Самостоятельные работы по физике

Самостоятельная работа № 1

«Величины, характеризующие мир молекулы»

1.     Определить

a.      молярную массу  сахара C₁₂H₂₂O₁₁

b.     молярную массу поваренной соли NaCl

2.     Определить массу молекулы

a.      Сахара C₁₂H₂₂O₁₁

b.      Поваренной соли NaCl

3.     Сколько молекул содержится в

a.       5 кг сахара

b.     5 кг поваренной соли

4.     Определить массу

a.      куска поваренной соли, в котором содержится 1,03*10²⁵молекул

b.     куска сахара, в котором содержится 3,5*10²⁴ молекул

5.     Определить количество вещества

a.       в 684 г сахара

b.     в  580 г поваренной соли

6.     Какой объем занимают 100 моль ртути (плотность ртути 13,6*10³ кг/м³)

7.     Определите диаметр молекулы масла по масляно­му пятну площадью 5,68·10 ^-2 м², разлитому по поверхности воды, если образовался слой в одну молекулу. Масса капли воды 0,022·10^-6 кг, а плотность масла 900 кг/м³.

Вариант «В»

1.     Где больше атомов: в стакане воды или в стакане ртути?

2.     Зная число Авогадро, определите объем и диа­метр атома золота.

3.     В комнате объемом 60 м³ испарили капельку духов, содержащую 10^-4 г ароматического вещества. Сколько молекул ароматического вещества попадает в легкие человека при каждом вдохе? Объем вдыхаемого воздуха 1 дм³. Молярная мас­са ароматического вещества 1 кг/моль.

4.     Озеро со средней глубиной 5 м и площадью 4 км² "посолили", бросив кристаллик поваренной соли массой 10 мг. Спустя длительное время из озера зачерпнули стакан воды объемом 200 см³. Сколько ионов натрия оказалось в этом стакане?

5.     Средняя кинетическая энергия хаотического дви­жения молекул при данной температуре у всех веществ одинакова. Определите отношения сред­них скоростей хаотического движения молекул водорода и кислорода при одной и той же темпе­ратуре.

Самостоятельная работа № 2

«Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газа»

1.     Найти среднюю скорость молекул газа, имеющего плотность 2 кг/м³ при давлении 2,43*10⁵Па

2.     Кислород находится при нормальных условиях. Вычислить среднюю квадратичную скорость мо­лекул газа. (Плотность кислорода 1,43 кг/м³).

3.     Какое давление на стенки сосуда производят мо­лекулы газа, если масса газа 3·10^-3 кг, объем 0,5·10^-3м³, средняя квадратичная скорость мо­лекул 500 м/с?

4.     В 1 м³ газа при давлении 1,5·10⁵ Па содержится 2·10²⁵ молекул. Определите среднюю кинетическую энергию хаотического движения этих молекул.

5.     Какой объем занимает газ при давлении 2Ÿ10⁵ Па, если масса его 1 кг, а средняя квадра­тичная скорость молекул 600 м/с?

6.     Какова средняя квадратичная скорость движения молекул газа, который занимает объем 5 м при давлении 2·10⁵ Па и имеет массу 6 кг?

7.     Чему равна средняя кинетическая энергия хаоти­ческого движения молекул аргона, если 2 кг его, находясь в сосуде объемом 2 м³, оказывают давление 3·105 Па (молярная масса аргона 0,04 кг/моль).

8.     Определите кинетическую энергию хаотического поступательного движения всех молекул любого газа в баллоне емкостью 10 л и давлением 0,4·10⁶ Па.

9.      Найти концентрацию молекул кислорода, если давление его 0,2 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с.

Вариант «В»            

1.       Молекула азота при нормальных условиях дви­жется со скоростью 454 м/с. Определите им­пульс молекулы.

2.       Одинаковые сосуды наполнили: один — водоро­дом, другой — кислородом. Сравните давления этих газов, если одинаковы их: а) массы; б) ко­личество молекул.

3.       Часть стенки сосуда покрыли клеем, поглощаю­щим все падающие молекулы газа. Изменится ли давление газа на этом участке стенки?

4.       Молекулы одного газа имеют в Z раз больше мас­су, чем молекулы другого газа. Сравните их дав­ления при одинаковых концентрациях молекул, если одинаковы: а) средние энергии; б) средние квадратичные скорости их молекул.

5.       Во сколько раз изменится давление одноатомного газа в результате уменьшения его объёма в 3 раза и увеличения средней кинетической энергии его молекул в 2 раза?

Самостоятельная работа № 3.

Температура в молекулярно-кинетической теории газов.

Вариант «А»

1.     В сосуде находится газ при температуре 27°С. Определите среднюю кинетическую энергию хаотического движения молекул газа.

2.     Определите температуру газа, если средняя кинетическая энергия хаотического движения его равна 5,6∙10^-21 Дж.

3.     Найти температуру газа при давлении 100 кПа и концентрации молекул 10²⁵ м^-3

4.     Определите среднюю кинетическую энергию молекул одноатомного газа и концентрацию молекул при температуре 290 К и давлении 0,8 МПа.

5.     При какой температуре находится газ, если средняя кинетическая энергия хаотического движения его молекул на 20% больше, чем при 0°С?

6.     При понижении температуры газа с 300 К до 200 К средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул уменьшилась на 10^-20 Дж. Какой была энергия газа при температуре 300 К?

7.     Сравните, как изменилась средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа, если его температура уменьшилась на 50°С. Первоначальная температура газа 70°С.

Вариант “В”

1.     Определить количество молекул в 4 м³ азота и его плотность, если давление 1,33 нПа, а температура 290 К.

2.     Определить среднюю квадратичную скорость молекул кислорода при 20°С. При какой температуре эта скорость равна 500 м/с?

3.     После того, как в комнате протопили печь, тем­пература поднялась с 15 °С до 27 °С. На сколько процентов изменилось число молекул в этой комнате?

4.     Гелий находится при температуре 580 К. При какой температуре должен находиться водород, чтобы средняя квадратичная скорость молекул этих газов была одна и та же?

5.     Средняя квадратичная скорость теплового дви­жения молекул увеличилась в два раза. Как при этом изменилась температура и кинетическая энергия теплового движения молекул одноатом­ного газа?

6.     Вычислить число молекул воздуха, находящихся в помещении размером 6х4х2,5 м3 при темпе­ратуре 27 °С и давлении 99,8 кПа.

Самостоятельная работа №4

Уравнение состояния идеального газа

 Вариант "А"

1.     Сосуд емкостью 2·10^-3 м³ наполнен азотом под давлением 2·10⁵ Па при температуре 27°С. Опре­делите массу азота в сосуде, если его молярная масса 0,028 кг/моль.

2.     Какова температура 1,6·10^-2 кг кислорода, нахо­дящегося под давлением 10⁶ Па и занимающего объем 1,6·10 ^-3 м³? Молярная масса кислорода 0,032 кг/моль.

3.     Определите давление воздуха в сосуде объемом 2·10^-3 м³, если его масса 1,2·10 ^-2 кг, температу­ра 27°С, а молярная масса 0,029 кг/моль.

4.     Определите плотность водорода при температуре 17 °С и давлении 204 кПа.

5.     Объем водорода при температуре 50 °С и давлении 0,98∙10⁵ Па равен 2,5·10^-3 м³. Каков объем той же массы водорода при 0°С и давлении 10⁵ Па?

6.     При давлении 10⁵ Па и температуре 15°С воздух имеет объем 2 10 ^-9м³. При каком давлении данная масса воздуха займет объем 4·10^-3 м³, если температура его станет 20°С?

7.     Воздух, содержащийся в резиновом шаре, при температуре 20°С и давлении 99,75 кПа имеет объем 2,5 л. При погружении шара в воду, тем­пература которой 5°С, давление воздуха увели­чилось до 2·10⁵ Па. На сколько изменился объ­ем воздуха в шаре?

8.     Какова разница в массе воздуха, заполняющего помещение объемом 50 м³, зимой и летом, если летом температура помещения достигает 40°С, а зимой падает до 0°С?

9.     В баллоне при 27°С и давлении 4,05 МПа нахо­дится ацетилен. Каким станет давление в бал­лоне после расхода половины массы газа, если температура при этом понизится до 12°С?

10. Сколько молекул воздуха выходит из комна­ты объемом 120 м³ при повышении температу­ры от 15 до 25°С? Атмосферное давление 10⁵ Па.

Вариант «В»

1.     Цилиндрический сосуд делится на две части под­вижным поршнем.  Каково будет равновесное положение поршня, когда в одну часть сосуда помещено некоторое количество кислорода, в другую — такое же по массе количество водоро­да, если длина сосуда 85 см?

2.     Масса 716 мг органического соединения, имею­щего формулу (С₃Н₆О)n при давлении 10⁵ Па и температуре 200°С занимает в газообразном со­стоянии объем 243 см³. Найти п.

3.     Когда из сосуда выпустили некоторое количество газа, давление в нем упало на 40%, а абсолют­ная температура - на 10%. Какую часть газа выпустили?

4.     В легкой герметичной оболочке воздушного шара находится водород. Определить подъемную силу шара. Считать, что оболочка сделана из неупруго­го материала и может свободно растягиваться. Масса водорода т. Молярная масса 29 кг/кмоль.

5.     В цилиндре под поршнем площадью 100 см² на­ходится 28 г азота при температуре 273 К. Ци­линдр нагревается до температуры 373 К. На ка­кую высоту поднимается поршень массой 100 кг? Атмосферное давление 10⁵ Па.

6.     В закрытом цилиндре по одну сторону легкопод­вижного поршня имеется некоторая масса газа при температуре -70°С, по другую — такая же масса этого газа при температуре 25°С. Поршень находится в равновесии. Общий объем газа 4·10^-4 м³. Определите объем газа в каждой из частей цилиндра.

7.     Закрытый с обоих концов цилиндр наполнен га­зом и разделен легкоподвижным поршнем на две равные части длиной по 0,34 м каждая. Темпе­ратура газа 27°С. На сколько градусов надо на­греть газ в одной половине цилиндра, чтобы поршень сместился на 0,1 м?

8.     В цилиндре под невесомым поршнем находится газ при атмосферном давлении р_о и температуре Т₀ . Поршень удерживается упругой пружиной. Во сколько раз нужно увеличить температуру газа, чтобы его объем увеличился в 1,5 раза? Ес­ли газ полностью откачать из-под поршня, пор­шень будет находиться в равновесии у дна ци­линдра.

9.     Давление воздуха, находящегося в камере с посто­янным объемом V, равно половине атмосферного давления. Сколько ходов нужно совершить порш­ню насоса, чтобы накачать в камеру воздух до давления р, если емкость насоса v₀, а атмосферное давление p₀? Нагреванием воздуха пренебречь.

10. Герметично закрытый сосуд полностью заполнен водой при температуре 27°С. Каким стало бы давление внутри сосуда, если бы силы взаимо­действия между молекулами воды внезапно ис­чезли?

Самостоятельная работа №5

ИЗОПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ

ВАРИАНТ "А"

1.     Какой объем займет газ при 77 °С, если при 27 °С его объем был 6 л?

2.     При температуре 27 °С давление газа в закрытом сосуде было 75 кПа. Каким будет давление при температуре -13 °С?

3.     Сосуд, содержащий газ под давлением 1,4·10⁵ Па, соединили с пустым сосудом объемом 6 л. После этого в обоих сосудах установилось давление 1·10⁵ Па. Найти объем первого сосуда. Процесс изотермический.

4.     При изохорном охлаждении идеального газа, взятого при температуре 480 К, его давление уменьшилась в 1,5 раза. Какой стала конечная температура газа?

5.     Во сколько раз увеличится объем воздушного шара, если его внести с улицы в теплое помеще­ние. Температура на улице -3 °С, в помещении 27 °С.

6.     При изобарном нагревании идеального газа от температуры 280 К плотность его уменьшилась вдвое. На сколько увеличилась температура газа?

7.     Определить начальную и конечную температуры идеального газа, если при изобарном охлажде­нии на 290 К его объем уменьшился вдвое.

8.     При сжатии газа его объем уменьшился с 8 до 5 л, а давление повысилось на 60 кПа. Найти перво­начальное давление. Процесс изотермический.

9.     При какой температуре находился газ, если в ре­зультате изобарного нагревания на 1К его объем увеличился на 0,0035 первоначального?

10.  Сосуд вместимостью 20 л, заполненный возду­хом при давлении 0,4 МПа, соединяют с сосу­дом, из которого воздух удален. При этом давле­ние в обоих сосудах становится одинаковым и равным 1·10⁵ Па. Определить вместимость вто­рого сосуда. Процесс изотермический.

ВАРИАНТ "В"

1.     В баллоне содержится газ при температуре 17°С и давлении 1 МПа. На сколько изменится давле­ние, когда температура понизится до -23°С?

2.     На какой глубине радиус пузырька воздуха вдвое меньше, чем у поверхности воды, если атмо­сферное давление у поверхности воды р₀?

3.     В сосуд нагнетается при помощи ручного насоса воздух. Объем сосуда равен 3 л, объем цилиндра насоса 0,5 л. Каково будет давление газа в сосуде после двадцати рабочих ходов поршня, если со­суд вначале был пустым?

4.     Электрическая лампочка емкостью 0,5 л напол­нена азотом при давлении 76 кПа. Какое ко­личество воды войдет в лампу, если у нее от­ломить кончик под водой на глубине 1,4 м? Атмосферное давление нормальное.

5.     Открытую с двух сторон стеклянную трубку дли­ной 1 м наполовину погружают в ртуть. Затем трубку закрывают сверху и вынимают. Какой длины х столбик ртути останется в трубке? Ат­мосферное давление 750 мм. рт. ст.

6.     Имеется два сосуда с газом: один вместимостью 3 л, другой вместимостью 4 л. В первом сосуде газ находится под давлением 202 кПа, а во вто­ром 101 кПа. Под каким давлением будет нахо­дится газ, если эти сосуды соединить между со­бой? Считать, что температура в сосудах одинакова и постоянна.

7.     Барометрическая трубка погружена в глубокий сосуд с ртутью так, что уровни ртути в трубке и в сосуде совпадают. При этом воздух в трубке занимает столб длиной 1 см. Трубку поднимают на 11 см. На сколько сантиметров поднимется ртуть в трубке? Атмосферное давление равно Н см. рт. ст.

8.     Закрытый цилиндрический сосуд высотой h раз­делен на две части невесомым поршнем. При за­крепленном поршне обе половинки заполнены газом, причем в одной из них давление в n раз больше, чем в другой. На сколько переместится поршень, если его освободить? Температуру считать постоянной.

Самостоятельная работа № 7

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ

ВАРИАНТ "А"

1.     В процессе изобарного расширения газа была со­вершена работа, равная 400 Дж. При каком дав­лении совершался процесс, если объем газа из­менился с 0,3 м³ до 600 л?

2.     При изобарном расширении газа была совершена работа 600 Дж. На сколько изменился объем га­за, если давление газа было 4·10⁵ Па?

3.     На рисунке показана изобара газа в коорди­натах р,V. Определи­те работу, совершен­ную газом в процессе расширения.

4.     Некоторый газ занимал объем 20 л. Каким стал объем газа, если при изобарном расширении была совершена работа 496 Дж. Давление газа 80 кПа.

5.     Газ, занимающий некоторый объем под давлением 1,2·10⁵ Па, изобарно расширяясь, совершил ра­боту 1,8 кДж. Определить начальный объем га­за, если после расширения его объем стал 45 л.

6.     Какую работу А совершает газ, количество веще­ства которого ν, при изобарном повышении тем­пературы на ∆T?

Самостоятельная работа № 7

 РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ

ВАРИАНТ "В"

1.     Азот массой 280 г был нагрет при постоянном дав­лении на 100°С. Определить работу расширения.

2.     Определить работу расширения 20 л газа при изобарическом нагревании от 300 К до 393 К. Давление газа 80 кПа.

3.     Один килограмм углекислого газа CO₂ изобарно нагрет от 268 до 400 К. Определить работу, со­вершенную газом при увеличении его объема.

4.     При изобарном нагревании на 159 К газом,  масса которого 3,47 кг, была совершена работа 144 кДж. Определить молярную массу газа и назвать его.

5.     В цилиндре под поршнем находится кислород. Определить массу кислорода, если известно, что работа, совершаемая при нагревании газа от 273 до 473 К, равна 16 кДж. Трение не учитывать.

6.     В двух цилиндрах под подвижным поршнем на­ходятся водород и кислород. Сравнить работы, которые совершают эти газы при изобарном на­гревании, если их массы, а также начальные и конечные температуры равны.

Самостоятельная работа № 8 по теме «ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ»

ВАРИАНТ "А"

1.     В цилиндре под поршнем находится 1,25 кг воздуха. Для его нагревания на 4°С при постоянном давлении было затрачено 5 кДж теплоты. Опре­делите изменение внутренней энергии воздуха (μ= 0,029 кг/моль).

2.     0,02 кг углекислого газа нагревают при постоян­ном объеме. Определите изменение внутренней энергии газа при нагревании от 20 до 108°С (Сv = 655Дж/кг-К).

3.     При изобарном расширении 0,04 кг кислорода его температура изменяется на 6°С. Величина работы, совершенная во время этого процесса, равна 250 Дж. Какое количество теплоты было передано газу и чему равно изменение его внутренней энергии (с_p = 916 Дж/кг·К)?

4.     0,2 кг азота нагревают при постоянном давлении от 20 до 80°С. Какое количество теплоты погло­щается при этом? Какую работу производит газ? (Ср=1 кДж/кг·К).

5.     В цилиндре под поршнем находится 1,5 кг ки­слорода. Поршень неподвижен. Какое количе­ство теплоты необходимо сообщить газу, что­бы его температура повысилась на 8°С? Чему равно изменение внутренней энергии? (Сv =  675 Дж/кг·К).

6.     Для изобарного нагревания газа, количество ве­щества которого 800 моль, на 500 К ему сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определить рабо­ту газа и приращение его внутренней энергии.

Самостоятельная работа № 8 по теме «ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ»

ВАРИАНТ "В"

1.     На рисунке изображен гра­фик некоторого процесса, совершенного с определен­ной массой идеального га­за.  Сопровождается  ли этот процесс поглощением или выделением некоторо­го количества теплоты?

2.     Газ расширяется от объема V1 до объема V2:  один раз — изотермически, второй -  изобарически и третий - адиабатически. При каком процессе газ совершает большую работу и когда газу пе­редается большее количество теплоты?

3.     Для нагревания 10 г неизвестного газа на 1К при постоянном давлении требуется 9,12 Дж, при постоянном объеме 6,49 Дж. Что это за газ?

4.     При изобарном расширении 80 г кислорода с температурой 300 К его объем увеличился в 1,5 раза. Определить количество теплоты, израсхо­дованной на нагревание кислорода, работу со­вершенную для его расширения, и изменение внутренней энергии газа.

5.     Кислород массой 0,3 кг при температуре Т=320К охладили изохорно, вследствие чего его давление уменьшилось в 3 раза. Затем газ изобарно расширили так, что температура его стала равна первоначальной. Какую работу совершил газ? Как изменилась его внутренняя энергия?

6.     Некоторая масса газа переходит из состояния В в состояние С двумя различными способами: ВаС и ВЬС, причем в процессе каждого перехода газ совершает работу и ему путем теплообме­на сообщается энергия. Одина­ковы ли при каждом переходе: а) величина работы, совершае­мой газом; б) изменение его внутренней энергии; в) сообщае­мое газу количество теплоты? (см. рис.)

Самостоятельная работа № 9 по теме «КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ2

ВАРИАНТ "А"

1.     Температура нагревателя тепловой машины 150°С, а холодильника 25"С; машина получила от нагревателя 4·10⁴ Дж энергии. Как велика работа, произведенная машиной?

2.     КПД идеального теплового двигателя 40%. Газ получил от нагревателя 5 кДж теплоты. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

3.     В идеальной тепловой машине, КПД которой 30%, газ получил от нагревателя 10 кДж тепло­ты. Какова температура нагревателя, если тем­пература холодильника 20°С? Сколько джоулей теплоты машина отдала холодильнику?

4.     Температура пара, поступающего в турбину, 227°С, а температура холодильника 30°С. Определите КПД турбины и количество теплоты, получаемой от на­гревателя каждую секунду, если за это же время бесполезно теряется 12 кДж энергии.

5.     Определите КПД тепловой машины и величину работы, совершенной за счет каждого килоджо­уля энергии, получаемой от нагревателя, если температура нагревателя 140°С, а холодильника 17°С.

6.     КПД идеальной паровой турбины 60%, темпера­тура нагревателя 480°С. Какова температура хо­лодильника и какая часть теплоты, получаемой от нагревателя, уходит в холодильник?

ВАРИАНТ "В"

1.     Газ совершает цикл Карно. Абсолютная темпера­тура нагревателя в три раза выше абсолютной температуры холодильника. Определить долю теплоты, отдаваемой холодильнику.

2.     Идеальная тепловая машина, для которой окру­жающий воздух при нормальных условиях яв­ляется холодильником, поднимает груз массой 400 кг. Рабочее тело машины получает от нагре­вателя с температурой 200°С количество теплоты 8·10⁴ Дж. На какую максимальную высоту подни­мает груз тепловая машина? Трением пренебречь.

3.     Холодильник, потребляющий мощность Р, за время t превратил воду в лед. Какое количество теплоты Q передал холодильник воздуху в ком­нате, если масса воды т, а ее начальная темпе­ратура tº. Теплоемкостью самого холодильника можно пренебречь.

4.     Автомобиль движется со скоростью 72 км/ч. Мощность двигателя 600 кВт, его КПД равен 30%. Определить расход бензина на 1 км пути.

5.     Температура газов, образующихся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя автомобиля, 800°С; температура выхлопных газов 80°С. Рас­ход топлива на 100 км при скорости 90 км/ч ра­вен 10^-2 м³; теплота сгорания топлива 3,2·10¹⁰ Дж/м³. Какую мощность мог бы развить двигатель, если бы он представлял собой идеаль­ную тепловую машину, работающую с макси­мально возможным коэффициентом полезного действия?

6.     Двигатель мотороллера развивает мощность 3,31 кВт при скорости 58 км/ч. Сколько кило­метров пройдет мотороллер, расходуя 3,2 л бен­зина, если КПД двигателя 20% ?

Краткое описание документа:

Сборник самостоятельных работ по физике для 1-го курса содержит девять работ по следующим темам "Величины, характеризующие мир молекулы", "Основное уравнение МКТ", "Температура в молекулярно-кинетической теории газов", "Уравнение состояние идеального газа", "Изопроцесы", "Работа в термодинамике", "Первый закон термодинамики", "КПД теплового двигателя". Самостоятельные работы составлены в 2-х уровнях сложности.

Самостоятельная работа № 1

«Величины, характеризующие мир молекулы»

Вариант «А»

1.     Определить

a.     молярную массу  сахара C12H22O11

b.     молярную массу поваренной соли NaCl

2.     Определить массу молекулы

a.     Сахара C12H22O11

b.      Поваренной соли NaCl

3.     Сколько молекул содержится в

a.      5 кг сахара

b.     5 кг поваренной соли