Качественные задачи в вариантах ЕГЭ по физике.

Качественные задачи в вариантах ЕГЭ по физике.
2. На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В
сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ.
Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз.
Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, куда сдвинется
поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится
температура газа в сосуде. Трением между поршнем и стенками сосуда пренебречь.
3. В цилиндре под поршнем при комнатной температуре долгое время находятся только
вода и её пар. Масса жидкости в 2 раза больше массы пара. Медленно перемещая
поршень, объём под поршнем изотермически увеличивают от 𝑉0 до 6 𝑉0. Постройте
график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от 𝑉0 до 6 𝑉0. Укажите,
какими закономерностями вы при этом воспользовались.
4. Две порции одного и того же идеального газа нагреваются в сосудах одинакового
объёма. Графики процессов даны в координатах p(T), причём изохора I лежит выше
изохоры II. Почему такое возможно? Ответ поясните, указав, какие физические
закономерности вы использовали для объяснения.
5. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем,
находится идеальный газ. На рисунке показана
диаграмма, иллюстрирующая изменение
внутренней энергии U газа и передаваемое ему
количество теплоты Q. Опишите изменение
объёма газа при его переходе из состояния 1 в
состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ
обоснуйте, указав, какие физические
закономерности вы использовали для объяснения.
6. В сосуде с небольшой трещиной находится газ, который может просачиваться сквозь
трещину. Во время опыта давление газа уменьшилось в 8 раз, а его абсолютная
температура уменьшилась в 4 раза при неизменном объеме. Во сколько раз изменилась
внутренняя энергия газа в сосуде? (Газ считать идеальным.)
7. Цилиндрический сосуд разделён лёгким теплоизолирующим поршнем на две части. В
одной части сосуда находится аргон, в другой – гелий. Концентрация атомов аргона в 2
раза больше, чем атомов гелия. Поршень может двигаться без трения. Определите
отношение средней кинетической энергии теплового движения атома аргона к средней
кинетической энергии теплового движения атома гелия при равновесии поршня.
8. Цилиндрический сосуд разделён на две части лёгким теплоизолирующим поршнем,
который может перемещаться без трения. В одной части сосуда находится аргон, в другой
- неон. Средняя кинетическая энергия теплового движения атома аргона вдвое больше
средней кинетической энергии теплового движения атома неона. Определите отношение
концентрации атомов аргона к концентрации атомов неона при равновесии поршня.
9. Три одинаковых сосуда, содержащих разрежённый газ, соединены друг с другом
трубками малого диаметра: первый сосуд со вторым, второй – с третьим. Первоначально
давление газа в сосудах было равно соответственно р, 3р и р. В ходе опыта сначала
открыли и закрыли кран, соединяющий второй и третий сосуды, а затем открыли и
закрыли кран, соединяющий первый сосуд со вторым. Как изменилось в итоге
(уменьшилось, увеличилось или осталось неизменным) количество газа в первом сосуде?
Температура газа оставалась в течение всего опыта неизменной.
10. Цветок в горшке стоит на подоконнике. Цветок полили водой и накрыли стеклянной
банкой. Когда показалось солнце, на внутренней поверхности банки появилась роса.
Почему? Ответ поясните.
11. Отдельная икринка лягушки прозрачна, оболочка состоит из студенистого вещества,
внутри икринки находится тёмный зародыш. Ранней весной в солнечные дни, когда
температура воды в водоёмах близка к 00С, икра на ощупь теплая. Измерения
показывают, что её температура может достигать 300С. Как можно объяснить это явление?
Приведите подобные примеры в быту и в природе.
12. В стеклянной запаянной с обоих концов трубке, из которой выкачан воздух, заключен
столбик воды. При встряхивании трубки столбик воды ударяется в концы трубки так,
словно не испытывает никакого сопротивления. Однако известно, что и слева, и справа от
столбика находятся насыщенные водяные пары, причем определённой температуре
соответствует определённое давление этих паров. Объясните явление.
13. Почему климат островов умереннее и ровнее, чем климат материков?
14. Какой воздух при одинаковом объёме и одинаковом давлении имеет большую массу:
сухой или влажный?
15. Стеклянную трубку диаметром в несколько сантиметров и длиной около метра,
запаянную с одного конца, заполнили доверху водой и установили вертикально
открытым концом вниз в широкий сосуд с водой. Воду в широком сосуде начинают
медленно нагревать до кипения. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в
широком сосуде закипит? Ответ поясните, используя физические законы.
Возможные решения тренировочных заданий типа № 28.
1. На участке 1-2 процесс изотермический. Поэтому согласно уравнению состояния
(𝑝𝑉 = 𝜈𝑅𝑇) pV=const, и при уменьшении объёма давление увеличивается. На
участке 2-3 процесс изобарный, значит, давление остаётся неизменным. На участке
3-4 процесс изохорного нагревания, поскольку из уравнения состояния, для
𝑝
V=const получаем 𝑇= const, то при увеличении температуры давление тоже
должно увеличиваться. Таким образом, давление на участке 1-2 увеличивалось, на
участке 2-3 не изменялось, на участке 3-4 увеличивалось.
2. Поршень сдвинется вверх. Температура газа понизится.
3. В начальном состоянии состоянии над водой находится насыщенный водяной пар,
так как за длительное время в системе установилось термодинамическое
равновесие. Пока в цилиндре остается вода при медленном изотермическом
расширении пар остаётся насыщенным. Поэтому график р(V) будет графиком
константы, т.е. отрезком горизонтальной прямой. Количество воды в цилиндре при
этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в
насыщенном паре ничтожна, по сравнению с концентрацией молекул воды в
жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара.
Поэтому, во-первых, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём,
практически равный V0. Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объём под
поршнем увеличить ещё на 2V0. Таким образом, горизонтальный отрезок
описывает зависимость р(V)
На участке от V0 до 3V0. При V> 3V0 под поршнем уже нет жидкости, все молекулы
воды образуют ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме
1
описывать законом Бойля-Мариотта pV=const, т.е. p~ 𝑉. Графиком этой
зависимости служит гипербола.
4. Количество вещества в первой порции газа больше, чем во второй. Для описания
изохорного нагревания идеального газа используем уравнение Менделеева –
Клапейрона: 𝑝𝑉 = 𝜈𝑅𝑇, где 𝜈 - число молей газа. Отсюда следует, что при
одинаковых температуре и объёме p~𝜈. Как следует из рисунка, р1> р2.
Поэтому 𝜈 1> 𝜈2.
5. В процессе 1-2 газ получает некоторое количество теплоты, но его внутренняя
энергия не меняется. Следовательно, согласно первому началу термодинамики,
газ отдает получаемую энергию, совершая работу, т.е. в данном процессе его
объём увеличивается.
В процессе 2-3 теплообмена газа с внешней средой нет, но его внутренняя энергия
уменьшается. Следовательно, и этот процесс связан с расширением газа, поскольку
он совершает работу.
Ответ: переход газа из состояния 1 в состояние 3 все время сопровождается
увеличением его объёма.
6. Внутренняя энергия газа в сосуде уменьшилась в 8 раз.
7.
8.
9. В соответствии с законами Дальтона и Бойля – Мариотта (применёнными к
парциальным давлениям газов во втором и третьем сосудах), суммарное давление
этих газов после закрытия второго крана равно 3р/2 + р/2 = 2р. Аналогично этому
давление в первом и втором сосудах после закрытия первого крана равно р/2 +
2р/2 = 1,5р. Это означает, согласно уравнению Менделеева – Клапейрона, что
количество газа в первом сосуде в итоге увеличилось.
10. За счет поглощения солнечных лучей тёмная земля в горшке прогрелась, а стекло
сохранило низкую температуру. На стекле сконденсировалась влага, испарение
которой из горшка усилилось за счет повышения температуры.
11. Тёмный зародыш нагревается за счёт энергии поглощённого света. Грязный снег
тает быстрее чистого.
12. При уменьшении объёма сосуда водяной пар конденсируется, а при увеличении –
вода дополнительно испаряется.
13. Теплоёмкость воды существенно больше теплоёмкости земли. Поэтому вода
прогревается и охлаждается медленнее, чем земля.
14. Большую массу имеет сухой воздух, т.к. молярная масса воды 18 г/моль
меньше молярной массы воздуха – 29 г/моль.
15. Уровень воды в трубке будет на одном уровне с уровнем воды в широком сосуде,
т. к. давление насыщенного пара при кипении равно атмосферному.
Литература.
1. В.А.Орлов, М.Ю.Демидова, Г.Г.Никифоров, Н.К.Ханнанов. Оптимальный банк
заданий для подготовки к ЕГЭ. Единый государственный экзамен. 2015. Физика. М.,
«Интеллект - центр».
2. Л.М.Монастырский, А.С.Богатин, Ю.А.Игнатова. Физика. Тематические тесты для
подготовки к ЕГЭ. Задания высокого уровня сложности. Легион. Ростов-на-Дону.
2013.