В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда thumbnail

Здесь представлено 20 задач по динамике для подготовки к олимпиадам по физике из методического пособия В. Грабцевича. Задачи имеют ответы, но предлагаются без готовых решений.

1. Для нагревания некоторого количества воды от 0 °C до кипения (при нормальном атмосферном давлении) понадобилось 15 минут. После этого 1 час 20 минут потребовалось для обращения всей воды в пар при тех же условиях. Определите удельную теплоту парообразования воды. Считать мощность тепловых потерь постоянной. [ L = 2,24 МДж/кг ]

2. В калориметр, содержащий m1 = 250 г воды при температуре t1 = 15 °C, бросили m2 = 20 г мокрого снега. Температура в калориметре понизилась на Δt1 = 5 °C. Сколько воды было в снеге? Теплоемкостью калориметра пренебречь. [ m = 7 г ]

3. Кусок свинца неупруго ударяется о препятствие со скоростью 350 м/с. Какая часть свинца расплавилась, если все количество теплоты, выделившееся при ударе, поглощается свинцом? Температура свинца перед ударом t1 = 27 °C, удельная теплоемкость свинца c = 130 Дж/(кг×°С), удельная теплота плавления свинца λ = 25 кДж/кг, температура плавления свинца tпл = 327 °C. [ α = 0,89 ]

4. В чашке находилось 500 г льда при температуре −5 °C. В нее вливают 200 г воды, имеющей температуру 80 °C. Какая температура установится в чашке? Что в ней находится? [ 385 г воды и 315 г льда при температуре 0 °C. ]

5. При нормальном атмосферном давлении в открытый калориметр помещают одинаковое количество воды (при температуре +t °C) и льда (при температуре -t °C). Какая максимальная доля льда может при этом расплавиться? [ α = 0,63 ]

6. После опускания в воду, имеющую температуру 10 °C, тела, нагретого до 100 °C, через некоторое время установилась общая температура 40 °C. Какой станет температура воды, если, не вынимая тела, в воду опустить еще одно такое же тело, нагретое до 100 °C? Теплоемкостью калориметра и испарением воды пренебречь. [ t = 55 °C ]

7. Свинцовая пуля массой m1 = 9,0 г, имеющая скорость v = 500 м/с и температуру t1 = 250 °C, попадает в стоящую на гладкой горизонтальной поверхности свинцовую гирю массой m1 = 100 г и застревает в ней. Определите конечную температуру пули и гири, если начальная температура гири t2 = 20 °C. Теплообменом с окружающей средой пренебречь. [ t ≈ 112 °C ]

8. На плите стоит кастрюля с водой. При нагревании температура воды увеличилась от 90 °C до 95 °C за одну минуту. Какая доля теплоты, получаемой водой при нагревании, рассеивается в окружающем пространстве, если время остывания той же воды от 95 °C до 90 °C равно 9,0 минутам? [ α = 0,1 ]

9. Электрокипятильник со спиралью сопротивлением 160 Ом поместили в сосуд, содержащий 0,50 л воды при 20 °C и включили в сеть напряжением 220 В. Через 20 минут кипятильник выключили. Сколько воды выкипело? Считать, что вся подводимая теплота пошла на нагревание воды. [ m = 85 г ]

10. Электрический нагреватель имеет три одинаковые спирали. Две параллельно соединенные спирали подключены последовательно с третьей. Нагреватель опущен в сосуд с водой. Спустя τо = 9 мин, когда вода нагрелась от температуры t1 = 20 °С до температуры t2 = 50 °С, спираль в параллельном соединении перегорела. На сколько больше времени из-за этого придется ждать, пока вода закипит? Потери теплоты не учитывать, напряжение на клеммах постоянно. [ Δτ = 5 мин ]

11. Из ведра налили в кастрюлю некоторое количество воды, затем поставили кастрюлю на нагреватель и через 30 минут вода в ней закипела. Тогда из того же ведра зачерпнули еще некоторое количество воды и долили в кастрюлю. При этом температура воды в кастрюле понизилась на 12 °С. Через 5 минут после этого вода в кастрюле закипела. Какова температура воды в вере. Теплообмен воды с внешней средой не учитывать. [ t = 16 °C ]

12. В теплоизолированном сосуде находится смесь льда массой m = 2,1 кг и воды. После начала нагревания температура смеси оставалась постоянной в течение времени t1 = 11 мин, а затем за время t2 = 4 мин повысилась на Δt = 20 °C. Определите массу смеси, если считать, что количество теплоты, получаемое системой в единицу времени, постоянно. Удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг, а удельная теплоемкость воды c = 4,2 кДж/(кг×К). Теплоемкостью сосуда пренебречь. [ M = 3 кг ]

13. В комнате на столе стоят два одинаковых стакана. Температура в комнате 20 °C. В первый стакан быстро наливают воду температурой t = 0 °C, а во второй кладут кусочек льда массой Δm = 10 г и той же температуры и наливают m − Δm = 190 г воды температурой 0 °C. Температура воды в первом стакане через время t1 = 2 мин увеличилась на Δt = 1 °C. Через какое время после заполнения второй стакан нагреется до той же температуры? Удельная теплота плавления льда λ = 336 Дж/г, теплоемкость воды c = 4,2 Дж/(г×К). Теплоемкостью стаканов пренебречь. [ τ2 = 10 мин ]

14. Определите температуру воды в сосуде, если в него налили одну кружку воды при температуре t1 = 40 °С, четыре кружки воды при температуре t2 = 30 °С и пять кружек воды при температуре t3 = 20 °С. Потери теплоты не учитывать. [ t = 26 °C ]

Читайте также:  Почему в сосудах откладываются

15. Железный шарик (ρ = 7800 кг/м3) радиусом R = 10 см, нагретый до температуры t1 = 500 °С, положили на лед, температура которого t2 = 0 °С. На какую глубину погрузится шарик в лед? Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь. Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг × °С), удельная теплота плавления льда 3,3×105 Дж/кг, плотность льда 900 кг/м3.

[ h = (4ρ1Rct1 −2Rρ2λ)1. ]
33ρ2λ

16. Известно, что толщина ледников (как и высота гор) ограничена. Оцените максимальную толщину ледника на Земле. Удельная теплота плавления льда λ = 332 кДж/кг. Ускорение свободного падения g = 9,8 м/с2. [ H ≈ 34 км ]

17. Кусок льда с вмерзшими в него свинцовыми дробинками общей массой 200 г осторожно опускают в стакан калориметра, доверху наполненный водой. Часть воды при этом выливается и в дальнейшем теплообмене не участвует. Когда система пришла в состояние теплового равновесия, оказалось, что температура воды в калориметре 20 °С. Начальные температуры воды – 40 °С, льда – (−20 °С). Масса воды в калориметре была 1,2 кг. Определите объемное содержание свинца в куске льда. Теплоемкостью калориметра пренебречь. Удельная теплоемкость воды 4,2×103 Дж/(кг×°C), льда 2,1×103 Дж/(кг×°C), свинца 138 Дж/(кг×°C). Плотность льда 900 кг/м3, свинца 11,3×103 кг/м3. Удельная теплота плавления льда 3,35×105 Дж/кг. [ η ≈ 0,8 % ]

18. Теплоизолированный сосуд частично заполнили водой. Находящийся в комнате точный водяной термометр опускают в воду. На сколько процентов его показание будет отличаться от первоначальной температуры воды, если теплоемкость термометра меньше теплоемкости сосуда с водой в n раз, а температура в комнате по сравнению с температурой сосуда с водой – в m раз?

[ ε =m − 1100 % ]
m(n + 1)

19. Из ведра налили в кастрюлю некоторое количество воды, затем поставили кастрюлю на нагреватель и через 30 минут вода в ней закипела. Тогда из того же ведра зачерпнули еще некоторое количество воды и долили в кастрюлю. При этом температура воды в кастрюле понизилась на 12 °С. Через 5 минут после этого вода в кастрюле закипела. Какова температура воды в ведре? Теплообмен воды с внешней средой не учитывать. [ t1 = 16 °С]

20. В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда массой M при t = 0 °C и прочно прикрепили ко дну. Затем залили этот лёд водой такой же массой M. Вода полностью покрыла лёд и достигла уровня H = 20 см. Определите, какова была температура воды, если после установления теплового равновесия уровень воды в сосуде опустился на h = 0,4 см. Плотность воды и льда равны 1000 и 920 Дж/(кг×°C) соответственно. Удельная теплота плавления льда λ = 330 кДж/кг.

[ tB =λh(ρ − ρЛ)≈ 37,7 °C ]
cH(ρ + ρЛ)

Вы читате материалы из пособия для подготовки к олимпиадам по физике. Далее: задачи по электростатике без решений (с ответами).

Источник

Задача по физике – 2529

Два металлических шара радиусы которых $r_{1}$ и $r_{2}$ соединены тонкой проволокой. Второй шар окружен концентрической проводящей оболочкой, находящейся на расстоянии $d$ от его поверхности, и соединенной с землей. Шарам сообщается заряд $Q$. Как распределится этот заряд между шарами? Считать, что $d ll r_{2}$, и расстояние между шарами значительно больше их радиусов.

Подробнее

Задача по физике – 2530

Максимальная дальность полета камня, выпущенного из неподвижной катапульты, равна $S = 22,5м$. Найдите максимально возможную дальность полета камня, выпущенного из этой же катапульты, установленной на платформе, которая движется горизонтально с постоянной скоростью $v = 15,0 м/с$. Сопротивление воздуха не учитывать, ускорение свободного падения считать $g = 10,0 м/с^{2}$.

Подробнее

Задача по физике – 2531

Два одинаковых груза массой $M$ каждый, соединенные пружиной, лежат на шероховатой горизонтальной плоскости в поле тяжести земли. Какую минимальную горизонтальную силу необходимо приложить к правому грузу, чтобы пришел в движение левый груз? Коэффициент трения грузов о плоскость $mu$. В начальном состоянии пружина не деформирована.

Подробнее

Задача по физике – 2532

В углу аквариума находится клин массой $M$ с углом при вершине $alpha$, который может скользить вдоль вертикальной стенки. Какой максимальный уровень воды установится в аквариуме, если коэффициент трения клина о вертикальную стенку $mu$? Ширина клина $l$, плотность жидкости $rho$.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2533

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда при нулевой температуре и прочно прикрепили его ко дну. Затем залили этот лед таким же по массе количеством воды. Вода полностью покрыла лед и достигла уровня $H = 20 см$. Определите, какова была температура этой воды, если после установления теплового равновесия уровень ее опустился на $b = 0,40 см$. Плотность воды $rho_{0} = 1,0 cdot 10^{3} кг/м^{3}$, льда $rho_{1} = 0,90 cdot 10^{3} кг/м^{3}$, удельная теплоемкость воды $c_{0} = 4,2кДж /(кг cdot К)$, удельная теплоемкость льда в два раза меньше. Удельная теплота плавления льда $L = 3,3 cdot 10^{5} Дж/кг$.

Читайте также:  Действия при аварии сосудов под давлением

Подробнее

Задача по физике – 2534

Одна сторона тонкой металлической пластинки освещена Солнцем. При температуре воздуха $T_{0}$ освещенная сторона имеет температуру $T_{1}$, противоположная – $T_{2}$. Какими будут значения температур, если взять пластину двойной толщины?

Подробнее

Задача по физике – 2535

Два автомобиля, движущиеся по прямой с одинаковыми скоростями $V$ на расстоянии $l$ друг от друга, преодолевают участок “плохой” дороги, где их скорость уменьшается наполовину. Какой путь пройдет один автомобиль относительно другого при прохождении препятствия?

Подробнее

Задача по физике – 2536

На квадратном плоту размером $2,0 s 2,0 s 0,50 м$, сделанном из дерева плотностью $rho = 900 кг/м^{3}$, стоит физик массой $m = 80 кг$. На какое минимальное расстояние от центра плота он должен медленно отойти, чтобы край плота окунулся в воду?

Подробнее

Задача по физике – 2537

Внутри гладкой горизонтальной трубы находятся два легкоподвижных поршня, соединенных между собой упругой пружиной. Между поршнями находится один моль идеального одноатомного газа при температуре $T_{0} = 300 К$. Газ нагрели до температуры $T_{1} = 400 К$. Какое количество теплоты сообщено газу при нагревании, если пружины увеличилась в $eta = 1,1$ раза?

Подробнее

Задача по физике – 2538

На наклонную плоскость, составляющую угол $alpha$ с горизонтом, кладут маленькую заряженную шайбу $D$, коэффициент трения которой о плоскость $mu (mu В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2539

Для поддержания в комнате постоянной температуры $T_{x} = 21^{ circ} С$ используется кондиционер. Температура наружного воздуха $T_{н} = 42^{ circ} С$. Насколько нужно увеличить мощность, потребляемую кондиционером от сети, чтобы после включения в комнате электрической лампы мощностью $P = 150 Вт$ температура не изменилась? Считайте, что кондиционер является идеальной тепловой машиной, работающей по обращенному циклу Карно.

Подробнее

Задача по физике – 2540

На непроводящий гладкий стержень, изогнутый под прямым углом, насажаны две бусинки равных масс $M$, несущие заряды противоположных знаков $Q_{1}$ и $Q_{2}$. В начальный момент бусинки неподвижны и находятся на расстоянии $d$ и $2d$ от угла. Отпустим их. Где окажется вторая бусинка в тот момент, когда “ближняя” бусинка доедет до вершины угла?

Подробнее

Задача по физике – 2541

Найдите сопротивление между точками А и В в цепи, изображенной на рисунке. Сопротивление каждого из ребер составляет $R$. Цепь бесконечна в обе стороны.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2542

Тонкий металлический стержень массой $m$ и длиной $l$ подвешен горизонтально на двух легких проводящих нитях длиной $a$. Система находится в однородно м вертикальном магнитном поле индукции $vec{B}$. По стержню протекает постоянный электрический ток $I$. Найти период малых колебаний стержня.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2543

На расстоянии $a = 20 см$ от точечного источника света помещена собирающая линза диаметром $s = 1,0 см$ с фокусным расстоянием $F_{1} = 5,0 см$, а на расстоянии $b = 50 см$ от источника – собирающая линза диаметром $D = 10 см$ с фокусным расстоянием $F_{2} = 20 см$. Главные оптические оси линз совпадают, источник находится на оси. На каком расстоянии за большой линзой нужно поместить экран, чтобы световое пятно на нем имело минимальный внешний диаметр? Найдите диаметр этого пятна.

Подробнее

Источник

Задача по физике – 2469

В центре запаянной с обоих концов трубки находится пробка, разделяющая трубку на две части длиной $L$ каждая. Трубку медленно нагревают. Когда температура достигает значения $T$, пробка начинает перемещаться влево. При температуре $2T$ она сдвинется на $L/3$. При какой температуре пробка окажется сдвинутой влево на расстояние $2L/5$? Считать, что сила трения не зависит от температуры.

Подробнее

Задача по физике – 2470

В вертикально стоящем цилиндре сечением $S$ на поверхности жидкости плотности $rho$ удерживают поршень массы $m$ с открытой длинной трубкой сечением $sigma$. Поршень отпускают. Какое количество теплоты выделится по окончанию движения поршня? Ускорение свободного падения $g$.

Подробнее

Задача по физике – 2472

Водород находится в закрытом сосуде объемом 1 л при комнатной температуре и атмосферном давлении. Сосуд выдерживает давление 10 атм. Оценить, какую часть электронов надо удалить из газа в сосуде, чтобы он лопнул. Заряд электрона $e approx 1,6 cdot 10^{-19} Кл$, коэффициент пропорциональности в законе Кулона

$k = 9 cdot 10^{9} frac{Н cdot м^{2}}{Кл^{2}}$.

Предполагается, что Вы хорошо представляете явление, можете сами задать недостающие и необходимые для решения задачи величины, выбрать их числовые значения и получить численный результат.

Подробнее

Задача по физике – 2473

Цилиндрический теплоизолированный сосуд высотой $2L$ и площадью основания $S$ стоит вертикально в поле тяжести (ускорение свободного падения $g$). Сосуд в начальный момент разделен на две одинаковые части теплопроводящим поршнем массы $m$, а в каждой из половинок находится газ с давлением $P_{0}$. Затем поршень отпускают, и он после затухания колебаний опускается на расстояние $h$ от первоначального положения. Найти массу $m$ поршня. Толщиной и теплоемкостью поршня пренебречь. Внутренняя энергия газа с давлением $P$ и объемом $V$ равна $E = alpha PV$, где $alpha$ – некоторая константа.

Читайте также:  Консервация сосуда работающего под давлением

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2477

Теплоизолированный сосуд длины $2L$ разделен в начальный момент на две одинаковые части теплопроводящим поршнем. Давление газа в одной половинке сосуда равно $P_{1}$, в другой – $P_{2}$, а температура в сосуде – $T$. Затем поршень отпускают. Найти, на сколько он сместится после затухания колебаний, и какая будет конечная температура в сосуде. Толщиной и теплоемкостью поршня пренебречь. Внутренняя энергия газа с давлением $P$ и объемом $V$ равна $E = alpha pV$, где $alpha$ – некоторая константа.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2488

В вертикальном теплоизолированном цилиндре находится гелий, давление которого удерживает поршень массы $M$ с подвешенным к нему грузом массы $m$. Выше поршня вакуум. Поршень находится на высоте $H$, а груз – на высоте $H_{0}$ над дном цилиндра. Груз отрывается, падает на дно и прилипает. Насколько поднимется поршень, когда снова установится равновесие? Считать, что вся выделенная энергия пошла на нагрев газа. Объём груза мал по сравнению с объёмом гелия. Ускорение свободного падения $g$.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2497

В кубическом сосуде объема $V=1 л$ находится некоторое количество гелия при температуре $T=300 К$. Оценить давление газа, при котором число ударов молекул друг о друга за некоторый отрезок времени равно числу ударов молекул о стенки сосуда.

Подробнее

Задача по физике – 2498

Найдите число молекул всех видов в комнате объема $200 м^{3}$ при давлении 740 мм ртутного столба и температуре $+15^{ cic} С$.

Подробнее

Задача по физике – 2499

Для работы тепловой машины использованы большой открытый сосуд с водой, поддерживаемой при температуре $+100^{ circ} С$, и большой сосуд с водой, в котором плавают куски льда (догадайтесь сами – какова температура воды и льда в этом сосуде). За 1999 циклов конденсируется 5 кг пара. Какое количество льда при этом превратится в воду? Цикл работы тепловой машины длится 10 секунд. Найти механическую мощность тепловой машины. Удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг, удельная теплота испарения воды 2,3 МДж/кг.

Подробнее

Задача по физике – 2517

В стакан с водой опустили кипятильник, и вода начала понемногу нагреваться. График зависимости температуры воды от времени приведен на рисунке. По истечении 3,0 минут кипятильник выключают, и вода начинает остывать. Через какое время она остынет до 50 градусов? А до 40 градусов?

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2520

При сливе воды через цилиндрическое отверстие в дне сосуда часть воды остается на дне. В случае частичного смачивания материала дна сосуда профиль поверхности воды у отверстия показан на рисунке. Определить толщину $h$ слоя воды, если краевой угол $alpha = 120^{ circ}$. Коэффициент поверхностного натяжения воды $sigma = 0,070 Н/ м$. Считайте толщину слоя воды существенно меньшей, чем диаметр отверстия.

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2525

В середине длинной, цилиндрической трубки с глицерином находится небольшой воздушный пузырек. Если поставить трубку вертикально, то пузырек будет двигаться с постоянной по величине скоростью $v_{0} = 1,0 м/с$. Трубку расположили горизонтально и разогнали ее вдоль длинной стороны до скорости $v = 20 м/с$. Где остановится пузырек? Куда он – сместится, если скорость плавно увеличить до $v_{1} = 30 м/с$? Где он окажется после того, как трубку затормозят?

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда

Подробнее

Задача по физике – 2526

В герметичном сосуде постоянного объема находится двухатомный газ. В результате значительного повышения температуры часть молекул диссоциировала на атомы, и удельная теплоемкость всего газа возросла на 8%. Какая часть молекул диссоциировала? Считайте содержимое сосудов смесью идеальных газов. Теплоемкость одного моля двухатомного идеального газа при неизменном объеме $C_{V} = 2,5R$.

Подробнее

Задача по физике – 2533

В теплоизолированный цилиндрический сосуд поместили кусок льда при нулевой температуре и прочно прикрепили его ко дну. Затем залили этот лед таким же по массе количеством воды. Вода полностью покрыла лед и достигла уровня $H = 20 см$. Определите, какова была температура этой воды, если после установления теплового равновесия уровень ее опустился на $b = 0,40 см$. Плотность воды $rho_{0} = 1,0 cdot 10^{3} кг/м^{3}$, льда $rho_{1} = 0,90 cdot 10^{3} кг/м^{3}$, удельная теплоемкость воды $c_{0} = 4,2кДж /(кг cdot К)$, удельная теплоемкость льда в два раза меньше. Удельная теплота плавления льда $L = 3,3 cdot 10^{5} Дж/кг$.

Подробнее

Задача по физике – 2534

Одна сторона тонкой металлической пластинки освещена Солнцем. При температуре воздуха $T_{0}$ освещенная сторона имеет температуру $T_{1}$, противоположная – $T_{2}$. Какими будут значения температур, если взять пластину двойной толщины?

Подробнее

Источник