Мяч находится на расстоянии а от первой дыры (по горизонтали). Под каким углом $alpha$ к горизонту нужно бросить мяч, чтобы он пролетел через обе дыры? Высота потолка равна $h$.
Подробнее
Задача по физике – 13800
Небольшой шарик свободно падает на наклонную плоскость и абсолютно упруго отражается от нее. Найдите отношение расстояний между точками последовательных ударов шарика о плоскость.
Подробнее
Задача по физике – 13801
На ровном гладком полу установлены два шеста высотой $H$ с небольшими кольцами наверху (рис.). Расстояние между кольцами $d$, а их плоскости перпендикулярны линии, соединяющей вершины шестов. По полу может перемещаться маленький робот, функция которого – запускать небольшие мячики с фиксированной скоростью $v_{0}$ под углом $alpha = 45^{ circ}$ к горизонту. Скорость $v_{0}$ подобрана так, что $v_{0}^{2} > 4gH$. При каком минимальном $d neq 0$ робот может выполнить бросок так, чтобы мячик пролетел сквозь оба кольца? Удар мяча о пол считайте абсолютно упругим. Отдельно рассмотрите случай $gH ll v_{0}^{2}$.
Подробнее
Задача по физике – 13802
Говорят, что в архиве лорда Кельвина нашли рукопись с $pV$ – диаграммой, на которой был изображен циклический процесс в виде прямоугольного треугольника ADB. При этом угол D был прямым, а в точке K, лежащей на середине стороны АВ, теплоемкость многоатомного газа ( $CH_{4}$ ) обращалась в ноль. Газ можно считать идеальным. От времени чернила выцвели, и на рисунке остались видны только координатные оси и точки D и K (рис.). С помощью циркуля и линейки без делений восстановите положение треугольника ADB. Известно, что в точке А объем был меньше, чем в точке В.
Подробнее
Задача по физике – 13803
Экспериментатор Глюк решил заварить холодный чай по своей авторской методике. Для этого он взял пустую кастрюлю диаметром $d = 23 см$ и высотой $h = 13 см$ и стал последовательно наливать в нее порции воды объемом $Delta V = 100 мл$ каждая, причем первая порция имела температуру $t_{1} = 1^{ circ} C$, а каждая следующая – на $Delta t = 1^{ circ} С$ выше, чем предыдущая. Когда кастрюля заполнилась, Глюк высыпал в нее один грамм сухого чая и перемешал. Какую температуру $t$ чая предпочитает Глюк, если судить по его авторской методике? Общая теплоемкость стенок кастрюли $C = 420 Дж/К$, а ее начальная температура $t_{0} = 19^{ circ} C$. Теплообменом с окружающей средой можно пренебречь. Плотность воды $rho = 1000 кг/м^{3}$, удельная теплоемкость воды $c = 4200 Дж/(кг cdot ^{ circ} C)$.
Ответ в общем виде в данной задаче не требуется.
P.S. Как вы думаете, почему наш персонаж любит чай именно такой температуры?
Подробнее
Источник
Задача по физике – 13753
КПД цикла 1-2-4-1 равен $eta_{1}$, а цикла 2-3-4-2 равен $eta_{2}$. Участки 4-1 и 2-3 – изохоры, участок 3-4 – изобара, участки 1-2 и 2-4 представляют собой линейную зависимость давления от объема (рис.). Все циклы обходятся по часовой стрелке. Найдите КПД $eta$ цикла 1-2-3-4-1.
Подробнее
Задача по физике – 13757
В теплоизолированном вертикальном цилиндре под поршнем находится одноатомный идеальный газ (рис.). Найдите частоту малых колебаний поршня. Расстояние от поршня до дна цилиндра $l$. Над поршнем газа нет.
Подробнее
Задача по физике – 13780
В цилиндр объемом $V = 0,5 м^{3}$ насосом закачивается воздух со скоростью $mu = 0,002 кг/с$. В верхнем торце цилиндра есть отверстие, закрытое предохранительным клапаном. Клапан удерживается в закрытом состоянии стержнем, который может свободно поворачиваться вокруг оси в точке А (рис.). К свободному концу стержня подвешен груз массой $m = 2 кг$. Клапан открывается через $t = 580 с$ работы насоса, если в начальный момент времени давление воздуха в цилиндре было равно атмосферному. Площадь закрытого клапаном отверстия $S = 5 cdot 10^{-4} м^{2}$, расстояние АВ равно $l = 0,1 м$. Температура воздуха в цилиндре и снаружи не меняется и равна $T = 300 К$. Определите длину стержня $L$, считая его невесомым.
Подробнее
Задача по физике – 13781
Замкнутый сосуд в форме прямоугольного параллелепипеда длиной $2L$, шириной $b$ и высотой $h$ перекрыт посередине тонким поршнем, который может перемещаться без трения (рис.). В правую половину сосуда через отверстие вверху медленно наливают жидкость плотностью $rho$. Какой объем жидкости можно налить, если атмосферное давление равно $p_{0}$, а температура постоянна?
Подробнее
Задача по физике – 13782
Герметично закрытый цилиндрический сосуд, одна из стенок которого является прозрачной, разделен на три отсека неподвижной пористой перегородкой и подвижным поршнем, способным перемещаться без трения (рис.). В начальном равновесном состоянии объемы всех отсеков равны и в каждом из них находится одинаковое количество одного и того же идеального газа. Через прозрачный торец левый отсек сосуда начинают облучать лазерным излучением, которое переводит часть атомов в возбужденное состояние. Возбужденные атомы могут излучать кванты и переходить в основное состояние. Через некоторое время газ переходит в новое равновесное состояние, в котором относительная доля возбужденных атомов в левом отсеке равна $q (q 
Подробнее
Задача по физике – 13783
Воздух находится в вертикальном цилиндре под поршнем массой $m = 20,2 кг$ и сечением $S = 20 см^{2}$. После того как цилиндр стали перемещать вертикально вверх с ускорением $a = 5 м/с^{2}$, высота столба воздуха в цилиндре уменьшилась на 20%. Считая температуру постоянной, найдите атмосферное давление.
Подробнее
Задача по физике – 13784
Вертикальный цилиндр делится на две части тяжелым поршнем, который может перемещаться без трения. Под поршнем находится в три раза больше газа, чем над поршнем. При температуре $T_{1} = 300 К$ поршень делит сосуд пополам. Во сколько раз объем газа под поршнем будет больше, чем над поршнем, при температуре $T_{2} = 800 К$?
Подробнее
Задача по физике – 13785
Поршень массой $M$, перекрывающий стакан сечением $S$, находится на расстоянии $l$ от дна стакана (рис.). Когда стакан перевернули, поршень остановился на расстоянии $L$ от дна. Определите внешнее давление воздуха, если температура газа в стакане постоянна.
Подробнее
Задача по физике – 13786
Вертикальный цилиндр сечением $S$ перекрывается тяжелым поршнем, который может перемещаться без трения (рис.). Поршень подвешен на пружине жесткостью $k$. В начальном состоянии давление газа $p_{1}$, температура $T_{1}$, поршень расположен на высоте $h_{1}$ над дном сосуда. На какой высоте $h_{2}$ установится поршень при температуре $T_{2}$?
Подробнее
Задача по физике – 13787
Найдите период малых колебаний поршня массой $m$, разделяющего гладкий цилиндрический сосуд сечением $S$ на две части длиной $l$ каждая. По обе стороны от поршня находится идеальный одноатомный газ при давлении $p_{0}$. Считайте, что при колебаниях температура не меняется. Как изменится ответ, если пренебречь теплообменом?
Подробнее
Задача по физике – 13788
В бутылке обьемом $V$ находится идеальный одноатомный газ. Чтобы вытащить из бутылки пробку, к нем надо приложить силу $F$. Какое количество теплоты ложно вместо этого передать газу, чтобы пробка вылетела сама? Площадь сечения горлышка бутылки $S$.
Подробнее
Задача по физике – 13789
На столе покоится вертикально расположенный цилиндрический сосуд. В сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится гелий. Сверху на поршень очень медленно опускают груз массой $m$. На сколько изменяется при этом внутренняя энергия гелия? Теплообменом гелия с окружающей средой можно пренебречь. Масса груза мала по сравнению с массой поршня. Начальная высота $H$ поршня над дном сосуда известна.
Подробнее
Задача по физике – 13790
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа $p_{1} = 4 cdot 10^{5} Па$. Расстояние от дна сосуда до поршня равно $L$. Площадь поперечного сечения поршня $S = 25 см^{2}$. В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты $Q = 1,65 кДж$, а поршень сдвинулся на расстояние $x = 10 см$ (рис.). При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной $F_{тр} = 3 cdot 10^{3} Н$. Найдите $L$. Считайте, что сосуд находится в вакууме.
Подробнее
Задача по физике – 13791
В цилиндрической трубке с теплонепроницаемыми стенками имеются две жестко укрепленные перегородки 1 и 2 и свободно движущийся теплонепроницаемый поршень 3 (рис.а). В начальный момент времени объем $V_{1}$ между перегородками 1 и 2 и объем $V_{2}$ между перегородкой 2 и поршнем 3 заполнены одноатомным идеальным газом с давлением $p_{0}$ и температурой $T_{0}$. При этом поршень 3 неподвижен, так как вся система находится в атмосфере с тем же давлением $p_{0}$. Через перегородку 1 в объем $V_{1}$ медленно передается количество теплоты $Q$. Какая температура установится в пространстве между перегородкой 1 и поршнем 3? Какое количество теплоты перейдет через перегородку 2?
Подробнее
Задача по физике – 13792
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем массой $m$, находится идеальный одноатомный газ. Газ нагревают. Поршень, двигаясь равноускоренно, приобретает скорость $v$ (рис.). Найдите количество теплоты $Q$, сообщенное газу к этому моменту. Вне сосуда – вакуум.
Подробнее
Источник