Методические рекомендации и сборник задач по физике для учащихся 8-х классов часть I (стр. 1 из 17)
Нижегородский физико-математический Лицей № 40
В пособии приведены методические рекомендации по обучению физики в 8-м классе для школ с углубленным изучением предмета, приведены примеры решения задач и большое количество задач для самостоятельной работы по теме «Тепловые явления», а также методические рекомендации по обработке результатов экспериментов при проведении лабораторных работ.
Авторы и издательство приносят свои извинения за неточности, ошибки, опечатки и пр., допущенные при наборе и верстке текста
Компьютерный набор: Лапин Сергей
Компьютерная верстка: Шилков Р.Н.
© Ковалев В.Ю., Шилков Р.Н.
©издательство ЛИЦЕЙ 40
Глава 1. Изменение внутренней энергии в процессах теплопередачи.
§1. Основные понятия и законы.
1. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в беспорядочном непрерывном движении. Хаотическое движение молекул тела называют тепловым движением. Каждая молекула вещества обладает кинетической и потенциальной энергией, поэтому всякое тело наряду с механической энергией направленного движения обладает внутренней энергией. Величина внутренней энергии тела складывается из кинетической энергии беспорядочного движения молекул и потенциальной энергии их взаимного взаимодействия и расположения.
Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому происходит в процессе взаимодействия тел. Возможны два способа такого взаимодействия. Первый – когда внутренняя энергия одного тела изменяется за счет изменения энергии упорядоченного движения другого тела (механической работы, электризации, перемагничивании, облучении), второй – когда изменение внутренней энергии происходит вследствие соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел.
2. Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей теплового движения молекул без совершения работы внешней средой, называется тепловым процессом или процессом теплопередачи. Мерой изменения внутренней энергии тел, происходящего при теплообмене, служит величина, называемая количеством теплоты.
3. Количество теплоты, подведенное к телу, идет, в общем случае, на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над внешней средой (закон сохранения и превращения энергии):
Количеством теплоты Q, сообщенному телу, считается при этом положительным, отданное телом – отрицательным. Работа считается положительной, если тело совершает работу над внешней средой, отрицательной, если работа совершается над телом.
4. Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии, первая – в процессе теплопередачи, вторая – в процессе превращения механической энергии в теплоту.
Единицей количества теплоты является джоуль (Дж).
5. Существуют три вида теплопередачи: конвекция, теплопроводность и излучение.
Конвекция (в газах и жидкостях) – передача тепла путем перемещения и перемешивания холодных слоев жидкого и газообразного вещества.
Теплопроводность (в газах, жидких и твердых телах) – передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой в результате теплового движения и взаимодействия молекул.
Излучение – процесс передачи теплоты на расстоянии с помощью электромагнитных волн.
6. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела на один градус, называется общей теплоемкостью C0.
7. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела массой 1 кг на 1О C, называется удельной теплоемкостью C.
8. Если суммарная кинетическая энергия молекул тела изменяется при неизменной потенциальной энергии, то изменение внутренней энергии тела массой m равно
, или 
,где
- изменение температуры тела, c – удельная, а C0 – общая теплоемкость вещества.9. Удельной теплотой сгорания топлива q называется скалярная величина, равная количеству теплоты, которое выделит топливо массой 1 кг при полном сгорании.
10. В процессе химического соединения ряда веществ перестраивается структура молекул, в результате чего резко увеличивается их кинетическая энергия. Такие процессы называют процессами горения, а участвующие в них тела – топливом и окислителем.
При полном сгорании топлива массы m внутренняя энергия теплового движения молекул возрастает на величину
,где q – удельная теплота сгорания топлива при данном окислителе.
11. Коэффициентом полезного действия (КПД) нагревателя называется скалярная величина:
,где QП – полезное количество теплоты, QЗ – количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива.
§2. Внутренняя энергия. Качественные задачи.
Задача 1. Закрытую пробирку поместили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как?
Задача 2 . В один стакан налита холодная вода, в другой – кипяток. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией?
Задача 3. Два медных бруска массами 100 и 500 г, взятых при комнатной температуре, погрузили в горячую воду на одинаковое время. Изменилась ли их внутренняя энергия? Одинаково ли изменилось значение внутренней энергии этих брусков относительно друг друга? Ответ обоснуйте.
Задача 4. В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась? Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты? Ответ обоснуйте.
Задача 5. После обработки на точильном круге зубило стало горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубила?
Задача 6 В закрытой трубке находится капля ртути. Трубку с одного конца нагрели. Объясните, за счет какой энергии совершается работа по перемещению ртути в трубке.
Задача 7. При трении головки спички о коробок спичка воспламеняется. Объясните явление.
Задача 8. 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?
Задача 9. Можно ли сказать (см. предыдущую задачу), что внутренняя энергия спичечной головки увеличилась, что ей передано некоторое количество теплоты, что она нагрелась до температуры воспламенения?
Задача 10. Почему воспламеняется горючее в капсюле патрона при ударе по ней бойком во время выстрела?
Задача 11. В пробирку наливают немного воды, затыкают пробкой и нагревают воду. Спустя некоторое время пробка вылетает. Какие превращения энергии происходят в опыте?
Задача 12. Со дна водоема всплывает пузырек воздуха. За счет чего увеличивается его потенциальная энергия?
Задача 13. Объясните, почему происходит изменение внутренней энергии: а) при сжатии и расширении воздуха; б) при нагревании воды в кастрюле; в) при сжатии и растяжении резины; г) при таянии льда.
Задача 14. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: а) трении; б) ударе; в) сжатии.
Задача 15. В одном сосуде разреженный газ. В другом таком же сосуде - сжатый. Какой газ имеет большую потенциальную энергию взаимодействия молекул и почему?
Задача 16. Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время?
Задача 17. Объясните, на каком физическом явлении основан способ добывания огня трением.
Задача 18. Почему коньки легко скользят по льду, а по стеклу, поверхность которого более гладкая, на коньках катится невозможно?
Задача 19. Почему при вбивании гвоздя его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь уже вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?
Задача 20. Какие превращения энергии происходят при торможении движущегося автомобиля?
Задача 21. Как изменяется внутренняя энергия газа в пузырьке, который поднимается со дня водоема?
Задача 22. Почему шариковые подшипники у машин нагреваются меньше, чем подшипники скольжения?