Решение задач ЕГЭ части С: Реальные жидкости и газы, твердые тела

1 С1.1. В опыте, иллюстрирующем зависимость температуры кипения от давления воздуха (рис. 1 а), кипение воды под колоколом воздушного насоса происходит уже при комнатной температуре, если давление достаточно мало. Используя график зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. 1 б), укажите, какое давление воздуха нужно создать под колоколом насоса, чтобы вода закипела при 40 С. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. С1.2. Широкую стеклянную трубку длиной около полуметра, запаянную с одного конца, целиком заполнили водой и установили вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой (см. рисунок). При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, используя физические закономерности. С1.3. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. С1.4. В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t 0 долгое время находится только вода и еѐ пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pv-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объѐм V под поршнем изотермически увеличивают от V o до 6V 0. Постройте график зависимости давления р в цилиндре от объѐма V на отрезке от V o до 6V 0. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались. С1.5. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, 1

2 указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. С1.6. В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t 0 долгое время находится только вода и еѐ пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pv-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объѐм V под поршнем изотермически увеличивают от V 0 до 6V 0. Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объѐма V на отрезке от V 0 до 6V 0. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались. С1.7. В герметичную банку, сделанную из очень тонкой жести и снабженную наверху завинчивающейся крышкой, налили немного воды (заполнив малую часть банки) при комнатной температуре и поставили на газовую плиту, на огонь, не закрывая крышку. Через некоторое время, когда почти вся вода выкипела, банку сняли с огня, сразу лее плотно завинтили крышку и облили банку холодной водой. Опишите физические явления, которые происходили на различных этапах этого опыта, а также предскажите и объясните его результат. С1.8. В сосуде под поршнем находится воздух при влажности 100% и немного воды. Поршень медленно поднимают, увеличивая занимаемый воздухом объем и поддерживая его температуру постоянной. Опираясь на свои знания по молекулярной физике, объясните, как с течением времени будет изменяться влажность воздуха в сосуде. С1.9. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 С на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 25 С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. При понижении температуры воздуха в комнате конденсация паров воды из воздуха начинается при той же температуре стакана 25 С. Изменилась ли относительная влажность воздуха? С1.10. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 25 С на стежке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если понизить температуру стакана до 14 С. Какова относительная влажность воздуха? Почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры? Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. 2

3 С1.11. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в бане 60 С на стенке стакана с водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 29 С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. При повышении температуры воздуха в комнате конденсация паров воды из воздуха начинается при той же температуре стакана 29 С. Изменилась ли относительная влажность воздуха? С1.12. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 С на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если понизить температуру стакана до 7 С. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. При повышении температуры воздуха в комнате конденсация паров воды из воздуха начинается при той же температуре стакана 7 С. Изменилась ли относительная влажность воздуха? С1.13. В эксперименте установлено, что при: температуре воздуха в комнате 21 С температуру стакана до 7 С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. При понижении температуры воздуха в комнате конденсация паров воды из воздуха начинается при той же температуре стакана 7 С. Изменилась ли относительная влажность воздуха? 3

4 С1.14. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 С температуру стакана до 27 С. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. С1.15. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 С температуру стакана до 27 С. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. С1.16. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 25 С температуру стакана до 14 С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Изменится ли относительная влажность при повышении температуры воздуха в комнате, если конденсация паров воды из воздуха будет начинается при той же температуре стакана 14 С? 4

5 С1.17. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 С температуру стакана до 12 С. По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. С1.18. В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 19 С температуру стакана до 9 С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды из воздуха может начинаться при различных значениях температуры воздуха. С1.19. Медный стержень укреплен на штативе в горизонтальном положении. К нижней поверхности стержня на равных расстояниях друг от друга приклеены маленькими кусочками воска тяжелые стальные шарики. Один конец стержня начинают нагревать пламенем газовой горелки. 1) Опишите, что будет происходить с шариками, и объясните это явление. 2) Что изменится, если нагревать конец медного стержня не одной, а сразу двумя такими же горелками? 3) Что изменится по сравнению с первым опытом, если заменить медный стержень на стальной и нагревать его конец одной такой же горелкой? Во всех трех опытах начальные температуры стержней одинаковы. 5

6 С1.20. В ясный летний день наиболее жарко бывает не в полдень, а несколько позднее. Почему? С1.21. Закрытая банка с небольшим количеством воды снабжена тонкой горизонтальной трубкой для выхода пара. Банка помещена на тележку, которая катается с малым трением по горизонтальным рельсам. Под неподвижной вначале тележкой стоит газовая горелка, которая может нагревать банку (см. рисунок). Опишите процессы превращения энергии, которые будут происходить в данной системе после зажигания горелки под банкой, а также причины и характер движения банки. С3.1. В сосуде лежит кусок льда. Температура льда t 1 = 0 С. Если сообщить ему количество теплоты Q, то весь лѐд растает и образовавшаяся вода нагреется до температуры t 2 = 20 С. Какая доля льда k растает, если сообщить ему количество теплоты q = Q/2? Тепловыми потерями на нагрев сосуда пренебречь. С3.2. Необходимо расплавить лѐд массой 0,2 кг, имеющий температуру 0 С. Выполнима ли эта задача, если потребляемая мощность нагревательного элемента 400 Вт, тепловые потери составляют 30%, а время работы нагревателя не должно превышать 5 минут? С3.3. В сосуде лежит кусок льда. Температура льда t 1 = 0 С. Если сообщить ему количество теплоты Q, то весь лѐд растает и образовавшаяся вода нагреется до температуры t 2 = 20? Тепловыми по- С. Какая доля льда k растает, если сообщить ему количество теплоты терями на нагрев сосуда пренебречь. С3.4. В калориметре находился 1 кг льда. Чему равна первоначальная температура льда, если после добавления в калориметр 15 г воды, имеющей температуру 20 С, в калориметре установилось тепловое равновесие при 2 С? Теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью калориметра пренебречь. Ответ: С3.5. В калориметре находился лед при температуре t 1 = -5 С. Какой была масса m 1 льда, если после добавления в калориметр т 2 = 4 кг воды, имеющей температуру t 2 = 20 С, и установления теплового равновесия температура содержимого калориметра оказалась равной t = 0 С, причем в калориметре была только вода? С3.6. В калориметре находился m 1 = 1 кг льда при температуре t 1 = 5 С. После добавления в калориметр т 2 = 25 г воды в нем установилось тепловое равновесие при температуре t = 0 С. Какова температура t 2 добавленной в калориметр воды, если в калориметре оказался в итоге только лѐд? Теплоѐмкостью калориметра пренебречь. С3.7. В калориметре нагревается 200 г вещества. В начальный момент времени вещество находилось в твердом состоянии. На рисунке представлен график зависимости температуры вещества в калориметре от времени. Пренебрегая теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями и предполагая, 6 t (мин)

7 что подводимая к сосуду мощность постоянна, определите удельную теплоемкость твердой фазы, если удельная теплоемкость жидкости c ж = 2,8 кдж/кг К. С3.8. Какую массу воды можно нагреть до кипения при сжигании в костре 1,8 кг сухих дров, если в окружающую среду рассеивается 95% тепла от их сжигания? Начальная температура воды 10 0 С, удельная теплота сгорания сухих дров λ = 8, Дж/кг. С3.9. В медный стакан калориметра массой т кал = 0,2 кг, содержащий теплую воду массой т теп.в = 0,2 кг, опустили кусок льда, имеющий температуру t хол.в = 0 0 С. Начальная температура калориметра с водой t men.в = 30 0 С. В момент времени, когда весь лед растаял, температура воды и калориметра стала равной t смеси = 5 0 С. Рассчитайте массу льда. Удельная теплоемкость меди с меди = 390 Дж/(кг К), удельная теплоемкость воды с воды = 4200 Дж/(кг К), удельная теплота плавления льда λ льда, = 3, Дж/кг. Потери тепла калориметром считать пренебрежимо малыми. С3.10. В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий 150 г воды, опустили кусок льда, имевший температуру 0 С. Начальная температура калориметра с водой 25 С. В момент времени, когда наступит тепловое равновесие, температура воды и калориметра стала равной 5 С. Рассчитайте массу льда. Удельная теплоемкость меди 390 Дж/кг К, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг К, удельная теплота плавления льда 3, Дж/кг. Потери тепла калориметром считать пренебрежимо малыми. С3.11. На рисунке представлен график изменения температуры вещества в калориметре с течением времени. Теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями можно пренебречь и считать, что подводимая к сосуду мощность постоянна. Рассчитайте удельную теплоемкость вещества в жидком состоянии. Удельная теплота плавления вещества равна 100 кдж/кг. В начальный момент времени вещество находилось в твердом состоянии. С3.12. В электрический кофейник налили воду объемом 1 л при температуре 20 0 С и включили нагреватель. Через какое время (в секундах) после включения выкипит вся вода, если мощность нагревателя равна 1 квт, КПД нагревателя равен 0,8? Удельная теплота парообразования воды при t = С равна r = 2,26 МДж/кг. Удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг К). С3.13. На рисунке представлен график изменения температуры вещества в калориметре с течением времени. Теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями можно пренебречь и считать, что подводимая к сосуду мощность постоянна. Рассчитайте удельную теплоемкость вещества в жидком состоянии. Удельная теплота плавления вещества равна λ = 100 кдж/кг. В начальный момент времени вещество находилось в твердом состоянии. 7

8 С3.14. Относительная влажность воздуха при t = 36 o C составляет 80%. Давление насыщенного пара при этой температуре p н = 5945 Па. Какая масса пара содержится в 1 м 3 этого воздуха? С3.15. Относительная влажность воздуха при t = 36 o C составляет 80%. Давление насыщенного пара при этой температуре p н = 5945 Па. Какая масса пара содержится в 1 м 3 этого воздуха? С3.16. Относительная влажность воздуха при t = 36 С составляет 80%. Давление насыщенного пара при этой температуре р н = 5945 Па. Какая масса пара содержится в 1 м 3 этого воздуха? С3.17. В теплоизолированном сосуде длительное время находилась вода с плавающим в ней куском льда. В воду через трубку медленно впустили порцию водяного пара, имеющего температуру С (так, чтобы пузырьки пара не достигали поверхности воды). В результате масса куска льда уменьшилась на 100 г. Определите массу впущенного пара. С3.18. На рисунке приведен универсальный прибор для измерения параметров атмосферы. Воспользуйтесь приведенной ниже таблицей зависимости давления насыщенного пара воды от температуры и определите содержание паров в кубическом метре воздуха. Давление насыщенного водяного пара при различных значениях температуры С3.19. На рисунке приведен график зависимости концентрации молекул в насыщенном водяном паре от температуры. Каково изменение внутренней энергии 2 м 3 насыщенного пара при изменении его температуры от 0 до 40 С? 8