Методические рекомендации и сборник задач по физике для учащихся 8-х классов часть I (стр. 13 из 17)
Задача 326. Сосуд с водой нагревают на электроплитке от 20
до кипения за 20 мин. Сколько нужно времени, чтобы при тех же КПД и режиме работы плитки 20% воды обратилось в пар?Задача 327. КПД холодильника, работающего на аммиачном газе, 75%. Сколько аммиака испарилось в трубах холодильника при охлаждении 0,86 кг воды от 20 до 0
? Изменение внутренней энергии тел в процессе совершения работы. Тепловые двигатели.
§ 1. Основные понятия и законы.
1. Одно или несколько тел, выделенных нами из всей общей совокупности тел для решения данной задачи, называется системой тел.
2. Система тел называется замкнутой, если на данную систему не действуют никакие другие тела или поля.
3. Система тел называется незамкнутой, если действием внешних тел на данную систему пренебречь нельзя.
4. Воздействие внешних тел на незамкнутую систему может быть двух видов:
· в виде работы A, которую совершают внешние тела над телами системы.
· в виде количества теплоты Q, которое внешние тела передают телам системы в процессе теплообмена.
5. Полная энергия системы тел равна сумме механической и внутренней энергии системы.
EО = EМ + U
U – внутренняя энергия системы.
Eм – механическая энергия системы. Она складывается из кинетической и потенциальной энергии.
EМ = EК + EП
6. Кинетическая энергия материальной точки есть часть механической энергии, которая зависит от скорости ее движения в данной инерциальной системе отсчета. Кинетическая энергия материальной точки массы m, движущейся в данной инерциальной системе отсчета со скоростью V равна
EК =
Кинетическая энергия системы складывается из кинетических энергий всех материальных точек, входящих в систему.
7. Потенциальной энергией называется часть механической энергии, которая обусловлена взаимодействием между телами. В частности, материальная точка массы m, поднятая на высоту h обладает потенциальной энергией
EП = mgh
Выбор нулевого уровня потенциальной энергии h = 0 может быть произвольным (в определенных пределах) и зависит от удобства решения конкретной задачи. Поэтому потенциальная энергия может быть положительной, отрицательной или равной нулю.
8. Полная энергия незамкнутой системы тел в результате внешнего воздействия меняется
∆EО = A + Q
где ∆EО = EО2 − EО1 - изменение полной энергии системы.
A – работа над системой
Q – количество теплоты, полученное или отданное системой.
9. Если система замкнута, то Q = 0 и A = 0.
Следовательно ∆EО = 0
∆EМ + ∆U = 0
∆U = - ∆EМ
Изменения внутренней энергии замкнутой системы равно изменению ее механической энергии, взятого с противоположным знаком.
10. Тепловым двигателем называется устройство, которое превращает внутреннюю энергию топлива в работу. Энергия, которая выделяется при сгорании топлива или при ядерных реакциях передается путем теплообмена какому-либо газу или жидкости. При расширении их совершается работа и приводится в движение какой-нибудь механизм.
11. Коэффициентом полезного действия (К.П.Д.) теплового двигателя называется отношение работы A, совершенной рабочим телом, к количеству теплоты QН, сообщенному рабочему телу нагревателем.
§ 2. Теплота и работа. Качественные задачи.
Задача 328. Тетерев зимой, отправляясь ко сну, камнем падает с дерева и застревает в снегу. Что произошло с потенциальной энергией птицы?
Задача 329. В одном из двух полых стеклянных шаров создан вакуум, а в другом имеется воздух. Как, не используя никакие измерительные приборы, определить, в каком из шаров воздух?
Задача 330. Известно, что температура выхлопных газов мотоцикла на выходе из глушителя в несколько раз ниже температуры, достигаемой в цилиндре двигателя. Почему?
Задача 331. В один сосуд налита кипяченая вода, в другой – сырая. Как определить, в котором сосуде кипяченая вода?
Задача 332. В двух одинаковых узких трубках, запаянных с обоих концов, имеется капелька ртути. В одной из трубок воздух отсутствует. Трубки лежат на горизонтальной поверхности, и капельки ртути в них расположены посредине. Как, не прикасаясь к трубкам, определить, в какой из них нет воздуха?
Задача 333. Со дна водоема поднимается пузырек газа. Совершает ли газ работу?
Задача 334. Известно, что для кипения жидкости необходимо все время сообщать определенное количество теплоты. Объясните, откуда берется энергия, поддерживающая кипение воды в кофейнике в течение нескольких секунд после снятия кофейника с кипящей водой с плиты.
Задача 335. Изменится ли потенциальная энергия медного шара, лежащего на горизонтально расположенной поверхности стола, если повысить его температуру?
Задача 336. Зажженную свечу боковой поверхностью прикрепляют к кирпичной стене. Куда будет стекать стеарин – к стене или со стороны, противолежащей стене? Ответ обоснуйте.
Задача 337. Мальчик заметил, что вода в стакане с опущенным в него электрокипятильником закипает быстрее, будучи поставленной не над батареей, а на подоконник, хотя над ней воздух теплее, чем над подоконником. Чем такое явление может быть вызвано?
Задача 338. Как может резать металл фрикционная пила, представляющая собой стальной диск без зубьев?
Задача 339. Почему, помешивая ложечкой горячий чай, мы вызываем его охлаждение? (В опыте Джоуля аналогичное действие приводит к нагреванию жидкости.)
Задача 340. Мука из-под жерновов выходит горячей. Хлеб из печи также вынимают горячим. Чем вызывается в каждом из этих случаев увеличение внутренней энергии тела (муки, хлеба)?
Задача 341. Почему слой воздуха, прилегающего к корпусу летящего в атмосфере Земли космического корабля, сильно разогревается? Почему большая часть метеоров не достигает Земли?
Задача 342. Известно, что удельная теплоемкость газа при постоянном давлении (
) значительно отличается от удельной теплоемкости того же газа при постоянном объеме ( 
). Какая из этих теплоемкостей больше? Почему?§ 3. Теплота и работа. Расчетные задачи.
Пример решения задачи.
Свинцовая пуля, летящая со скоростью V1 = 400 м/сек, пробивает доску, вследствие чего ее скорость уменьшается до V2 = 100 м/сек. Температура пули в момент удара
= 
C. Какая часть массы пули расплавится, если считать, что на нагрев пули расходуется 60% энергии?Решение. При пробивании доски уменьшается скорость пули и, значит, уменьшается ее кинетическая энергия на величину
Эта кинетическая энергия затрачивается на нагревание пули массой m до температуры плавления свинца
и на плавление части пули массой 
(расплавленный свинец вылетает вместе с пулей). Следовательно, можно записать
где
- удельная теплота плавления.Разделив обе части равенства на m, получим
.Задачи для самостоятельного решения.
Задача 343. На какую высоту можно было бы поднять гирю массой 1 кг за счет энергии, которую 240 мл воды отдают при охлаждении от 100 до
C?Задача 344. Свинцовая пуля, летящая со скоростью 200 м/сек, ударяется о препятствие и останавливается. На сколько градусов повысилась температура пули при условии, что нагревается только пуля?
Задача 345. ИСЗ массой 1 т возвращается на Землю сквозь плотные слои атмосферы с высоты 30 км и нагревается. На сколько увеличится внутренняя энергия корпуса спутника в результате торможения?
Задача 346. Вода падает с высоты 1000 м. На сколько повысится температура воды, если на ее нагревание затрачивается 60 % работы силы тяжести?
Задача 347. С какой высоты должен упасть кусок олова, чтобы при ударе о землю он нагрелся до
? До температуры плавления? Считать, что на нагревание олова идет 40 % работы силы тяжести, а начальная температура равна 
.Задача 348. Два шарика равной массы, медный и алюминиевый, сброшены с высоты 1000 м. Который из них нагреется больше и насколько? Потери тепла не учитывать.