задачи по теме тепловые явления

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ Основные умения Применять основные положения молекулярно0кинетической теории для объяснения понятия внутренней энергии, изменения внутренней энергии при изменении температуры  тела, конвекции, теплопроводности (жидкости и газа), плавления тел, испарения  жидкостей, охлаждения жидкости при испарении. Читать графики изменения температуры тел при нагревании, плавлении,  парообразовании. Решать качественные задачи с использованием знаний о способах изменения  внутренней энергии и различных способах теплопередачи. Находить по таблицам значения удельной теплоемкости вещества, удельной   Qm ;  Lm . теплоты сгорания топлива, удельной теплоты плавления и парообразования.  Решать задачи с применением формул:  Qgm cm   Q t (  ; Qt 1 ); 2 Таблица 1 Удельная теплоемкость некоторых веществ, Дж/(кг ∙ °С) Золото Ртуть Свинец Олово Серебро Медь Цинк Латунь Масло подсолнечное Лед Керосин Эфир Дерево (дуб) Спирт Вода Железо Сталь Чугун Графит Стекло  лабораторное Кирпич Алюминий 130 140 140 230 250 400 400 400 1700 2100 2100 2350 2400 2500 4200 460 500 540 750 840 880 920 Таблица 2 Температура плавления некоторых веществ, °С (при нормальном атмосферном давлении) Водород Кислоро д Азот Спирт Ртуть Лед Цезий Калий ­259 ­219 ­210 ­114 ­39 0 29 63 Натрий Олово Свинец Янтарь Цинк Алюминий Серебро Золото 98 232 327 360 420 660 962 1064 Медь Чугун Сталь Железо Платина Осмий Вольфрам 1085 1200 1500 1539 1772 3045 3387 Удельная теплота плавления некоторых веществ, Дж/кг Таблица 3 (при температуре плавления и нормальном атмосферном давлении) Алюминий Лед Железо Медь Парафин Спирт Серебро 3,9 ∙ 105 3,4 ∙ 105 2,7 ∙ 105 2,1 ∙ 105 1,5 ∙ 105 1,1 ∙ 105 0,87 ∙ 105 Сталь Золото Водород Олово Свинец Кислоро д 0,84 ∙ 105 0,67 ∙ 105 0,59 ∙ 105 0,59 ∙ 105 0,25 ∙ 105 0,14 ∙ 105 0,12 ∙ 105Ртуть Таблица 4 Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива, Дж/кг Порох Дрова сухие Торф Каменный уголь Спирт Антрацит 0,38 ∙ 107 1,0 ∙ 107 1,4 ∙ 107 2,7 ∙ 107 2,7 ∙ 107 3,0 ∙ 107 Древесный уголь Природный газ Нефть Бензин Керосин Водород 3,4 ∙ 107 4,4 ∙ 107 4,4 ∙ 107 4,6 ∙ 107 4,6 ∙ 107 12 ∙ 107 Температура кипения некоторых веществ, °С Таблица 5 (при нормальном атмосферном давлении) Водород Кислоро д Молоко Эфир Спирт ­253 ­183 100 35 78 Вода Ртуть Свинец Медь Желез о 100 357 1740 2567 2750 Удельная теплота парообразования некоторых веществ, Дж/кг Таблица 6 (при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении) Вода Аммиак (жидкий) Спирт 2,3 ∙ 106 2,3 ∙ 106 2,3 ∙ 106 Эфир Ртуть Воздух (жидкий) 2,3 ∙ 106 2,3 ∙ 106 2,3 ∙ 106 1. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. 1А. В один стакан налита холодная вода, в другой – кипяток. В каком стакане вода  обладает большей внутренней энергией? 2А. Какие превращения энергии происходят при обработке напильником  металлических деталей? 3А. Как будет изменяться внутренняя энергия воды в кастрюле по мере ее нагревания? 4А. При трении головки спички о коробок спичка воспламеняется. Объясните явление. 5В. Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и  потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как? 6В. За счет какой энергии совершается работа по перемещению ртути в термометре при измерении температуры у человека? 7В. Почему при быстром скольжении по шесту или канату можно обжечь руки? 8В. В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды  увеличилась? Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты?  Ответы поясните. 9В. Два медных бруска массами 100 и 500 г, взятых при комнатной температуре,  погрузили в кипящую воду на одинаковое время. Изменилась ли их внутренняя энергия?  Если изменилась, то одинаково ли у обоих брусков? Ответ поясните. 10В. Почему при вбивании гвоздя в доску его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь  уже вбит, то достаточно нескольких ударов. Чтобы сильно нагреть шляпку?11В*. Кусок медной или алюминиевой проволоки быстро изгибайте в одном и том же  месте. Что наблюдается в месте изгиба и какие превращения энергии происходят при  этом? 12С. Спичка загорается при трении ее о коробок. Она вспыхивает и при внесении ее в  пламя свечи. В чем сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички? 13С. Почему подшипники качения (шариковые и роликовые) нагреваются меньше. Чем  подшипники скольжения? 14С. Со дна водоема всплывает пузырек воздуха. За счет чего увеличивается его  потенциальная энергия? Меняется ли при этом его внутренняя энергия? Ответ поясните. Ответы 1А. Во втором стакане вода обладает большей внутренней энергией, чем в первом. так  как вода в нем имеет более высокую температуру. 2А. Механическая энергия напильника превращается в тепловую энергию детали и  напильника. 3А. Увеличиваться. 4А. Механическая энергия превращается во внутреннюю. 5В. Увеличилась кинетическая энергия молекул воздуха. 6В. За счет количества теплоты, полученного ртутью от человека. 7В. Механическая энергия движения тела переходит во внутреннюю; так как это  превращение происходит быстро, то температура трущихся тел резко возрастает. 8В. Внутренняя энергия воды увеличилась за счет нагревания. Воде передано некоторое количество теплоты от нагревателя. 9В. Внутренняя энергия брусков увеличилась. Внутренняя энергия второго бруска  увеличилась больше, чем первого, если время погружения брусков в кипящую воду было  достаточным для нагревания обоих брусков до 100°С. 10В. при вбивании гвоздя в доску энергия молотка расходуется на преодоление  сопротивления доски, когда же гвоздь вбит, вся энергия молотка превращается во  внутреннюю энергию гвоздя и доски. 11В*В месте изгиба наблюдается нагревание проволоки. Механическая энергия  превращается в тепловую. 12С. При трении спички о коробок внутренняя энергия спички изменяется за счет  работы; при внесении спички в пламя свечи ее внутренняя энергия изменяется за счет  теплопередачи. И в том и в другом случае происходит увеличение температуры спички. 13С. Сила трения качения меньше силы трения скольжения, поэтому работа против сил  трения качения меньше. Совершается меньшая работа, следовательно, и внутренняя  энергия увеличивается в меньшей степени. 14С. За счет работы, совершенной архимедовой силой. Внутренняя энергия не  меняется. 2. Виды теплопередач. 1А. Две кружки обладают одинаковой вместимостью. Одна кружка изготовлена из  алюминия, другая из фарфора. Какая из кружек быстрее нагреется, если налить в нее  жидкость? Ответ поясните. 2А. Летом лед долго сохраняется под слоем опилок. Почему? 3А. Почему в холодной комнате, прежде всего, мерзнут ноги? 4А. Где следует размещать радиаторы для равномерного обогрева комнаты? Ответ  поясните. 5А. Почему форточки располагают в верхней части окна? 6В. Почему нагретые тела в воде охлаждаются быстрее, чем в воздухе?7В. Зачем канализационные и водопроводные трубы закапывают в землю на  значительную глубину? 8В. Почему при варке варенья предпочитают пользоваться деревянной мешалкой? 9В. Кирпич кажется на ощупь теплее, чем мрамор при той же температуре. Какой  материал обладает лучшими теплоизоляционными свойствами? 10В. Какой дом – деревянный или кирпичный – теплее, если толщина стен одинакова?  Ответ поясните. 11С. При осмотре вагонов смазчик касается рукой подшипника вагонных осей. Как он  при этом определяет, что подшипник требует дополнительной смазки? 12С. Чем большее время находится в употреблении эмалированный чайник, тем  медленнее закипает в нем вода. Почему? 13С. Половина ледяной поверхности пруда была покрыта с начала зимы толстым слоем  снега, а другая половина расчищена для катания на коньках. На какой половине толщина  слоя льда больше? Ответ поясните. 14С. В какой обуви теплее зимой: в просторной или тесной? Почему? Ответы 1А. Алюминиевая кружка быстрее нагревается до температуры налитой в нее  жидкости, так как теплопроводность алюминия больше. 2А. Из­за плохой теплопроводности опилок. 3А. В комнате самые холодные слои воздуха внизу. 4А. Внизу, под окном. Чтобы прогревать весь воздух в комнате. 5А. Самый теплый воздух вверху комнаты. Когда открывают форточку, он выходит из  комнаты, а холодный воздух через форточку с улицы поступает в комнату и опускается  вниз. Форточку помещают вверху окна, чтобы свежий воздух хорошо перемешивался в  комнате. 6В. В воде интенсивнее идет конвекция. 7В. Чтобы в них зимой не замерзала вода, так как земля хорошо проводит тепло. 8В. У дерева меньшая теплопроводность, чем у металлов. 9В. Кирпич. 10В. Деревянный, теплопроводность дерева меньше. 11С. При больших силах трения подшипник сильно разогревается, следовательно, этот  подшипник требует дополнительной смазки для уменьшения трения в нем. 12С. Накипь, образующаяся на стенках чайника, обладает плохой теплопроводностью. 13С. На расчищенной; теплопроводность льда больше, чем у снега. 14С. В просторной, так как воздух – плохой проводник тепла. 3. Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества. Удельная теплота  сгорания топлива. 1А. Какое из тел – ведро или стакан с водой потребует больше энергии для увеличения  их температуры на 1°С? 2А. Три тела (алюминиевое, латунное и свинцовое) одинаковой массы и температуры  поместили в горячую воду. Одинаковое ли количество теплоты получат они от воды?  Почему? (Таблица 1.) 3А. Какое количество теплоты потребуется для увеличения температуры воды массой  100 г на 1°С? (Таблица 1.) 4А. Какое количество теплоты потребуется для увеличения температуры стального  бруска массой 0,5 кг от 10 до 40°С? (Таблица 1.)5А. Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании природного газа  массой 1 кг. (Таблица 4.) 6А. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 5 кг?  (Таблица 4.) 7В. При обработке алюминиевой детали на станке температура ее повысилась от 20 до  420°С. На сколько при этом увеличилась внутренняя энергия детали, если масса ее 0,5 кг?  (Таблица 1.) 8В. На что больше расходуется энергии: на нагревание чугунного горшка или воды,  налитой в него, если их массы одинаковы? (Таблица 1.) 9В. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1°С, передает ей количество  теплоты, равное 2,1 кДж. Чему равна удельная теплоемкость камня? 10В. Как уменьшилась температура кипятка в питьевом баке вместимостью 27 л, если  он отдал окружающей среде количество теплоты. равное 1500 кДж? (Таблица 1.) 11В. Стальной молоток был нагрет для закалки до температуры 720°С, затем быстро  охлажден до температуры 10°С; при этом он отдал окружающей среде 298,2 кДж энергии.  Определите массу молотка. 12В. В каком случае выделится большее количество теплоты: при полном сгорании  древесного угля массой 3 кг или при полном сгорании сухих дров массой 9 кг? (Таблица 4.) 13С. Термос вместимостью 3 л заполнили кипятком. Через сутки температура воды в  нем понизилась до 77°С. Определите, на сколько изменилась внутренняя энергия воды. 14С. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы в латунной бочке массой  12 кг нагреть воду объемом 19 л от температуры 21°С до температуры кипения? 15С. Стальное сверло массой 100 г при работе нагрелось, изменив температуру от 15 до 115°С. Сколько энергии израсходовано двигателем для нагревания сверла? 16С. Как изменится температура воды массой 3 кг, если вся теплота, выделившаяся при полном сгорании спирта массой 10 г, пошла на ее нагревание? 17С. Для работы примуса в течение часа необходимо 0,3 л керосина. Как велика общая  мощность примуса? Ответы 1А. Ведро с водой. 2А. Алюминий больше. Его теплоемкость больше. 3А. 420 Дж. 4А. 6900 Дж. 5А. 4,4 ∙ 107 Дж. 6А. 2,3 ∙ 108 Дж. 7В. 1,8 ∙ 105 Дж. 8В. На нагревание воды. 9В. 420 Дж/(кг ∙ °С). 10В. На 13°С. 11В. 0,9 кг. 12В. При полном сгорании древесного угля. 13С. Уменьшилась на 2,9 ∙ 105 Дж. 14С. 6,7 ∙ 106 Дж. 15С. 4,6 кДж. 16С. Увеличится на 21°С. 17С. 3,8 кВт. 4. Температура плавления и кристаллизации. Удельная теплота плавления и  парообразования.1А. В каком агрегатном состоянии – твердом или жидком – находится при температуре 1000 °С каждый из следующих металлов: золото, серебро, медь, платина, алюминий?  (Таблица 2.) 2А. Какое из веществ, указанных в таблице 2, имеет наиболее высокую температуру  плавления? Какова температура отвердевания этого вещества? 3А. Слиток цинка массой 2,5 кг, нагретый до температуры 420 °С, переведен при этой  же температуре в жидкое состояние. Удельная теплота плавления цинка 112 кДж/кг. Какое количество энергии потребовалось для этого? 4А. Какое количество теплоты потребуется для обращения в воду льда массой 2 кг,  взятого при температуре 0 °С?  (Таблица 3.) 5А. Определите по чертежу, каким процессам соответствуют участки графика АВ и  ВС? Для какого вещества составлен данный график?   t,°С 0        В         С                                      t, мин ­10       А  6А. Почему температура воды в открытом стакане всегда бывает немного ниже  температуры воздуха в комнате? 7А Почему вода, пролитая на пол, испаряется быстрее, чем такое же количество воды в стакане? 8А. На чашки рычажных весов поставили и уравновесили стакан с холодной водой и  стакан с корячим чаем. Почему равновесие быстро нарушилось? 9А. Какое количество теплоты необходимо для превращения в пар воды массой 200 г,  взятой при температуре 100 °С? (Таблица 6.) 10В. Почему лед не сразу начинает таять, если его принести с мороза в натопленную  комнату? 11В. Почему стеклянную трубочку уровня, каким пользуются строители, наполняют не  водой, а спиртом? 12В. Какое тело массой 1 кг имеет меньшую внутреннюю энергию: вода при 0°С или  лед при 0°С? Ответ поясните. 13В. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы расплавить кусок льда  массой 5 кг, если его начальная температура ­10°С? (Таблица 3.) 14В. Какое количество теплоты выделится при отвердевании воды массой 3 кг, взятой  при температуре 20°С? Изобразите этот процесс графически. (Таблица 3.) 15В. Какое количество теплоты необходимо для плавления куска олова массой 100 г,  взятого при температуре 32°С? Изобразите этот процесс графически. (Таблица 3.) 16В. Сравните внутреннюю энергию жидкого эфира массой 1 кг при температуре 35°С  и внутреннюю энергию паров эфира массой 1 кг при той же температуре. (Таблица 6.) 17В. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар эфира массой 8 кг,  взятого при температуре 10°С? (Таблица 6.) 18В. В радиаторе парового отопления за 5 ч сконденсировалось 10 кг водяного пара при температуре 100°С, и вода вышла из радиатора при температуре 85°С. Какое количество  теплоты радиатор передавал ежеминутно окружающей среде? (Таблица 6.)19В. Водяной пар при температуре 100°С, сконденсировался в воду той же  температуры. Как изменились при этом объем, масса, вес, плотность и внутренняя энергия  вещества? 20С. Температура плавления стали 1400°С. При сгорании пороха в канале ствола  орудия температура достигает 3600°С. Почему ствол орудия не плавится при выстреле? 21С. Какое количество энергии потребуется для того, чтобы лед массой 2 кг, взятый  при температуре ­10°С, расплавить, полученную воду нагреть до кипения и 0,5 кг ее  испарить? Изобразите процесс графически. 22С. На нагревание цинка массой 210 г от температуры 20°С до температуры плавления и на превращение его в жидкое состояние израсходован бензин массой 10,5 г. Какое  количество подведенной теплоты рассеялось? 23С*. Поместите на стеклянную пластинку капли воды, одеколона, масла. Проследите,  какая капля испарится первой, какая – последней. Объясните наблюдаемое явление на  основе знаний о молекулярном строении вещества. 24С. Почему ожог паром при 100°С сильнее, чем ожог водой при 100°С? 25С. Сколько нефти надо сжечь в котельной установке с КПД, равным 60%, чтобы 4,4 т воды, поступающей из водопровода при 7°С, нагреть до 100°С и 10% всей воды превратить  при 100°С в пар? Ответы 1А. Серебро, алюминий в жидком, остальные в твердом. 2А. Вольфрам, 3387°С. 3А. 2,8 ∙ 105 Дж. 4А. 6,8 ∙ 105 Дж. 5А. Нагревание, плавление. Лед. 6А. При испарении внутренняя энергия тела понижается. 7А. С большей поверхности вода испаряется быстрее. 8А. Горячая вода испаряется быстрее. 9А. 4,6 ∙ 105 Дж. 10В. Необходимо нагреть лед до 0°С. 11В. Вода замерзает при 0°С, а спирт при ­114°С. 12В. Лед. 13В. 1,8 ∙ 106Дж. 14В. 1,3 ∙ 106Дж. 15В. 1,05 ∙ 104Дж. 16В. У жидкого меньше на 4 ∙ 105 Дж. 17В. 3,7 ∙ 106Дж. 18В. 7,8 ∙ 104Дж. 19В. Объем и внутренняя энергия уменьшились, масса и вес не изменились, плотность  увеличилась. 20С. Температура 3600°С держится очень короткое время, ствол не успевает  прогреться. 21С. 2,7 ∙ 106Дж. 22С. 420 кДж. 24С. Пар по сравнению с водой дополнительно выделяет количество теплоты, равное  теплоте парообразования. 25С. 103,4 кг.