Самостоятельная работа "Молекулярная физика" 10 класс (задачи высокого и повышенного уровня)

Вариант 1

1. В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t₀ долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости равна массе пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V₀ до 4V₀. Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V₀ до 4V₀. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались.

2. В горизонтально расположенной трубке постоянного сечения, запаянной с одного конца, помещен столбик ртути длиной 15 см, который отделяет воздух в трубке от атмосферы. Трубку расположили вертикально запаянным концом вниз и нагрели на 60 К. При этом объем, занимаемый воздухом, не изменился. Давление атмосферы в лаборатории – 750 мм рт.ст. Какова температура воздуха в лаборатории?

3. В ходе лабораторной работы изучалось уравнение теплового баланса. В опыте использовалось два калориметра.  В первом калориметре находилось 450 г воды при температуре 57 ⁰С, а во втором – 300г льда и вода при температуре 0 ⁰С. Какой была масса воды во втором калориметре, если после добавления всего содержимого второго калориметра к первому, установилась температура 2 ⁰С? Теплоемкостью калориметров пренебречь.

4. Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл от нагревателя газ получает количество теплоты Q_н = 8 кДж. Чему равна работа газа за цикл?

Вариант 2

1. Три одинаковых сосуда, содержащих разреженный газ, соединены друг с другом трубками малого диаметра: первый сосуд – со вторым, второй – с третьим. Первоначально давление газа в сосудах было равно соответственно р, 3р и 4р. В ходе опыта сначала открыли и закрыли кран, соединяющий первый и второй сосуды, а затем открыли и закрыли кран, соединяющий второй сосуд с третьим. Как изменилось в итоге (уменьшилось, увеличилось или осталось прежним) количество газа в третьем сосуде? (Температура газа оставалась в течение всего опыта неизменной.)

2. Сферическую оболочку воздушного шара делают из материала, квадратный метр которого имеет массу 1 кг. Шар наполняют гелием. Атмосферное давление 10⁵ Па равно давлению гелия в шаре. Определите минимальную массу оболочки, при которой шар оторвётся от земли. Температура гелия и окружающего воздуха одинакова и равна 0 °С. (Площадь сферы S = 4πr², объём шара V =  π r ³)

3. В калориметре находился 1 кг льда. Какой была температура льда, если после добавления в калориметр 15 г воды, имеющей температуру 20°С, в калориметре установилось тепловое равновесие при − 2°С? Теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью калориметра пренебречь.

4. Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл газ совершает работу A_ц = 5 кДж. Какое количество теплоты газ отдает за цикл холодильнику

Вариант 3

1. В вертикальном цилиндре с гладкими стенками под массивным металлическим поршнем находится идеальный газ. В первоначальном состоянии 1 поршень опирается на жёсткие выступы на внутренней стороне стенок цилиндра (рис. 1), а газ занимает объём V₀ и находится под давлением p₀, равным внешнему атмосферному. Его температура в этом состоянии равна T₀. Газ медленно нагревают, и он переходит из состояния 1 в состояние 2, в котором давление газа равно 2p₀, а его объём равен 2V₀ (рис. 2). Количество вещества газа при этом не меняется. Постройте график зависимости объёма газа от его температуры при переходе из состояния 1 в состояние 2. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения

2. В сосуде под поршнем находился воздух с относительной влажностью φ = 40%. Объём воздуха изотермически уменьшили в 5 раз. Какая часть α водяных паров сконденсировалась после сжатия?

3. Два моля одноатомного идеального газа переводят из состояния 1 с температурой T₁ = 250 К в состояние 2 таким образом, что в ходе процесса давление газа возрастает прямо пропорционально его объёму. В результате плотность газа уменьшается в α = 2 раза. Какое количество теплоты газ получает в ходе этого процесса?

4. Некоторое количество одноатомного идеального газа расширяется из одного и того же начального состояния (р₁, V₁) до одного и того же конечного объема V₂ первый раз по изобаре, а второй — по адиабате (см. рисунок). Отношение работы газа на изобаре А₁₂ к работе газа на адиабате А₁₃ равно=к=2. Чему равно отношение х количества теплоты Q₁₂, полученного газом на изобаре от нагревателя, к модулю изменения внутренней энергии газа U₃ −U₁ на адиабате?

Вариант 4

1. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают вдвигать в сосуд. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса пара в сосуде? Ответ поясните.

2. В водонепроницаемый мешок, лежащий на дне моря на глубине 73,1 м, закачивается сверху воздух. Вода вытесняется из мешка через нижнее отверстие, и, когда объём воздуха в мешке достигает некоторого значения, мешок всплывает вместе с прикреплённым к нему грузом массой 25,0 тонн. Масса оболочки мешка 2710 кг. Температура воды равна 7°С, атмосферное давление на уровне моря равно 10⁵ Па. Каков объём воздуха в мешке в момент начала всплывания? Объёмом груза и стенок мешка пренебречь.

3. Тепловой двигатель использует в качестве рабочего вещества 1 моль идеального одноатомного газа. Цикл работы двигателя изображён на pV-диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры, изобары. Зная, что КПД этого цикла η =15%, а минимальная и максимальная температуры газа при изохорном процессе min t = 37°C и max t = 302 °C, определите количество теплоты, получаемое газом за цикл.

4. В сосуде лежит кусок льда. Температура льда t₁ = 0 °C. Если сообщить ему количество теплоты Q, то весь лёд растает и образовавшаяся вода нагреется до температуры t₂ = 20 °C. Какая доля льда k растает, если сообщить ему количество теплоты=0,5 ? Тепловыми потерями на нагрев сосуда пренебречь.