Методические рекомендации и сборник задач по физике для учащихся 8-х классов часть I (стр. 15 из 17)

Задача 380. С высоты h свободно падает кусок металла, удельная теплоемкость которого c. На сколько поднялась его температура при ударе о землю, если считать, что k механической энергии куска металла превращается во внутреннюю энергию?

Задача 381. Два одинаковых стальных шарика упали с одной и той же высоты. Первый упал в вязкий грунт, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. Который из шариков больше нагрелся?

Задача 382. Свинцовая пуля, летящая со скоростью 200 м/с, попадает в земляной вал. На сколько повысилась температура пули, если 78 % кинетической энергии пули превратилось во внутреннюю энергию?

Задача 383. Стальной осколок, падая с высоты 500 м, имел у поверхности земли скорость 50 м/с. На сколько повысилась температура осколка, если считать, что вся работа сопротивления воздуха пошла на его нагревание?

Задача 384. При сверлении пушечного ствола, которое производили с помощью лошадей, Румфорд успел вскипятить в котле, поставленном на ствол, воду объемом 10 л. Минимальная температура воды была

, за 6 мин вода массой 200 г обратилась в пар. Какая развилась мощность при сверлении, если 80 % всей выделенной теплоты пошло на нагревание воды и обращение ее в пар?

Задача 385. С какой высоты должен упасть молот массой 1000 кг на медную болванку массой 25 г, чтобы она полностью расплавилась? Считать, что болванке передается 50 % выделившейся теплоты. Начальная температура болванки

.

Задача 386. Грузовой автомобиль массой 6,27 т, движущийся со скоростью 57,6 км/ч, остановлен тормозом. Какое количество теплоты выделилось при торможении? (СИ).

Задача 387. Паровой молот массой 8,54 т кует железную болванку, масса которой 300 кг. Скорость молота при ударе 4 м/с. На сколько градусов нагреется болванка от одного удара молота, если удар практически неупругий и вся теплота, выделившаяся при ударе, поглотится болванкой? Принять ускорение свободного падения 10 м/с². Применить внесистемные единицы и выразить результат в системе СИ.

Задача 388. На сколько градусов нагреется железная болванка массой 10 кг от удара молотом массой 427 кг, падающего с высоты 1,36 м, если болванка поглощает 80 % количества теплоты, выделяющейся при ударе? (СИ.)

§4. Тепловые двигатели. Качественные задачи.

Задача 389. Объясните причину вращения колеса. Какие преобразования происходят при этом?

Задача 390. Относится ли ружье к тепловому двигателю?

Задача 391. Каково назначение и действие вентилятора, находящегося у радиатора трактора?

Задача 392. Почему для охлаждения цилиндров мотоциклов используется воздушное охлаждение, а не водяное?

Задача 393. Выполняя задание, ученик записал: «Двигатель внутреннего сгорания используется в мотосанях, бензопилах, вертолете». Дополните эту запись другими примерами.

Задача 394. Почему двигатели внутреннего сгорания не используются в подводной лодке при погруженном в воду режиме плавания?

Задача 395. Рассмотрите изображенный в разрезе четырехтактный автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Найдите рабочие цилиндры, поршни, коленчатый вал, рукоятку. В каком направлении – вверх или вниз – начнут перемещаться поршни в каждом цилиндре при повороте рукоятки?

Задача 396. Найдите на рисунке маховое колесо и объясните его значение для работы двигателя.

Задача 397. Сколько вспышек рабочей смеси происходит за 1 с в каждом цилиндре четырехтактного двигателя, вал которого совершает 3000 оборотов в минуту?

Задача 398. Определите число ходов, совершаемых всеми поршнями четырехтактного двигателя, имеющего 8 рабочих цилиндров, за время одного оборота коленчатого вала.

Задача 399. Сколько рабочих ходов происходит в 4-цилиндровом двигателе внутреннего сгорания за время одного оборота коленчатого вала?

Задача 400. В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания на каждые 100 оборотов вала приходится 300 рабочих ходов поршней в цилиндрах. Сколько рабочих цилиндров имеет этот двигатель?

Задача 401. Рабочий ход в цилиндрах двигателя совершается в следующем порядке: в 1-м цилиндре, во 2-м, затем в 4-м, и, наконец, в 3-м. Определите, какой такт начался во 2-м, 3-м и 4-м цилиндрах, считая слева, в тот момент, когда в 1-м цилиндре начался рабочий ход.

Задача 402. В каком случае газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его?

Задача 403. В каком случае газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: к концу такта всасывания или к концу такта сжатия?

Задача 404. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?

Задача 405. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины?

Задача 406 Зачем в цилиндре двигателя внутреннего сгорания жидкое топливо подается в распыленном состоянии?

Задача 407. Во время каких тактов закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания?

Задача 408. Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД? на окружающую среду?

Задача 409. В одну из мощных паровых турбин пар поступает при температуре 480

, в другую 550 . Какая турбина имеет больший КПД, если отработанный пар имеет одинаковую температуру?

Задача 410. В одной из паровых турбин для совершения полезной работы используется 0,2 всей выделяющейся при сгорании топлива, в другой – 0,25. КПД какой турбины больше? Ответ обоснуйте.

Задача 411. Можно ли, израсходовав внутреннюю энергию тела, равную 1 Дж, совершить механическую работу в 1 Дж?

§5. Тепловые двигатели. Расчетные задачи.

Пример 1. Автомобиль прошел путь 121,5 км со скоростью 42 км/ч и истратил при этом 24,3 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля во время движения, если коэффициент полезного действия двигателя 25 %?

Решение. При работе двигателя автомобиля за счет сгорания бензина выделяется количество теплоты, часть которой (25 %) расходуется на выполнение механической работы по перемещению автомобиля. Значит, можно записать

.

Однако работа

, где N – мощность двигателя, t – время движения автомобиля.

Приравняв правые части уравнений, получим:

, откуда .

Учитывая, что

, получим окончательную формулу для определения мощности:

.

Пример 2. На сколько километров хватит автомобилю 40 л бензина, если сопротивление движению составляет 18 кН, а КПД двигателя 18 %. Движение считать равномерным.

Дано: F = 18 кН, V = 0,04 м³,

= 0,18, q = Дж/кг, = 700 кг/м³

Найти: S

Анализ:

Работа совершается двигателем

, где F₁ – сила тяги двигателя.

Т.к. автомобиль движется равномерно, то F₁ = F. Отсюда пройденный путь

.

Работу A двигатель совершает, используя часть всей энергии Q, полученной при сжигании топлива

откуда

Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, равна

, где .

Отсюда

.

Полученное нами выражение для A подставляем в формулу для S:

Вычисления:

км

Ответ: бензина хватит на 130 км.

Задачи для самостоятельного решения.

Задача 412. Какая механическая работа (в кДж) совершается при расширении газа в цилиндре с поршнем, если площадь поршня 240 см², ход поршня 25 см, а среднее давление газа 490 кН/м²?

Задача 413. Вычислите работу расширения пара в цилиндре, производимую за каждую минуту, если среднее давление 980 000 Н/м², ход поршня 0,52 м, площадь поршня 18 дм² и поршень делает за секунду два хода.

Задача 414. Определите среднее давление воздуха в цилиндре компрессора, площадь поршня в котором 0,025 м², ход поршня 48 см, а мощность, развиваемая при 110 ходах в минуту, равна 35 л.с.

Задача 415. Определите КПД двигателя трактора, которому для совершения работы

потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания .