|
|
|
|
Сборник задач по физике. 10—11 классы. Н. А. Парфентьева
| |
Скачать этот задачник можно бесплатно по этой ссылке.
Решение задач (решебник) для 10 класса по данной книге можно скачать здесь
Решение задач (решебник) для 11 класса по данной книге можно скачать здесь
Содержание
Развернуть содержание |
381. Определите относительную влажность воздуха при температуре t1 = 20 °С, если металлические предметы, имеющие температуру t2 = 5 °С, запотевают в нем. Давление насыщенного пара при t1 и t2 равно соответственно 17,5 и 6 мм рт. ст.
382. В комнате объемом 60 м3 при температуре 18 °С относительная влажность воздуха 50%. Определите массу воды, которую надо испарить, чтобы пар в комнате стал насыщенным?
383. Человек при частоте дыхания N = 10 раз в минуту при каждом вдохе вдыхает воздух объемом 1 л при температуре 27 °С и относительной влажности 30%, а выдыхает при температуре 36 °С и относительной влажности 100%. Определите массу воды, которая теряется организмом за сутки в процессе дыхания. Давление насыщенного пара при t1 и t2 равно соответственно 3,6 и 6 кПа.
384. Относительная влажность воздуха при температуре 27 °С равна 75%. Во сколько раз изменится относительная влажность, если температура упадет до 10 °с?
385. Точка росы — температура, при которой пар становится насыщенным. Дальнейшее понижение температуры приводит к конденсации пара. При температуре = 20 °С относительная влажность воздуха 20%. На сколько должна увеличиться абсолютная влажность, чтобы выпала роса?
386. Днем температура воздуха была 20 °С, относительная влажность 60%. Ночью температура понизилась до 10 °С. Выпала ли ночью роса?
387. Температура воздуха 20 °С, относительная влажность 80%. Определите массу росы, которая выпадет из 1 м3 при понижении температуры воздуха до 12 °С.
Основы термодинамики
Внутренняя энергия. Работа газа (§ 77, 78)
388. Гелий массой 50 г нагревают на 50 °С при постоянном давлении. Определите изменение внутренней энергии и количество теплоты, сообщенной газу.
389. Газ изобарно нагрелся, при этом его объем увеличился в 2 раза. Определите, во сколько раз увеличилась внутренняя энергия газа.
390. Определите внутреннюю энергию одноатомного газа, занимающего объем 1 л. Начальное давление газа 1 атм. Изменятся ли при изотермическом расширении средняя кинетическая энергия молекул газа и его внутренняя энергия?
391. Идеальный одноатомный газ сначала изотермически расширяется, а затем изохорно нагревается до начального давления 10 5 Па. Изменение объема, занимаемого газом, 2 л. Определите изменение внутренней энергии газа.
392. На рисунке 86 показан график зависимости давления от объема при переходе идеального одноатомного газа из состояния 1 в состояние 3. Определите изменение внутренней энергии при процессах 1—2, 2—3 и 1—3.
393. Определите изменение внутренней энергии при переходе газа из состояния 1 в состояние 2 при процессах I и II (рис. 87).
394. Азот массой 1 кг изобарно нагревают на 100 К при давлении 2 • 10 5 Па. Определите работу при расширении азота, изменение его объема и внутренней энергии, а также количество теплоты, сообщенное азоту. Удельная теплоемкость азота 742 Дж/кг • К).
395. Объем одноатомного газа изменяется по закону
V = аТ, где а — коэффициент пропорциональности (а = const). При этом температура газа в начальном состоянии равна О °С, в конечном — 100 °С. Определите количество теплоты, сообщенное газу, работу газа и изменение его внутренней энергии. Количество вещества газа 2 моль.
396. Состояние идеального газа изменяется по закону р = aV. Определите работу идеального газа при повышении его температуры от Т1 до Т2. Количество вещества газа 1 моль.
397. В сосуде находится газ неон, который изобарно расширяется при подведении к нему количества теплоты Q = 100 кДж. Чему равна работа, совершенная газом при его расширении? На сколько изменится внутренняя энергия неона?
398. Определите работу, совершенную идеальным газом количеством вещества 1 моль при переходе из состояния 1 в состояние 4 (рис. 88). Температура в состоянии 1 равна Тх. Отношение Р2/Р\ — 2.
399. Газ был нагрет при постоянном давлении от температуры 285 до температуры 360 К. Определите работу, которую совершил газ, если его начальное давление 1,9 * 10 5 Па, а начальный объем 6 м3.
400. Идеальный одноатомный газ, занимающий объем Vx = 2 м3, расширяется. При этом на р — V диаграмме (рис. 89) расширение описывается прямой линией, продолжение которой пересекает ось ординат в точке р0 = 0,5 • 10 Па, начальное давление рх = 10° Па. Определите объем газа в конце расширения, если известно, что газ совершил работу А = 6 * 10 δ Дж.
| |
401. Воздух, занимающий объем 120 л, изобарно нагрели до температуры 500 К и объема 200 л. Масса воздуха 0,58 кг, молярная масса 0,029 кг/моль. Определите работу, совершенную воздухом.
402. На рисунке 90 в координатах р — V изображен цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Температуры газа в состояниях 1 и 3 равны Тг и Т3. Точки 2 и 4 принадлежат одной изотерме. Определите работу газа за цикл.
403. Идеальный газ расширяется до удвоенного объема в процессе 1—2 с линейной зависимостью давления от объема (рис. 91). Затем его изобарно сжимают в процессе 2—3 до первоначального объема. Определите отношение работ, совершаемых газом в процессах расширения и сжатия.
Количество теплоты (§ 79)
404. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы нагреть кусочек олова массой 10 г от комнатной температуры, равной 22 °С, до температуры плавления 232 °С? Удельная теплоемкость олова 280 Дж/кг • К.
405. Определите энергию, затрачиваемую человеком, который, выпрямляя стальную проволоку массой 100 г, бьет молотком. При этом проволока нагревается на 10 °С. Считайте, что на нагревание проволоки идет 60% механической энергии.
406. Какое количество теплоты отдает нагретый чайник, внесенный в комнату, если температура в комнате повышается на 0,005 °С? Плотность воздуха 1,29 кг/м3, теплоемкость воздуха 1010 Дж/(кг • К). Размер комнаты 3 X 4 х 3 м.
407. Имеются два сосуда с водой. В одном из них температура воды 20 °С, в другом температура 100 °С. Воду из этих двух сосудов сливают в третий, при этом температура воды оказывается равной 40 °С. Определите отношение масс воды в первом и втором сосудах. Потери тепла не учитывайте.
408. Железный шарик падает с высоты 10 м на идеально гладкую горизонтальную поверхность и отскакивает
от нее на высоту 1 м. На сколько повысится температура шарика после удара, если на его нагревание идет 80% выделившейся энергии?
409. Два одинаковых железных шарика движутся навстречу друг другу со скоростями 10 и 20 м/с. На сколько повысится температура шариков вследствие неупругого центрального удара, если на нагревание идет половина выделившейся при ударе энергии?
410. Определите массу пара при 100 °С, который надо впустить в сосуд с водой массой 1 кг, находящейся при температуре 20 °С, чтобы температура воды стала равна 80 °С.
411. На плиту поставили чайник и забыли о нем. Вода в чайнике закипела за 15 мин. За какое время вода в чайнике выкипит? Температура воды, когда ее налили в чайник, была 10 °С. Теплообменом с окружающей средой при расчетах пренебречь.
412. Определите отношение количества теплоты, отдаваемой паром при конденсации, и количества теплоты, выделяемой водой при остывании на 50 °С. Массы пара и воды равны.
413. В сосуде, из которого быстро откачивают воздух, находится немного воды массой m при температуре 0 °С. За счет интенсивного испарения оставшаяся вода массой т2 замораживается. Какая часть воды превратилась в лед?
414. Кусок олова массой 1 кг расплавился наполовину при сообщении ему количества теплоты 69 кДж. Вычислите начальную температуру олова.
415. В калориметр, в котором находится лед массой 1 кг при температуре 0 °С, подается пар при температуре 100 °С. Определите массу воды, которая окажется в калориметре после того, как лед растает.
416. В воду, занимающую объем 4 л и нагретую до температуры 20 °С, брошен кусок льда массой 250 г при температуре 0 °С. Определите температуру воды после того, как лед растает.
417. В калориметр, в котором находится лед массой 1 кг при температуре -30 °С, наливают 0,5 л воды массой т2 при температуре 60 °С. Определите температуру, которая установится в калориметре.
418. На кусок льда массой 10 кг при температуре -9 °С направили струю водяного пара при температуре 100 °С. Определите массу пара, если весь лед превратился в воду.
419. На кусок льда массой 100 г, находящийся в калориметре при температуре -2 °С, положили железный шарик массой 130 г при температуре 800 °С. Определите температуру, которая установится в калориметре. Удельная теплоемкость железа и льда соответственно равна 450 и 2,1 • 10 3 Дж/(кг • К).
420. К чайнику с кипящей водой подводится ежесекундно энергия, равная 1,13 кДж. Определите скорость истечения пара из носика чайника, площадь поперечного сечения которого равна 1 см2. Плотность водяного пара 1 кг/м3.
| |
421. На зажженную спиртовку поставили сосуд, в который налита вода массой 500 г при температуре 20 °С. Через какое время выкипит часть воды массой 20 г, если в спиртовке за время 1 мин сгорает 4 г спирта, а КПД спиртовки 60%? Теплотворная способность спирта 2,93 • 10 7Дж/кг.
422. На сколько километров пути хватит бензина (V = 40 л) для автомобиля при скорости его движения 72 км/ч, если мощность двигателя 2 • 10 4 Вт, а КПД двигателя 25%?
423. При сгорании бензина массой 1 кг выделяется энергия 4,6 • 10 Дж/кг. Расход бензина — 7 кг на 50 км пути. Какую мощность развивает двигатель при скорости автомобиля 72 км/ч, если КПД двигателя 25%?
Первый закон термодинамики (§ 80, 81)
424. Газ расширяется от объема Vx до объема V2 один раз изотермически, второй раз изобарно и третий раз адиабатно. При каком из процессов: 1) газ совершает большую работу (Ар, Ар, А ); 2) газу передается большее количество теплоты (QT, Qp, Qад)?
425. Внутренняя энергия газа уменьшилась на 300 Дж, при этом газ совершил работу 450 Дж. Определите количество теплоты, сообщенное газу.
426. На рисунке 92 изображен график зависимости р от V при переходе газа из состояния 1 в состояние 2. Определите: 1) работу газа; 2) изменение внутренней энергии; 3) количество теплоты, сообщенное газу. Как при этом процессе изменилась температура газа?
427. Какое количество теплоты сообщили одноатомному газу количеством вещества 1 моль, если при изобарном расширении он нагрелся на 10 К?
428. Определите, какой газ находится в сосуде, если при нагревании этого газа массой 1 кг на 1 °С при постоянном давлении расходуется 912 Дж, а при постоянном объеме — 649 Дж.
429. Идеальный газ количеством вещества 1 моль сначала нагревается при постоянном давлении, а затем при постоянном объеме переводится в состояние с температурой Т1 = 300 К, которая равна начальной. Газу при этом сообщается количество теплоты Q = 2,27 • 10 4 Дж. Во сколько раз изменяется объем газа?
430. До какой температуры вследствие адиабатного сжатия нагреется гелий массой 0,12 кг, находившийся в исходном состоянии при температуре 295 К, если при этом внешними силами была совершена работа, равная 4,15 • 10 3 Дж?
431. Идеальный одноатомный газ количеством вещества 1 моль совершает процесс, при котором давление растет пропорционально объему по закону р = аУ. Газу сообщают количество теплоты 33,2 Дж. На сколько изменяется температура газа?
432. Газ переводят из состояния 1 в состояние 2, для чего используют изохорный и изобарный процессы (рис. 93). При этом V2 = 2VX, р2 = 2рг. Определите отношение количеств теплоты, необходимой для совершения перехода из состояния 1 в состояние 2 в одном случае через состояние 3, в другом — через состояние 4. Газ одноатомный.
433. Определите количество теплоты, переданной одноатомному газу при переходе его из состояния 1 в состояние 2, как показано на рисунке 94, если р1 = 500 кПа, V1 = 1 л, V2 = 4 л.
Тепловые двигатели (§ 84)
434. Тепловой двигатель производит энергию 7250 Дж, при этом совершая полезную работу 2250 Дж. Определите КПД цикла.
435. Рабочее тело идеальной тепловой машины получило от нагревателя количество теплоты 70 кДж при температуре 627 °С. Температура холодильника 27 °С. Определите наибольший КПД машины и количество теплоты, отданной холодильнику.
436. Определите КПД цикла, состоящего из двух адиабат и двух изохор (рис. 95), если известно, что Т2 = 0,75Г15 Τζ = 0,757γ
437. На рисунке 96 показан цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар, который совершает газ количеством вещества 1 моль. Определите КПД цикла, если известно, что температура в состоянии 1 256 К, в состоянии 3 625 К, в состояниях 2 и 4 температуры одинаковы.
438. На рисунке 97 изображен график цикла, состоящего из изохоры 1—2, адиабаты 2—3 и изобары 3—1. При этом в качестве рабочего вещества используется одноатомный газ. Известно, что V3 = 1,93FX. Определите КПД цикла.
439. На рисунке 98 изображен график цикла, состоящего из изохоры 1—2, изотермы 2—3 и изобары 3—1. В качестве рабочего вещества используется одноатомный газ количеством вещества 4 моль. Определите КПД цикла, если известно, что ρλ = 1 атм, Vx == 1 л, а при изотермическом процессе газ совершает работу 330 Дж.
440. В котле паровой машины температура равна 160 °С, а температура холодильника равна 10 °С. Определите максимальную работу, которую можно получить от машины, считая ее идеальной, если в топке, КПД которой 60%, сожжено 200 кг угля с удельной теплотой сгорания 2,9 * 10 7 Дж/кг.
|
441. Паровая машина мощностью 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы 8,1 кг угля с удельной теплотой сгорания 3,3 • 10 7 Дж/кг. Температура котла (нагревателя) 200 °С, а холодильника 58 °С. Определите КПД машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника.
442. Идеальная тепловая машина имеет температуру нагревателя 400 К, а температуру холодильника 300 К. Определите, какую мощность развивает эта машина, если расход топлива 10~3 кг/с, его удельная теплота сгорания 4 • 10 7 Дж/кг.
443. С идеальным одноатомным газом проводят циклический процесс (рис. 99). Определите КПД цикла.
444. Идеальная тепловая машина с КПД, равным 40%, работает по обратному циклу, т. е. у холодильника отбирается количество теплоты Q2, а нагревателю передается количество теплоты Q1. При этом внешними силами совершается положительная работа (рабочее тело двигателя в этом случае совершает отрицательную работу). Какое максимальное количество теплоты можно отобрать у холодильника, совершая работу 400 Дж?
445. Холодильный коэффициент — отношение количества теплоты, отобранной у холодильника, к работе, совершаемой внешними силами. Определите количество теплоты, переданной воздуху при работе холодильника мощностью Р9 и холодильный коэффициент, если вода массой /п, поставленная в него при температуре tXJ замерзает за время τ, сл — удельная теплоемкость льда, λ — удельная теплота плавления льда.
446. Можно ли, открыв дверцу работающего холодильника, охладить воздух в комнате?
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИННАМИКИ
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Электрический заряд
447. Во сколько раз сила кулоновского взаимодействия двух протонов больше силы их гравитационного взаимодействия?
448. Как взаимодействуют заряды q2 и q3 если заряды q1 и q2 притягиваются друг к другу, а заряд q1 отталкивается от заряда q3 (рис. 100)?
449. Толстую незаряженную металлическую пластинку поместили около положительно заряженного шарика(рис. 101). На пластинке будет происходить перераспределение заряда. Чему будет равен заряд поверхности пластинки со стороны шарика? Изменится ли суммарный заряд пластинки?
450. Какое число электронов соответствует заряду 160 мкКл? Можно ли телу сообщить заряд, равный 2,5 • 10-19 Кл?
451. Определите заряд двух капель воды, если сила кулоновского отталкивания равна силе их гравитационного притяжения. Радиусы капель r = 2 мм.
452. Какая из сил отталкивания будет меньше: между двумя точечными положительными зарядами q и 2q, находящимися на расстоянии l друг от друга, или между двумя проводящими шарами радиусами 0,5l и 0,3l с зарядами q и 2q? Расстояние между центрами шаров также l.
453. Могут ли находиться в равновесии три заряда одного знака?
454. Два одинаковых по знаку заряда q1 и q2, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, будут находиться в равновесии, если между ними поместить заряд, делящий отрезок, соединяющий заряды q1 и q2, в отношении l1: l2= 1:3. Определите отношение зарядов.
455. На нити висит заряженный шарик массой 20 г. Какой заряд q2 надо поместить на расстоянии 5 см от шарика, чтобы вес шарика уменьшился в 2 раза? Заряд шарика 10-6 Кл.
456. В вершинах квадрата находятся одинаковые положительные заряды q. Какой должен быть заряд, помещенный в центр квадрата, чтобы вся система зарядов находилась в равновесии? Будет ли равновесие устойчивым?
457. Два маленьких шарика одинаковой массы, каждому из которых сообщили заряд 9 • 10-7 Кл, подвешены на нитях длиной 1 м. Угол, на который разошлись нити, равен 60°. Определите массы шариков.
458. Заряды -8 и 2 мкКл находятся на расстоянии 80 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы система зарядов находилась в равновесии?
459. Три одинаковых небольших шарика находятся в углах равностороннего треугольника и соединены нерастянутыми пружинами длиной 20 см (рис. 102). Каждому шарику сообщается одноименный заряд 2 • 10-4 Кл, при этом пружины растягиваются на 0,5 см. Определите жесткости пружин.
460. Два шарика, массой 10 г каждый, соединены длинной (L) и короткой (0 нитями, при этом L = 21, Заряд каждого шарика 5 • 10-7 Кл. Систему начинают поднимать за середину длинной нити (рис. 103) вверх с ускорением а = g. Определите натяжение короткой нити, если ее длина 10 см.
| |
Электрическое поле (§ 92—94)
461. Определите напряженность электрического поля в точке, удаленной от точечного заряда на 2 м, если на расстоянии, равном 20 см от него, напряженность поля равна 4 • 10-4 В/м. Определите также заряд, создающий поле.
462. Определите напряженность поля, создаваемого двумя точечными зарядами q1 = 4 • 10-7 Кл и q2 = -4 • 10-7 Кл (рис. 104), на оси симметрии в точке А на расстоянии, равном 10 см от линии, соединяющей заряды. Расстояние между зарядами 20 см.
463. Три заряда q1 = q2 = 4 • 10-8 Кл и q3 = -8 • 10-8 Кл поместили в вершинах равностороннего треугольника со стороной а = 30 см. Определите напряженность поля в центре треугольника.
464. Заряд q1 находится в однородном электрическом поле напряженностью Е (рис. 105). На каком расстоянии надо поместить такой же по модулю заряд, чтобы заряд q1 находился в покое?
465. Определите напряженность электрического поля создаваемого в точке М зарядами q1 = 2 • 10-12 Кл и q2 = 4 • 10-12 Кл (рис. 106). Расстояние между зарядами l = 5 см, расстояния от точки М до зарядов q1 и q2 соответственно r1 = 4 см и r2 = 3 см.
466. В горизонтальном электрическом поле с напряженностью 2,83 • 105 В/м на нити висит маленький шарик массой 5 г. Шарику сообщили заряд, равный 10-7 Кл. Определите угол, на который нить отклонилась от вертикали.
467. Вычислите максимальный вращательный момент, действующий на диполь (электрон — протон) в однородном электрическом поле, напряженность которого Е = 100 В/м. Расстояние между зарядами диполя d = 5 • 10-11 м.
468. Заряд q влетает в однородное электрическое поле напряженностью Е под углом α к силовым линиям этого поля. На каком расстоянии l от места попадания заряда в поле его скорость станет перпендикулярна силовым линиям поля? Начальная скорость заряда v0, его масса m.
469. После включения на некоторое время электрического поля вектор скорости частицы v0 повернулся на угол φ = 60°, а числовое значение скорости увеличилось вдвое. На какой угол α повернулся бы вектор скорости, если бы заряд частицы был вдвое больше?
470. Скорость установившегося движения шарика, несущего заряд q = 10-6 Кл в сосуде с глицерином, v = 2 м/с. Сила сопротивления движению шарика пропорциональна его скорости (Fсопр= 1,5 • 10-4 v). Сосуд помещают в электрическое поле напряженностью Е = 102 В/м, силовые линии которого направлены вертикально, причем в первом случае направления поля и ускорения свободного падения совпадают, во втором противоположны. Определите отношение скоростей установившегося движения шарика.
Проводники и диэлектрики в электрическом поле (§ 95-97)
471. Определите напряженность электрического поля заряженного проводящего шарика радиусом 4 см в точках на расстояниях 2 и 10 см от его центра. Заряд шарика равен 10-7 Кл.
472. Радиусы проводящего шара и проводящей тонкой сферы равны 4 см. Заряды шара и сферы одинаковы и равны 4 • 10-9 Кл. Определите напряженность электрического поля в точках, находящихся на расстояниях 2, 4 и 8 см от центра шара и сферы.
473. Постройте график зависимости напряженности электрического поля заряженного проводящего шара радиусом 10 см от расстояния от его центра. Заряд шара 10-9 Кл.
474. Заряженная проводящая сфера радиусом 10 см окружена проводящей оболочкой с внутренним радиусом 15 см, а внешним 25 см (рис. 107). Заряд сферы равен 10-8 Кл. Определите напряженность электрического поля в точках А, В и С, если rА = 10 см, rв = 20 см, rс = 30 см. Постройте график зависимости напряженности электрического поля от расстояния от центра сферы.
475. Проводящая сфера радиусом 5 см окружена диэлектрической оболочкой, внутренний радиус которой 10 см, а внешний 15 см. Напряженность электрического поля уменьшается в диэлектрике в 7 раз (стекло). Определите напряженность в точках А, В, С и D; постройте график зависимости напряженности электрического поля от расстояния от центра сферы, если заряд сферы 10-7 Кл, rА = 2 см, rв = 9 см, rс = 12 см, rD = 20 см.
476. Проводящая сфера, заряд которой 4 • 10-7 Кл, окружена проводящей оболочкой, несущей заряд -4 • 10-7 Кл. Радиус сферы 4 см, внутренний и внешний радиусы оболочки 8 и 10 см. Определите напряженность электрического поля в точках А, В, С и D, если rА — 2 см, rB= 5 см, rс= 9 см, rD = 12 см.
477. Точечный заряд q = 10-7 Кл помещен на расстоянии 3 см от тонкой бесконечной проводящей пластины. Определите силу притяжения заряда к пластине.
478. Напряженность электрического поля в воздухе Е0, в парафине в 2 раза меньше, чем в воздухе. Изобразите картину силовых линий однородного электрического поля, если перпендикулярно полю ввести парафиновую пластину (рис. 108).
479. Напряженность электрического поля в керосине уменьшается в 2 раза. Определите силу взаимодействия двух зарядов в керосине, если в вакууме она равна 1,4 • 10-5 Н.
480. Два одинаково заряженных шарика, каждый массой 200 г и радиусом 2 см, висят на двух одинаковых нитях, угол между которыми 2φ0 = 120° (рис. 109).Чему равна плотность жидкого диэлектрика, в который надо поместить систему, чтобы угол между нитями стал 2φ0 = 90°? Напряженность электрического поля в диэлектрике уменьшается в 3 раза.
|
|
|
|
|
