МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Глава I Основы молекулярно-кинетической теории. Упражнение 1.
- Под каким давлением находится газ в сосуде, если средний квадрат скорости его молекул
- Под каким давлением находится газ в сосуде, если средний квадрат скорости его молекул υ 2 = 106 м2 /с2 , концентрация молекул n = 3⋅1025 м-3, масса каждой молекулы m0 = 5⋅10-26 кг?
- В колбе объемом 1,2 л содержится 3⋅1022 атомов гелия. Какова средняя кинетическая энергия каждого атома? Давление газа в колбе 105 Па?
- Вычислите средний квадрат скорости движения молекул газа, если его масса m = 6 кг, объем V = 4,9 м3 и давление р = 200 кПа
- Во сколько раз кулоновская сила взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода больше силы их гравитационного взаимодействия? Масса электрона me = 9,11⋅10-31 кг, а масса протона mp = 1,67⋅10-27 кг. Гравитационная постоянная G = 6,67⋅10-11 Н⋅м2/кг2
- Какую площадь может занять капля оливкового масла объемом 0,02 см3 при расплывании ее на поверхности воды?
- Определите молярные массы водорода и гелия
- Во сколько раз число атомов в 12 кг углерода превышает число молекул в 16 кг кислорода?
- Каково количество вещества (в молях), содержащегося в 1 г воды?
- Чему равно число молекул в 10 г кислорода?
- Молярная масса азота равна 0,028 кг/моль. Чему равна масса молекулы азота?
- Определите число атомов в 1 м3 меди. Молярная масса меди М = 0,0635 кг/моль, ее плотность ρ = 9000 кг/м3
- Плотность алмаза 3500 кг/м3 . Какой объем займут 1022 атомов этого вещества?
- Как изменится давление газа, если концентрация его молекул увеличится в 3 раза, а средняя скорость молекул уменьшится в 3 раза?
- Плотности некоторых твердых тел
Глава II Температура. Энергия теплового движения молекул
- Какое значение имела бы постоянная Больцмана, если бы единица температуры в СИ – кельвин – была равна не 1 0С, а 2 0С?
- Какова средняя кинетическая энергия атома аргона, если температура газа 17 0С?
- Современные вакуумные насосы позволяют понижать давление до 1,3⋅10-10 Па (10-12 мм рт. ст.). Сколько молекул газа содержится в 1 см3 при указанном давлении и температуре 27 °С?
- Где больше молекул: в комнате объемом 50 м3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 0С или в стакане воды объемом 200 см3?
- Средняя квадратичная скорость молекулы газа, находящегося при температуре 100 0С, равна 540 м/с. Определите массу молекулы
- На сколько процентов увеличивается средняя квадратичная скорость молекул воды в нашей крови при повышении температуры от 37 до 40 0С?
Глава III Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Упражнение 3.
- Газ сжат изотермически от объема V1 = 8 л до объема V2 = 6 л. Давление при этом возросло на Δр = 4 кПа. Каким было начальное давление р1?
- Компрессор, обеспечивающий работу отбойных молотков, засасывает из атмосферы V = 100 л воздуха в 1 с. Сколько отбойных молотков может работать от этого компрессора, 21 если для каждого молотка необходимо V1 = 100 cм3 воздуха в 1 с при давлении р = 5
- Постройте изотермы для 2 г водорода при 0 0С в координатах р, V; V, T и р, Т
- Определите температуру газа, находящегося в закрытом сосуде, если давление газа увеличивается на 0,4% первоначального давления при нагревании на 1 К
- При переходе определенной массы газа из одного состояния в другое его давление уменьшается, а температура увеличивается. Как меняется его объем?
- Чему равен объем одного моля идеального газа при нормальных условиях?
- Найдите массу воздуха в классе, где вы занимаетесь, при температуре 20 0С и нормальном атмосферном давлении. Молярную массу воздуха принять равной 0,029 кг/моль
- Плотность некоторого газообразного вещества равна 2,5 кг/м3 при температуре 10 0С и нормальном атмосферном давлении. Найдите молярную массу этого вещества
- В баллоне вместимостью 0,03 м3 находится газ под давлением 1,35⋅106 Па при температуре 455 0С. Какой объем занимал бы этот газ при нормальных условиях (t0 = 0 0C, р0 = 101325 Па)?
- Высота пика Ленина на Памире равна 7134 м. Атмосферное давление на этой высоте равно 3,8⋅104 Па. Определите плотность воздуха на вершине пика при температуре 0 0С, если плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 кг/м3
- На рисунке дан график изменения состояния идеального газа в координатах V, Т. Представьте этот процесс на графиках в координатах р, V и р, Т
- Выразите среднюю квадратичную скорость молекулы через универсальную газовую постоянную и молярную массу
- В баллоне находится газ при температуре 15 0С. Во сколько раз уменьшится давление газа, если 40 % его выйдет из баллона, а температура при этом понизится на 8 0С?
Глава IV Взаимные превращения жидкостей и газов. Упражнение 4.
- В обоих коленах запаянной U-образной трубки вода стоит на разных уровнях. Можно ли сказать, что, кроме насыщенного водяного пара, над водой имеется воздух?
- Как будет меняться температура кипения воды, если сосуд с водой опускать в глубокую шахту?
- Чему равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, кипящей при атмосферном давлении?
- На улице моросит холодный осенний дождь. В комнате развешано выстиранное белье. Высохнет ли белье быстрее, если открыть форточку?
- Всасывающий насос поднимает холодную воду на высоту 10,3 м. На какую высоту он поднимет воду, кипящую при температуре 100 0С, если поршень насоса перемещается очень медленно?
- В комнате объемом V =120 м3 при температуре t=15 0С относительная влажность воздуха ϕ = 60 %. Определите массу водяных паров в воздухе комнаты. Давление насыщенных паров р0 при t=15 0С равно 12,8 мм рт. ст
- При температуре t=20 0С относительная влажность в комнате ϕ1 = 20%. Какую массу воды нужно испарить для увеличения влажности до ϕ2 = 50%, если объем комнаты V = 40 м3? Плотность насыщенных паров воды при температуре t = 20 0С равна ρ0 = 1,73⋅10-2 кг/м
Глава V Твердые тела. Упражнение 5
- Плуг сцеплен с трактором стальным тросом. Допустимое напряжение материала троса σ = 20 ГПа. Какой должна быть площадь поперечного сечения трос, если сопротивление почвы движению плуга равно 1,6⋅105 Н?
- Каким должен быть модуль силы, приложенной к стержню вдоль его оси, чтобы в стержне возникло напряжение 1,5⋅108 Па? Диаметр стержня равен 0,4 см
- Какое напряжение возникает у основания кирпичной стены высотой 20м? Плотность кирпича равна 1800 кг/м3. Одинаковой ли должна быть прочность кирпичей у основания стены и в верхней ее части?
- Какую наименьшую длину должна иметь свободно подвешенная за один конец стальная проволока, чтобы она разорвалась под действием силы тяжести? Предел прочности стали равен 3,2⋅108 Па, плотность – 7800 кг/м3
- Под действием силы 100 Н проволока длиной 5 м и площадью поперечного сечений 2,5 мм2 удлинилась на 1 мм. Определите напряжение, испытываемое проволокой и модуль Юнга
- Железобетонная колонна сжимается силой F. Полагая, что модуль Юнга бетона Еб составляет 1/10 модуля Юнга железа Еж, а площадь поперечного сечения железа составляет 1/20 площади поперечного сечения бетона, найдите, какая часть нагрузки приходится на бе
Глава VI Основы термодинамики. Упражнение 6
- Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если его давление увеличится в 3 раза, а объем уменьшится в 2 раза?
- Газ, находящийся под давлением р=105 Па, изобарно расширился, совершив работу А = 25 Дж. Насколько увеличился объем газа?
- Термодинамической системе передано количество теплоты 200 Дж. Как изменилась внутренняя энергия системы, если при этом она совершила работу 400 Дж?
- Стержень отбойного молотка приводится в движение сжатым воздухом. Масса воздуха в цилиндре за время хода поршня меняется от 0,1 до 0,5 г. Считая давление воздуха в цилиндре и температуру (27 0С) постоянными, определите работу газа за один ход поршня
- На одинаковые газовые горелки поставили два одинаковых плотно закупоренных сосуда вместимостью по 1 л. В одном сосуде находится вода, а в другом – воздух. Какой сосуд быстрее нагревается до 50 0С? Почему?
- Предложен следующий проект вечного двигателя (рисунок). Закрытый сосуд разделен на две половинки герметичной перегородкой, сквозь которую пропущены трубка и водяная турбина в кожухе с двумя отверстиями. Давление воздуха в нижней части больше, чем в ве
- Положительна или отрицательна работа газа в процессах 1-2, 2-3 и 3-1 на рисунке. Получает газ или отдает теплоту в каждом из этих процессов?
- Температура газа массой m и молярной массой М повышается на ΔТ один раз при постоянном давлении р, а другой раз при постоянном объеме V. Насколько отличаются количества теплоты, сообщенные газу в первом и во втором случаях?
- Какое количество теплоты необходимо для изохорного нагревания гелия массой 4 кг на 100 К?
- При изотермическом расширении газ совершил работу, равную 20 Дж. Какое количество теплоты сообщено газу?
- Вычислите увеличение внутренней энергии водорода массой 2 кг при изобарном его нагревании на 10 К. (Удельная теплоемкость водорода при постоянном давлении равна 14 кДж/(кг⋅К))
- В цилиндре компрессора сжимают идеальный одноатомный газ, количество вещества которого 4 моль. Определите, насколько поднялась температура газа за один ход поршня, если при этом была совершена работа 500 Дж. Процесс считайте адиабатным
- В калориметр, содержащий воду массой 0,25 кг при температуре 25 0С, впускают водяной пар массой 10 г при 62 температуре 100 0С. Какая температура установится в калориметре, если его теплоемкость 1000 Дж/К?
- В калориметре находится вода массой 0,4 кг при температуре 10 0С. В воду положили лед массой 0,6 кг при температуре – 40 0С. какая температура установится в калориметре, если его теплоемкость ничтожно мала?
- Какой должна быть температура нагревателя, для того, чтобы в принципе стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80%, если температура холодильника 27 0С?
- В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты Q1 = 1,5⋅106 Дж, передано холодильнику Q2 =- 1,2⋅106 Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температу
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
Глава VII Электростатика. Упражнение 7.
- Известно, что стеклянная палочка, потертая о шелк, заряжается положительно. Определите экспериментально знак заряда пластмассовой ручки, потертой о шерсть
- Определите силу взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода, если расстояние между ними равно 0,5⋅10-8 см
- С какой силой взаимодействовали бы две капли воды на расстоянии 1 км, если бы удалось передать одной из капель 1% всех электронов, содержащихся в другой капле массой 0,03 г?
- Два одинаковых шарика находятся на расстоянии 40 см друг от друга. Заряд одного из них 9⋅10-9 Кл, а заряд другого -2⋅10-9 Кл. Шарики привели в соприкосновение и вновь раздвинули на такое же расстояние. Найдите силы их взаимодействия до и после соприко
- Точечные заряды 1,0⋅10-8 Кл и 2,0⋅10-8 Кл закреплены на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме. На прямой, соединяющей эти заряды, на одинаковом расстоянии от каждого из них помещено маленькое тело, несущее заряд -3⋅10-9 Кл. Каковы модуль и направлени
Глава VIII Законы постоянного тока. Упражнение 8.
- В направленном вертикально вниз однородном электрическом поле с напряженностью 1,3⋅105 В/м капелька жидкости массой 2⋅10-9 г оказалась в равновесии. Найдите заряд капельки и число избыточных электронов на ней
- Почему заряженная расческа притягивает электрически нейтральные кусочки бумаги?
- Электрический заряд q1>0 переместили по замкнутому контуру АВСД в поле точечного заряда q2>0 (рисунок). На каких участках работа поля по перемещению заряда была положительной? Отрицательной? Равной нулю? Как изменялась потенциальная энергия системы? Ч
- Двигаясь в электрическом поле, электрон перешел из одной точки в другую, потенциал которой выше на 1В. Насколько изменилась кинетическая энергия электрона? Потенциальная?
- Точечные заряды q1>0 и q2 Глава VIII Законы постоянного тока . Потенциал электростатического поля возрастает в направлении снизу вверх. Куда направлен вектор напряженности поля?
- Разность потенциалов между точками, лежащими на одной силовой линии на расстоянии 3 см друг от друга, равна 120 В. Найдите напряженность электростатического поля, если известно, что поле однородно
- Изобразите эквипотенциальные поверхности бесконечного проводящего равномерно заряженного цилиндра
- Электрон, двигаясь в электрическом поле, увеличил скорость с v1 = 1⋅107 м/с до v2≈3⋅107 м/с. Найдите разность потенциалов между начальной и конечной точками перемещения электрона. Отношение заряда электрона к его массе равно: = 1,76 ⋅1011 Кл/кг
- К концам медного проводника длиной 300 м приложено напряжение 36 В. Найдите среднюю скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, если концентрация электронов проводимости меди 8,5⋅1028 м-3
- Гальванические элементы с ЭДС 4,50 и 1,50 В и внутренними сопротивлениями 1,50 и 0,50 ОМ, соединенные, как показано на рисунке, питают лампу от карманного фонаря. Какую мощность потребляет лампа, если известно, что сопротивление ее нити в нагретом сос
- Замкнутая цепь питается от источника с ЭДС E = 6 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом. Постройте графики зависимости силы тока в цепи и напряжения на зажимах источника от сопротивления внешнего участка
- Два элемента, имеющие одинаковые ЭДС по 4,1 В и одинаковые внутренние сопротивления по 4 Ом, соединены одноименными полюсами, от которых сделаны выводы. Какую ЭДС и какое внутреннее сопротивление должен иметь элемент, которым можно было бы заменить та
- Электроны, летящие к экрану телевизионной трубки, образуют электронный пучок. В какую сторону направлен ток в пучке?
- Определите площадь поперечного сечения и длину медного проводника, если его сопротивление 0,2 Ом, а масса 0,2 кг. Плотность меди 8900 кг/м3
- За некоторый промежуток времени электрическая плитка, включенная в сеть с постоянным напряжением, выделила количество теплоты Q. Какое количество теплоты выделяет за то же время две такие плитки, включенные в ту же сеть последовательно? Параллельно? И
- Чему равно напряжение на клеммах гальванического элемента с ЭДС, равной E, если цепь разомкнута?
- Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением r = 0,01 Ом?
- Батарейка для карманного фонаря замкнута на реостат. При сопротивлении реостата 1,65 ОМ напряжение на нем равно 3,30 В, а при сопротивлении 3,50 Ом равно 3,50 В. Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки
Глава IХ Магнитное поле. Упражнение 9.
- Разность потенциалов между обкладками конденсатора емкостью 0,1 мкФ изменилась на 175 В. Определите изменение заряда конденсатора
- Плоский конденсатор зарядили при помощи источника тока напряжением U = 200 B. Затем конденсатор был отключен от этого источника тока. Каким станет напряжение U1 между пластинами, если расстояние между ними увеличить от первоначального d = 0,2 мм до d1
- Во сколько раз изменится энергия заряженного конденсатора, отсоединенного от источника тока, если пространство между его обкладками заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε =3?
- Определите плотность энергии электрического поля конденсатора, упомянутого в задаче 4, до раздвижения пластин
- По двум скрещивающимся под прямым углом прямолинейным проводникам пропускают токи I1 и I2. Как будет изменяться расположение проводников относительно друг друга?
- Проводник длиной l = 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В = 0,4 Тл. Сила тока в проводнике I = 8 А. Найдите работу, которая была совершена при перемещении проводника на 0,025 м по направлению
- Определите направление вектора индукции магнитного поля в горловине кинескопа
- Используя правило буравчика и правило левой руки, покажите, что токи, направленные параллельно, притягиваются, а противоположно – отталкиваются
- Заряд плоского конденсатора со слюдяным диэлектриком равен 2,7⋅10-4 Кл. Расстояние между пластинами конденсатора 0,23 мм, а его емкость без диэлектрика 0,01 мкФ. Диэлектрическая проницаемость слюды равна 7. Найдите напряженность поля в диэлектрике
- В пространство между пластинами плоского конденсатора влетает электрон со скоростью 2⋅107 м/с, направленной параллельно пластинам конденсатора. На какое расстояние по направлению к положительно заряженной пластине сместится электрон за время движения
Глава Х Электрический ток в различных средах. Упражнение 10. Упражнение 11. Упражнение 12.
- Длинная проволока, на концах которой поддерживается постоянное напряжение, накалилась докрасна. Часть проволоки 106 опустили в холодную воду. Почему часть проволоки, оставшаяся над водой, нагревается сильнее?
- Алюминиевая обмотка электромагнита при температуре 0 0С потребляет мощность 5 кВт. Какой окажется потребляемая мощность, если во время работы температура обмотки повысилась до 60 0С, а напряжение осталось неизменным? Что будет, если неизменным останет
- Для покрытия цинком металлических изделий в электролитическую ванну помещен цинковый электрод массой m = 0,01 кг. Какой заряд должен пройти через ванну, чтобы электрод полностью израсходовался? Электрохимический эквивалент цинка k = 3,4⋅10-7 кг/Кл
- При силе тока 1,6 А на катоде электролитической ванны за 10 мин отложилась медь массой 0,316 г. Определите электрохимический эквивалент меди
- Как надо расположить электроды, чтобы электролитическим путем покрыть внутреннюю поверхность полого металлического предмета?
- Однородное электрическое поле напряженностью Е r создано в металле и в вакууме. Одинаковое ли расстояние пройдет за одно и то же время электрон в том и в другом случае? Начальная скорость его равна нулю
- Определите скорость электронов при выходе из электронной пушки при разности потенциалов между анодом и катодом 500 и 5000 В
- Спираль электрической плитки перегорела и после соединения концов оказалась несколько короче. Как изменилось количество теплоты, выделяемое плиткой за определенной время?
- Для покрытия цинком металлических изделий в электролитическую ванну помещен цинковый электрод массой m = 0,01 кг. Какой заряд должен пройти через ванну, чтобы электрод полностью израсходовался? Электрохимический эквивалент цинка k = 3,4⋅10-7 кг/Кл
- При никелировании детали в течение 2 ч сила тока, проходящего через ванну, была 25А. Электрохимический эквивалент никеля k=3⋅10-7 кг/Кл, его плотность ρ = 8,9 ⋅103 кг/м3. Какова толщина слоя никеля, выделившегося на детали, если площадь детали S = 0,2
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа No1
Лабораторная работа No2
Лабораторная работа No3
Лабораторная работа No4
Лабораторная работа No5
Лабораторная работа No6
Лабораторная работа No1
СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ