10 заданий по физике
Задание №1.
Кавендиш Генри (1731-1810 гг.), английский физик и химик. Исследовал свойства многих газов, получил водород и углекислый газ(1766 г.), определил состав воздуха (1781 г.) и химический состав воды (1784 г.). с помощью изобретенных им крутильных весов подтвердил закон всемирного тяготения. Определил закон взаимодействия электрических зарядов (опублик. в 1879 г.). Экспериментально исследовал электрические и тепловые явления. Он проводил научные эксперименты, на целые столетия опережая свое время, при этом Кавендиш не заботился не о публикации своих работ, ни о признании ученым миром. Большинство научных работ Кавендиша не публиковалось вплоть до второй половины 19 века. О его работах стало известно лишь в 1879 г., после того, как английский физик Дж. Максвелл опубликовал его рукописи, находившиеся до этого времени в архивах.
Задание №2.
1) С помощью медицинских весов определяю массу тела: mт = 65 кг
2) С помощью термометра определяю температуру тела: tт = 36,5ºС
3) С помощью термометра определяю температуру окружающей среды: tсреды = 20ºС
4) Удельная теплоемкость тела равна 0,8 Своды = 0,8 · 4200 Дж/кг·ºС = 3360 Дж/кг·ºС
5) Количество теплоты, отдаваемое моим организмом в окружающую среду, вычисляю по формуле: Q = cт mт (tт – tcp)
Q = 65 кг · 3360 Дж/кг· ºС 0╖ (36,5º - 20º) = 3603600 Дж = 3603,6 кДж
Ответ: 3603,6 кДж.
Человеческий организм можно рассматривать как биогенератор энергии за счет принимаемой пищи и работы систем организма, поэтому тело сохраняет примерно постоянную температуру.
Задание №3.
Дано:
Vox = 10м/с
ах = -2 м/с2
t = 6 c
Найти: Sx
Решение:
Для выполнения пути, пройденного телом за 6 с, используем формулу:
Sx = Vox · t +
Так как мы имеем движение тела с уменьшающейся по модулю скоростью (ах = -2 м/с2), поэтому векторы скорости и ускорения направлены в противоположные стороны и их проекции имеют разные знаки.
Sx = 10м/с · 6с - = 60 м – 36 м = 24 м.
Ответ: Sx = 24м.
Задание №4.
Дано:
КПД = 80%
Vводы = 1,5 л = 0,0015м3
Рчайн =0,6 кВт = 600 Вт
t1 = 20ºC
tкип = 100ºС
Найти: ∆t – время, за которое чайник закипит.
Решение:
1) Количество теплоты, выделяемое при прохождении тока через нагревательный элемент, вычисляем по формуле: Q = P · ∆t
2) Так как КПД чайника равен 80%, то количество теплоты, которое пойдет на нагревание воды до кипения, равно Qn = 0.8 P · ∆t
3) С другой стороны, количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 20ºС до 100ºС рассчитывается по формуле: Q = Cводы mводы (tкип – t1), или Q = cв ρв vв (tкип – t1) (т. к. ρ = m/v)
4) Нaходим ∆t из уравнения Q = Qn. c
cв ρв vв (tкип – t1) = 0,8p · ∆t ∆t = ;
∆t =
∆t = 1050 c = 17.5 мин.
Ответ: чайник закипит через 17,5 минут.
Задание №5.
Дано:
ho = 4 см = 0,04 м
Sоснов л = 45 м2
ρл = 900 кг/м3
ρв = 1000 кг/м3
Найти: mл – массу льдины
ρл = плотность льда
ρв = плотность воды.
Решение:
1) Обозначим высоту льдины Н, тогда толщина льдины, находящейся в воде, равна Н – ho.
2) На льдину действует сила тяжести Fтяж = mл g и Архимедова сила FA, равная весу жидкости в объеме погруженной в нее части льдины, т. е.
FA = ρв g · Sосн · (Н – ho),
где S · (H – ho) – объем погруженной в воду части льдины.
3) Т. к. льдина плавает, то Fтяж = FA;
mл g = ρв g· Sосн · (Н – ho)/; g
mл = ρв Sосн · (Н – ho) (1)
4) mл = ρл vл = ρл · Sосн · Н. Отсюда следует:
ρл · Sосн · Н = ρв Sосн Н – ρв Sосн ho
ρв · Sосн · ho = ρв Sосн Н – ρл Sосн Н/:Sосн
ρв · ho = Н (ρв – ρл)
Находим высоту льдины: Н =
Н = 0,4 м
5) Подставим Н = 0,4 м в формулу (1) и найдем массу льдины:
mл = 1000 кг/м3 · 45м2 · (0,4 – 0,04 м) = 16200 кг
Ответ: масса льдины 16200 кг.
Задание №6.
1) С помощью стакана с водой определяем объем груза: опускаем груз в стакан с водой. Если стакан доверху наполнен водой, то часть воды, вытесненная грузом, выльется (если стакан не полностью заполнен водой, и после опускания груза). Объем вылившейся воды равен объему груза.
2) С помощью динамометра определяем вес вылившейся воды Рв = mв g и вычисляем ее массу mв = Рв/ g
3) Из формулы ρв = mв/vв найдем объем вылившейся воды vв = mв/ρв; vводы = vгруза
4) Подвешиваем груз к динамометру и определяем его вес в воздухе: Р1
5) Опускаем груз в стакан с медным купоросом до полного погружения и по динамометру определяем его вес в медном купоросе: Р2
6) Р2 < Р1, т. к. на груз действует выталкивающая сила: FA = P1 – P2
7) Из формулы FA = ρмед.купорос · g vгруза находим плотность медного купороса:
Ρмедн. купороса =
Задание №7
Дано:
h = 10 м
Ек = Еn
Найти: v – скорость тела, в момент времени, когда Ек = Еn.
Решение:
1) На основании закона сохранения механической энергии сумма потенциальной и кинетической энергии есть величина постоянная (если не учитывать сопротивление воздуха). Энергия не возникает и не исчезает, она только превращается из одного виды в другой, при этом ее значение сохраняется.
2) На высоте 10 м: Ек = 0, Еn имеет максимальное значение.
3) Когда тело начинает падать, то потенциальная энергия начинает уменьшаться пропорционально высоте, ровно на столько же начнет увеличиваться кинетическая энергия.
4) Потенциальная энергия уменьшается наполовину в средней точке, т. е. на высоте ho = = 5 м
Ек = Еn = mgh /: m
v2/2 = gh v2 = 2gh
v = ; v = = 10 м/с
где g = 10м/с2; ho = 5 м.
На высоте ho = 5м
Еn = mgh = m · 10 · 5 = 50 m Дж
Ек = = 50 m Дж
Ответ: при условии Еn = Ек скорость тела равна 10 м/с.
Задание №8.
Дано:
V0 = 60м/с
t = 8 c
Найти: v – скорость тела, брошенного горизонтально.
Решение:
Перемещение брошенного горизонтально тела можно разложить на два: горизонтальное Sx и вертикальное Sy.
0 Sx x
Sy Vx
y Vy V
Применяя закон независимости движений, имеем Н = Sy = ; Sx = V0 t, где t – время.
1) Скорость вертикального перемещения находится по формуле
Vy = gt = 9,8 м/с2 · 8с
Vy = 78.4 м/с
2) Скорость горизонтального перемещения Vx = Vo = 60 м/с.
3) Скорость тела, брошенного горизонтально, находим по формуле
V =
V = ≈ 98.7 м/с.
Ответ: V = 98,7 м/с.
Задание №9.
Ответ:
1) На бутылку, доверху наполненную жидкостью, действуют в жидкости такие же силы, как и на сплошной кусок стекла в этой жидкости.
2) Следовательно, на бутылку, доверху наполненную водой, в воде действует сила тяжести стекла в объёме бутылки и архимедова сила
Fтяж = ρстекла · vбут · g
FA = ρводы · vбут g
ρcтекла vбут g > ρводы · vбут g, т. к. ρcтекла > ρводы
Fтяж > FA бутылка потонет в воде
3) На бутылку, доверху наполненную ртутью, в ртути действуют те же силы:
Vтяж = ρстекла · vбут g
VA = ρртути vбут g
ρртути vбут g > ρстекла · vбут g, т. к. ρртути > ρстекла
FA > Fтяж
Бутылка со ртутью не потонет, будет плавать.
где, ρстекла - плотность стекла – 2500 кг/м3
ρртути – плотность ртути – 13600 кг/м3
ρводы – плотность воды – 1000 кг/м3
Задание №10
Ответ:
Спираль раскаляется, а провода почти не нагреваются, потому что сопротивление спирали во много раз больше сопротивления проводов. Эта разница достигается за счет использования для спирали проводников с удельным сопротивлением проводов. Чаще всего для изготовления спиралей, электронагревательных элементов, используют вольфрам, «нихром» - это сплав никеля, железа, хрома и марганца. Удельное сопротивление нихрома в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Провода же делают медные, стальные, алюминиевые, они имеют гораздо меньшее сопротивление.
Сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводников, обратно пропорционально площади поперечного сечения S и зависит от вещества, из которого изготовлен проводник, т. е. от удельного сопротивления ρ: R = ρ l/S, а количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно Q = I2Rt.
Т. е. количество теплоты Q прямо пропорционально сопротивлению R.
