Фізика 8 клас збірник задач - 2016

РОЗДІЛ 1. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

5. ПИТОМА ТЕПЛОЄМНІСТЬ. РІВНЯННЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ

1 -й рівень складності

5.1. У дві посудини (див. рисунок) налили воду до одного рівня. Потім воду нагріли на 1 °С. Вода в якій посудині отримала більшу кількість теплоти?

5.2. Питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/(кг ∙ °С). Який фізичний зміст цієї величини?

5.3. Питома теплоємність міді дорівнює 400 Дж/(кг ∙ °С).Який фізичний зміст цієї величини?

5.4. Мідну, сталеву та алюмінієву деталі однакової маси охолодили на 1°С. Яка з деталей віддала найбільшу кількість теплоти? найменшу?

5.5. В однакові посудини з однаковими кількостями води кімнатної температури кладуть кульки однакової маси із заліза та свинцю, які попередньо тривалий час перебували в окропі. У посудині з якою кулькою кінцева температура буде більш високою?

5.6. Яка кількість теплоти потрібна, щоб нагріти 1 кг заліза на 2 °С?

5.7. Яка кількість теплоти потрібна, щоб нагріти 2 кг алюмінію на 1°С?

5.8. Мідна ручка дверей масою 0,5 кг нагрілася на сонці на 40 °С. Яку кількість теплоти вона отримала?

5.9. Визначте питому теплоємність речовини, якщо для нагрівання 3 кг цієї речовини на 10 °С необхідна кількість теплоти 63 кДж.

5.10. Яку масу води можна нагріти від 30 до 90 °С, передавши їй кількість теплоти 126 кДж?

5.11. Визначте масу алюмінію, що нагрівається на 40 °С, отримавши кількість теплоти 27,6 кДж.

5.12. На скільки градусів нагрівається сталева деталь масою 30 кг, отримавши кількість теплоти 18 кДж?

5.13. На скільки градусів має охолонути залізний брусок масою 25 кг, щоб передати навколишньому середовищу кількість теплоти 1,38 МДж?

2-й рівень складності

Приклади розв’язування задач

Задача. Мідний чайник масою 500 г містить 0,5 л води за температури 10 °С. Чайнику було надано кількість теплоти 23 кДж. До якої температури нагрілася вода?

* Тут і надалі теплообмін із навколишнім середовищем та теплоємність калориметра не враховуйте, якщо інше не зазначено в умові задачі.

Задача. Скільки гарячої води з температурою 60 °С потрібно додати до 120 л холодної води з температурою 20 °С, щоб підготувати ванну з температурою води 36 °С?

Розв’язання

Під час змішування гарячої води з холодною відбувається теплообмін, доки температура всієї води не стане t.

Кількість теплоти, яку віддала гаряча вода, = cm1 (t2 - t). Холодна вода отримала кількість теплоти Q2 = сm2 (t - t2).

Згідно з рівнянням теплового балансу Q1 = Q2. Підставивши m1 = pV1 і m2 = pV2 (тут р — густина води), дістанемо після скорочень V1 = V2

Перевіримо одиниці: [V1] = л ∙

Визначимо значення шуканої величини:

V1 = 120 ∙ = 80 (л).

Відповідь: V1 = 80 л.

5.14. Чому саме воду дуже зручно застосовувати як теплоносій у системах опалення та охолодження?

5.15. Чому вода в озері нагрівається влітку вранці повільніше, ніж пісок на пляжі?

5.16. Де більш м’який клімат: у Харковi чи у французькому порту Гавр? Обидва міста розташовані приблизно на одній широті.

5.17. У сталевий кухоль масою 300 г налили 300 г води й поставили на плиту. На що піде більша кількість теплоти: на нагрівання кухля чи води?

5.18. На рисунку зображено графіки залежності температури від отриманої кількості теплоти для двох металевих брусків однакової маси. У якого з металів питома теплоємність більша? Відповідь поясніть.

5.19. Яка кількість теплоти потрібна, щоб нагріти на 35 °С свинцевий брусок масою 35 кг?

5.20. Яку кількість теплоти віддасть дерев’яна лава масою 15 кг, нагріта вдень сонячними променями, якщо вночі охолоне на 15 °С?

5.21. Яка кількість теплоти потрібна, щоб підвищити температуру мідного бруска масою 5 кг від 20 до 60 °С?

5.22. Мідну заклепку масою 50 г нагрівають від 20 до 370 °С. Яка кількість теплоти для цього потрібна?

5.23. Сталева деталь масок? 5,5 кг охолонула від 257 до 57 °С. Яку кількість теплоти віддала деталь?

5.24. Улітку на дачній ділянці батько з сином збудували басейн завдовжки 4 м, завширшки 2 м і завглибшки 1,5 м. Зранку батько наповнив його колодязною водою, температура якої 14 °С. Яку кількість теплоти отримала вода в басейні від гарячого повітря й сонячного проміння, якщо ввечері температура води була вже 18 °С?

5.25. Металевий циліндр масою 250 г нагрівся від 25 до 225 °С, отримавши кількість теплоти 46 кДж. З якого металу може бути виготовлений цей циліндр?

5.26. Коли куля масою 2 кг отримала кількість теплоти 6,9 кДж, її температура збільшилася від 30 до 45 °С. Визначте питому теплоємність матеріалу кулі. З чого вона може бути виготовлена?

5.27. Для нагрівання тіла масою 32 кг на 21 °С витрачено таку саму кількість теплоти, як і для нагрівання 8,8 кг води на 16°С. Визначте питому теплоємність матеріалу тіла. З чого воно може бути виготовлено?

5.28. На скільки градусів підніметься температура сталевої деталі масою 8,4 кг, якщо їй передати таку саму кількість теплоти, що потрібна для нагрівання 500 г води на 15 °С?

5.29. Площа кімнати становить 22 м2, висота цієї кімнати — 3 м. Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання повітря в кімнаті від 16 до 22 °С? Питома теплоємність повітря дорівнює 1 кДж/(кг °С).

5.30. В алюмінієвій каструлі масою 500 г підігрівають 3,5 л води від 20 °С до кипіння за температури 100 °С. Яка кількість теплоти для цього потрібна?

5.31. У сталевій ванні масою 40 кг, що містить 200 л мастила за температури 17 °С, нагрівають мідні деталі масою 85 кг. Яку кількість теплоти потрібно витратити, щоб довести температуру ванни до 167 °С?

5.32. У калориметрі, який містить 1 л води, обертаються, лопаті гвинта за рахунок енергії двох важків, що опускаються, масою по 8,4 кг (див. рисунок). Це спричиняє нагрівання води. На скільки градусів нагрілася вода, коли кожний важок опустився на 10 м?

5.33. Двигун потужністю 25 Вт протягом 7 хв примушує обертатися лопаті гвинта всередині заповненого водою калориметра. Унаслідок цього вода нагрілася на 1°С. Визначте масу води в калориметрі.

5.34. З висоти 14 м на пісок падає свинцева куля. На скільки градусів вона нагріється, якщо 50% потенціальної енергії кулі перейде в її внутрішню енергію?

5.35. На скільки градусів нагрівається вода, що падає у водоспаді з висоти 70 м? Уважайте, що 60% механічної енергії води переходить в її внутрішню енергію.

5.36. Щоб отримати у ванні 100 л води з температурою 35 °С, до ванни додали 6 л окропу. Визначте початкову температуру води у ванні.

5.37. Посудина містить 4 л води за температури 12 °С. Скільки окропу потрібно долити, щоб отримати воду з температурою 50 °С?

5.38. Скільки холодної води за температури 8 °С потрібно додати до 80 л гарячої води за температури 90 °С, щоб приготувати ванну з температурою води 30 °С?

5.39. У сталевий чайник масою 500 г, температура якого дорівнює 24 °С, налили 500 г гарячої води з температурою 90°С. Яка температура встановилася в чайнику?

5.40. Щоб охолодити розжарену до 100 °С чавунну сковорідку масою 2 кг, у неї наливають 0,5 л води з температурою 12 °С. До якої температури охолоне сковорідка?

5.41. У мідний калориметр масою 50 г, що містить 200 г води за температури 11,5°С, опустили металевий циліндр масою 100 г, який до цього перебував в окропі. Теплова рівновага в калориметрі встановилася за температури 14 °С. З якого металу може бути виготовлений циліндр?

3-й рівень складності

5.42. Чому неможливо довести воду в повному чайнику до кипіння, підігріваючи її за допомогою свічки?

5.43. Які зміни відбулися б на Землі, якби питома теплоємність води раптом зменшилась у 10 разів?

5.44. На плиту поставили алюмінієву каструлю з водою. Маси каструлі та води однакові. Який із графіків (див. рисунок) залежності отриманої кількості теплоти Q від часу t відповідає каструлі, а який — воді?

5.45. Вода в посудині, мідний та сталевий бруски мають однакові маси. Ці три тіла щосекунди отримують від нагрівників однакову кількість теплоти. Який графік (див. рисунок) відповідає воді, а який — міді? Обґрунтуйте свою відповідь.

До задачі 5.44

До задачі 5.45

5.46. Сталеве зубило будівельного перфоратора нагрілося на 180 °С за 15 хв роботи інструмента. Уважаючи, що 30 % енергії ударів перфоратора пішло на нагрівання зубила, знайдіть потужність перфоратора та виконану ним роботу. Маса зубила становить 3 кг.

5.47. Під час свердління отвору в сталевій деталі двигун електродриля виконав роботу 90 кДж. На скільки градусів нагрілося сталеве свердло масою 100 г, якщо на його нагрівання пішло 2,5% енергії, витраченої двигуном?

5.48. Санчата з хлопчиком загальною масою 60 кг на швидкості 5 м/с виїхали на ділянку асфальту й зупинилися. На скільки градусів нагрілися сталеві полози санчат за рахунок тертя, якщо 20% механічної енергії перейшло у внутрішню енергію полозів? Маса кожного полоза становить 1 кг.

5.49. Свинцева куля, що пробиває дошку, зменшує свою швидкість від 300 до 200 м/с. На скільки збільшується температура кулі, якщо 28 % утраченої механічної енергії переходить у її внутрішню енергію?

5.50. Свинцева та олов’яна кулі впали з однакової висоти. У кожної з них на нагрівання пішла половина втраченої механічної енергії. Яка з куль нагрілася сильніше, якщо обидві вони мали однакову початкову температуру?

5.51. У каструлю наливають вісім повних склянок холодної води за температури 10 °С і п’ять повних склянок гарячої води за температури 80°С. Яка температура встановиться в каструлі? Теплоємність каструлі не враховуйте.

5.52. Скільки потрібно холодної й гарячої води, щоб приготувати ванну на 200 л із температурою води 28 °С? Температури води до змішування відповідно становили 10 і 85°С.

5.53. До ванни, де було 100 л холодної води за температури 9 °С, додали 60 л гарячої води за температури 81 °С. Після встановлення теплової рівноваги температура води у ванні дорівнювала 35 °С. Чи були втрати енергії через теплообмін із навколишнім середовищем?

5.54. Учень обчислив, скільки потрібно гарячої води за температури 80 °С, щоб нагріти 100 г холодної води від 8 до 20°С. Яку поправку необхідно внести в обчислення, щоб урахувати теплоємність калориметра, у якому міститься холодна вода? Теплоємність* калориметра становить 50 Дж/°С.

5.55. Один кубічний метр води остигає на 2 °С. Який об’єм повітря можна нагріти на 8 °С за рахунок енергії, що виділилася? Питома теплоємність повітря дорівнює 1 кДж/(кг ∙ °С).

* Теплоємність С тіла показує, яка кількість теплоти необхідна для нагрівання тіла на 1 градус. Під час нагрівання тіла Q = с∆t.

5.56. Мідну, сталеву та алюмінієву деталі однакового об’єму нагріли на 1 °С. Яка з деталей отримала найбільшу кількість теплоти? найменшу?

5.57. Об’єми алюмінієвої та свинцевої деталей однакові. У скільки разів відрізняються кількості теплоти, що необхідні для нагрівання цих деталей на 5 °С?

5.58. На скільки градусів піднялася б за добу температура людського тіла, якби все виділене людиною тепло витрачалося на збільшення внутрішньої енергії її тіла? Для розрахунку візьміть питому теплоємність тканин людського тіла рівною питомій теплоємності води. Уважайте, що внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем людина масою 70 кг щосекунди віддає кількість теплоти 40 Дж.

5.59. Туристи, щоб обігріти намет, кладуть у нього 3 цеглини розміром 25x12x8 см, нагрітих у багатті до 90 °С. Коли цеглини охолонули до 30 °С, температура повітря в наметі підвищилася на 8 °С. Яка частина відданої цеглинами енергії пішла на нагрівання повітря в наметі, якщо об’єм намету становить 3 м3?

Задачі для допитливих

5.60. Чи може дощова краплина нагрітися до кипіння, ударившись об землю?

5.61. Дві однакові свинцеві кулі, які рухалися зі швидкостями 41 м/с назустріч одна одній, зіштовхнулися та зліпилися. На скільки градусів вони нагрілися внаслідок зіткнення?

5.62. Горизонтальною ділянкою дороги тягнуть із постійною швидкістю 1м/с сталевий брусок, прикладаючи до нього силу в напрямі руху. На скільки градусів нагріється брусок протягом 10 хв? Коефіцієнт тертя між дорогою та бруском дорівнює 0,6. Уважайте, що 50% витраченої механічної енергії передається навколишньому середовищу.

5.63. У калориметр, що містить воду за температури 20 °С, опускають нагріту в окропі кульку. Температура води піднімається на 2 °С. На скільки ще підніметься температура води в калориметрі, якщо додати ще дві такі самі кульки, нагріті в окропі? Перша кулька залишається в калориметрі.

ТЕСТ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Щоб нагріти речовину масою 2 кг на 5 °С, потрібна кількість теплоти 4 кДж. Питома теплоємність цієї речовини дорівнює:

2. Щоб нагріти 2 кг води на 2 °С, потрібна кількість теплоти:

А 1,05 кДж В 4,2 кДж

Б 2,1 кДж Г 16,8 кДж

3. Воді масою 500 г, що мала температуру 20 °С, передали кількість теплоти 42 кДж. Кінцева температура води дорівнює:

А 30°С В 60°С

Б 40°С Г 80 °С

4. Рівняння теплового балансу пов’язане зі збереженням:

А маси речовини В кількості молекул

Б енергії Г сили взаємодії тіл

5. У калориметр перелили 200 г води за температури 30 °С і 300 г води за температури 20 °С. Після встановлення теплової рівноваги температура води в калориметрі дорівнюватиме:

А 24 °С В 26 °С

Б 25 °С Г 28 °С

6. Калориметр містив 400 г води з температурою 18 °С. Коли у воду занурили металеву деталь масою 600 г за температури 60 °С, у калориметрі встановилася температура 20 °С. Питома теплоємність металу, з якого виготовлена деталь, дорівнює:





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