Розв’язання вправ та завдань до підручника «ФІЗИКА» 8 клас В. Г. Бар’яхтара - 2017 рік

Розділ 1. Теплові явища

Частина II. Зміна агрегатного стану речовини. Теплові двигуни

Вправа № 10

1. в) При переливанні рідини, вона не змінює об’єм (за законом збереження маси) і набуває форми посуду, в якому знаходиться.

2. Молекули речовини при переході з одного агрегатного стану в інший не змінюються, оскільки визначаються типом речовини. У газоподібному стані відстань між молекулами стала більшою; відстань, яку при русі проходять молекули, також стала більшою, рух набув хаотичного характеру.

3. Газ заповнює весь наданий йому об’єм, тому заповнити посуд наполовину він не може.

4. У закритій посудині з водою над її поверхнею утворюється водяна пара (внаслідок випаровування, яке відбувається завжди з вільної поверхні рідини), тому стверджувати, що води немає, не можна: вона там є у газоподібному стані.

5. Водяну пару ми бачити не можемо, оскільки вона прозора. Ми бачимо маленькі крапельки води, які утворюються, коли гаряча пара, що виходить з носика чайника, стикається з прохолодним повітрям довкола.

6. Нанороботи працюють на технологіях, в основі яких лежить процес розділення та збирання матеріалів шляхом дії на них одним атомом чи однією молекулою. Створені прилади наноелектроніки можуть працювати в умовах космічного холоду (не руйнуються) і за температури в тисячі градусів (не плавляться). Нанороботами називають наномеханізми, які мають розміри в одну молекулу.

7. З наведених фізичних величин характеристиками речовини є густина, питома теплоємність — ті, за значенням яких у відповідних таблицях можна встановити, що це за речовина.

Вправа № 11

1. Вольфрам має найвищу температуру плавлення, тому саме його обирають для виготовлення волоска електричної лампочки, який нагрівається при проходженні електричного струму.

2. Точка А належить ділянці графіка, що відповідає нагріванню: зі збільшенням часу збільшується температура (стан тіла — твердий); т. В розташована наприкінці ділянки, що відповідає плавленню речовини (не можна визначити стан речовини, оскільки фазовий перехід відбувається при незмінній температурі); т. С знаходиться на ділянці, що відповідає охолодженню рідини — зниження температури; т. D розташована на ділянці кристалізації — перетворення рідини у тверде тіло, яка відбувається за сталої температури (стан визначити не можна).

3. Тіло № 1 має температуру плавлення 80 °С (за графіком — горизонтальна ділянка), тіло № 2 — 0 °С. На початку експериметру тіло № 1 мало вищу температуру — 0 °С у порівнянні з тілом № 2. За таблицею у додатку встановлюємо, що речовина тіла № 1 — нафталін, тіла № 2 — вода.

4. У якому напрямку відбуватиметься теплообмін між льодом і водою у відрі, залежить від співвідношення їхніх мас і температур. Якщо якийсь час лід не тане, температура у відрі дорівнює 0°С — коли вода одночасно може знаходитись у рідкому та твердому стані.

5. Бурульки утворюються, коли температура даху вища за температуру навколишнього повітря: вода стікає до краю даху, там охолоджується і замерзає. Інші краплі так само, сполучаючись з уже наявною бурулькою, замерзають, збільшуючи її.

6. З наведених фізичних величин характеристиками тіла є жорсткість, густина та питома теплоємність, тобто ті, за значенням яких за відповідними таблицями можна визначити, з якої речовини зроблено тіло.

Вправа № 12

1. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. За означенням Q = λm. За таблицею питома теплота плавлення міді Обчислимо шукане значення

Відповідь: 105 кДж.

2. Брусок алюмінію може розплавитися, віддавши у довкілля кількість енергії, що дорівнює Q = λm, а потім, при охолодженні, — енергію Розплавлений алюміній може лише охолоджуватися, тому має меншу внутрішню енергію саме на кількість

3. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. За означенням кількість теплоти, що виділяється при кристалізації: Q1 = λm, а при охолодженні: Значення питомої теплоти кристалізації λ та питомої теплоємності с для сталі знайдемо за таблицею:

Маємо:

Загальна кількість теплоти, що виділиться, дорівнює:

4. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. При перетворенні льоду на воду відбувається: 1) нагрівання льоду від початкової температури до 0°С — температури плавлення; 2) плавлення льоду за сталої температури; 3) нагрівання отриманої води до 10 °С. При цьому загальна кількість теплоти, що поглинається, дорівнює: Q = Q1 + Q2 + Q3, де відповідно

З таблиці:

Маємо:

Відповідь: ≈10 кДж.

5. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. Між льодом і водою відбуватиметься теплообмін. Відповідно до рівняння теплого балансу QB = Qл, де за означенням: Маємо: або

За таблицею: Отже: Обчислимо шукане значення:

6. За графіком: тіло № 1 має температуру плавлення 325 °С, а тіло № 2 — 225 °С. Оскільки довжина горизонтальної ділянки графіка, що відповідає процесу плавлення, більша у тіла № 2 — воно має більшу питому теплоту плавлення. Оскільки тіло № 2 довше за часом охолоджується, ніж тіло № 1, то воно має більшу питому теплоємність.

7. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. За законом перетворення енергії: зміна кінетичної енергії кулі дорівнює кількості теплоти, що пішла на її нагрівання до температури плавлення і плавлення окремої частини. За означенням:

За таблицею: Маємо: Поділимо ліву і праву частини рівняння на m і виконаємо математичці перетворення:

Обчислимо значення шуканої величини:

Відповідь: четверта частина кулі розплавиться.

8. Об’єм, який займає лід у посудині, можна знайти за формулою а об’єм води, що утворилася з нього: Оскільки за законом збереження маса води не змінилася при плавленні, а густина льоду менша за густину води то рівень води зменшиться.

Вправа № 13

1. Калюжі швидше висихають за теплої погоди, оскільки швидкість випаровування води залежить від її температури, а отже, від температури довкілля.

2. Інтенсивність випаровування рідини залежить від її типу. Оскільки спирти випаровуються інтенсивніше, тобто забираючи від людини більшу кількість енергії, відчуття холодну сильніше.

3. У мокрому одязі інтенсивно випаровується волога, забираючи для цього тепло від людини. Може наступити переохолодження, що викличе застуду.

4. Собака висовує язика, збільшуючи при цьому площу поверхні інтенсивного випаровування (оскільки язик вологий), — це пришвидшує охолодження.

5. Людина видихає тепле повітря, навколо — повітря низької температури, яке містить водяну пару. Відбувається її конденсація, і можна побачити її результат — «туман».

6. Навесні повітря має вищу температуру, ніж земля; вода, випаровуючись із поверхні снігу, конденсується, стикаючись із більш теплим повітрям, й утворює «шар туману». Таким чином, снігу стає менше, коли шар конденсованої пари розсіюється.

7. Вода, налита у глиняні глечики, просочується крізь стінки назовні — там температура повітря вища, вода інтенсивно випаровується, охолоджуючи при цьому глечик і воду в ньому. Чим спекотніше назовні, тим прохолодніша вода у глечику.

Вправа № 14

1. Із зменшенням атмосферного тиску з висотою зменшується температура кипіння рідини, оскільки бульбашки з водяною парою, що утворюються всередині рідини при нагріванні, доходять до поверхні і лопаються за умови рівності тисків всередині них та назовні.

2. Значення означає, що для перетворення 1 кг води з рідкого стану на пару необхідно 2,3 ∙ 106 Дж.

3. Дано:

Розв’язання:

Аналіз фізичної проблеми. Оскільки вода має температуру, що дорівнює кипінню, то кількість теплоти, необхідну для перетворення її на пару, знаходимо за формулою: Q = Lm. Обчислимо значення:

Відповідь: 24 МДж.

4. При потраплянні пари на шкіру вона віддає тепло, конденсується за сталої температури, а потім охолоджується. При потраплянні окропу тепло віддається лише при охолодженні. Тому опік парою значно небезпечніший.

5. Дано:

Розв’язання:

Аналіз фізичної проблеми і пошук математичної моделі розв’язання. Внутрішня енергія льоду буде змінюватися внаслідок плавлення льоду, нагрівання води до температури кипіння, пароутворення.

За законом збереження енергії, зміна внутрішньої енергії льоду дорівнюватиме сумі кількостей теплоти, що потрібна для кожного з трьох процесів: Q = Q1 + Q2 + Q3. За означенням: Значення знайдемо за таблицею. Обчислимо значення шуканої величини:

6. При кипінні води в каструлі підтримується стала температура 100°С. Оскільки частина тепла, що може віддати кипляча вода, йде на нагрівання скляної колби, вода в ній не закипить, бо не нагріється до 100 °С.

7. Практичне застосування кипіння: у побуті — для приготування їжі, заварювання чаю; у техніці — для отримання пари, наприклад, на атомних електростанціях, холодильника і т. ін.

Вправа № 15

1. Порох згоряє швидше, ніж сірник, тому кількість теплоти виділяється майже миттєво.

2. Дано:

Розв’язання:

За означенням: Q = qm, де (за таблицею). Обчислимо шукане значення:

3. Дано:

Розв'язання:

За означенням: Q = qm, де (за таблицею). Звідси маємо: Обчислимо значення:

4. Дано:

Розв’язання:

Пошук математичної моделі. За означенням: Корисне тепло — те, що пішло на нагрівання води: Повне тепло — те, що витрачено при згорянні спирту Маємо: Обчислимо шукане значення ККД, взявши сВ і q з таблиць:

Відповідь: 35%.

5. Дано:

Розв’язання:

Аналіз фізичної моделі. За означенням де Qкop — кількість тепла, що витрачено на нагрівання води, Qповне — кількість тепла, що виділилося внаслідок спалювання природного газу: Q = qm2. Маємо: Обчислимо:

Корисне тепло витрачалося на:

1) нагрівання води до температури кипіння:

Масу води знайдемо за формулою:

Обчислимо її значення:

Знайдемо різницю отже, вода і нагрілася, і закипіла;

2) на пароутворення потрібно кількість теплоти

Знайдемо різницю між Q2 і остачею теплоти: Q - Q2 = 67 200 Дж - 4 600 000 Дж = -4 532 800 Дж. Отже, вода википить не вся, бо не вистачить тепла. Тобто, наприкінці процесу температура води в чайнику дорівнюватиме 100°С, а її частина википить.

6. При спалюванні мокрих дров виділяється менша кількість теплоти, оскільки значна частина йде на нагрівання і випаровування води, що в них знаходиться.

Вправа № 16

1. Дано:

Розв’язання:

За означенням: Обчислимо значення:

Відповідь: 25%.

2. Дано:

Розв’язання:

За означенням: Кількість теплоти, що виділяється під час згоряння палива: Маємо: де

Обчислимо значення шуканої величини:

3. Дано:

Розв’язання:

За означенням: звідси Кількість теплоти, що виділиться під час згоряння бензину:

За формулою m = Vρ знайдемо масу бензину. Маємо:

Обчислимо значення шуканої величини:

Відповідь: 62,48 МДж.

4. Дано:

Розв’язання:

Аналіз фізичної моделі. За означенням де Час руху знайдемо за формулою: Маємо: Звідси:

5. Перші теплові машини були описані у трактаті Герона «Пневматика» (І ст. до н.е.) — вони використовували енергію тепла для виконання роботи. Наприклад, привод дверей храму, які відчинялися під дією вогню на олтарі. Перша побудована парова машина Дені Папена з XVII ст. вважалася прототипом усіх інших, які використовувалися на виробництві.

Вправа № 17

1. Під час роботи парової турбіни при згорянні палива утворюється водяна пара, яка нагрівається і розширюється, віддаючи свою внутрішню енергію лопатям турбіни, які починають обертатися (механічна енергія).

2. За означенням: корисна робота та енергія, яка не задіяна в роботу, а витрачається марно, разом становлять 100%. Отже, 100% - 54,5% = 45,5%.

3. При стисканні газу виконується механічна робота, яка збільшує внутрішню енергію газу, отже, його температура зростає.

4. Пара, що виконала роботу, зменшила свою внутрішню енергію, а отже, і температуру, на відміну від пари, що надходить до лопатей турбіни.

5. Теплові двигуни є найпоширенішими через те, що за паливо можна використовувати досить широкий спектр речовин (рідких та твердих), а за охолоджувач — навколишнє середовище.

Вправа № 18

1. Сонячна енергія використовується в зарядних пристроях мобільної техніки (телефони, планшети); для обігріву приміщень (геліостанції); у космічних кораблях. Майже у всіх пристроях сонячна енергія перетворюється в електричну. При потраплянні сонячних променів на фотоелемент проходить електричний струм.

2. До альтернативної енергетики відносять:

• відтворювальну: енергія Сонця та вітру (геліосистеми, ветрогенератори) — найбільш ефективним є поєднання: вітро-сонячні системи;

• геотермальні джерела;

• гідроенергетичні джерела (припливні);

• отримання енергії за рахунок біопалива.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити