Молекулярная физика

161. Определить массу молекулы водорода, если молярная масса водорода равна 2 г/моль.

162. Сколько атомов содержится в гелии массой 250 г? Молярная масса гелия равна 4 г/моль.

163. Найти среднеквадратичную скорость молекул водорода при температуре 17 °С. Молярная масса водорода равна 2 г/моль.

164. Известно, что абсолютная температура газа уменьшилась в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя квадратичная скорость теплового движения молекул?

165. При сжатии неизменного количества газа его объем уменьшился в 2 раза, а давление увеличилось в 2 раза. Во сколько раз изменилась при этом его температура?

166. Какое давление рабочей смеси установится в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, если к концу такта сжатия температура повысилась с 47 до 367 °С, а объем уменьшился с 1,8 до 0,3 л? Первоначальное давление было равно 10 кПа.

167. Газ, находившийся в баллоне объемом 10 л под давлением 1МПа при 300 К, перекачали в другой баллон емкостью 5 л и охладили до 250 К. Каким стало давление в этом баллоне?

168. Во сколько раз изменится плотность идеального газа при понижении температуры от 127 до 7 °С, если давление останется постоянным?

169. Сколько молекул находится в комнате объемом 80 м³ при температуре 17 °С и давлении 10⁵ Па?

170. Найти среднеквадратичную скорость молекул газа, если его плотность 2 кг/м³,а давление– 120 кПа.

171. В межзвездном пространстве находится ~1 атом водорода в 1 см³. Температура газа 125 К. Определить давление межзвездного газа.

172. При изотермическом расширении газа его объем увеличился с 4 л до 12 л, а давление уменьшилось на 80 кПа. Найти начальное давление газа.

173. При изотермическом сжатии газа его давление увеличилось в 2 раза, а объем уменьшился на 5 л. Найти начальный объем газа.

174. В баллоне находится газ при температуре 15 °С. Во сколько раз уменьшится давление газа, если 40 % его выйдет из баллона, а температура при этом понизится на 8 градусов?

175. Идеальный газ находится в закрытом сосуде постоянного объема. При нагревании газа на 200 °С его давление увеличилось в 1,4 раза. Найдите первоначальную температуру газа.

176. Определите массу 12 л углекислого газа, находящегося под давлением 900кПа и температуре 288 К. Молярная масса равна 44 г/моль.

177. Определите плотность азота при температуре 27 ⁰С и давлении 100кПа. Молярная масса азота равна 28г/моль.

178. В закрытом сосуде находится газ под давлением 500 кПа. Какое давление установится в сосуде, если 4/5 массы газа выйдет наружу? Температуру считать постоянной.

179. Сколько молекул содержится в газе объемом 2 м³ при давлении 150кПа и температуре 27°С?

180. Баллон вместимостью 40 л содержит 1,98 кг углекислого газа. Баллон выдерживает давление не выше 3×10⁶ Па. При какой температуре возникнет опасность взрыва? Молярная масса углекислого газа 44 г/моль.

181. Определите температуру азота, имеющего массу 2г и занимающего объём 830 см³ при давлении 0,2 МПа. Молярная масса азота равна 28 г/моль.

182. Идеальный газ, количество которого 0,3 моля, совершает процесс b - c, изображенный на рисунке 33. Найти начальную и конечную температуры газа.

183. Сосуд, из которого выкачан воздух, соединяют с баллоном, содержащим воздух. В результате устанавливается давление 2×10⁵ Па. Определите давление воздуха в баллоне до соединения, если объем сосуда в три раза больше объема баллона. Процесс происходит при постоянной температуре.

	Рис. 33

184. Газ с начальной массой 160 г и температурой 27 °С нагревают в сосуде, снабженном клапаном, так что давление газа остается постоянным. Если при нагревании из сосуда ушла часть газа массой 40 г, то абсолютная температура изменилась на ¼°C.

185. В сосуде емкостью 4 л находится газ под давлением 6×10⁵ Па. Газ изотермически расширяется до объема 12 л. Затем при изохорическом нагревании его температура увеличивается в три раза. Найдите давление газа в конце процесса.

186. При изотермическом сжатии объём газа уменьшился с 10 до 6 л, а давление возросло на 5 кПа. Определить первоначальное давление газа.

187. На сколько процентов увеличится объём газа, если при постоянном давлении его нагреть от 27 до 87 °С?

188. Баллон содержит сжатый воздух объемом 40 л под давлением 15МПа. Какой объем воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки воздухом из этого баллона, если лодка находится на глубине 20 м?

189. Цилиндрический горизонтально расположенный сосуд длиной 85см делится на две части подвижным невесомым поршнем (рис. 34). Если в одну часть сосуда поместить водород (m₁ = 2г/моль), а в другую ¾ такую же массу кислорода (m₂ = 32 г/моль), то поршень будет на расстоянии¼см от стенки сосуда.

	Рис. 34

Термодинамика

190. Найти внутреннюю энергию 10 моля одноатомного идеального газа при температуре 27°С?

191. Чему равна внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объемом 60м³ при давлении 100 кПа?

192. Найти давление одноатомного идеального газа, занимающего объем 2л, если его внутренняя энергия равна 300 Дж?

193. Какую работу совершает кислород массой 320 г при его изобарном нагревании на 10 К? Молярная масса равна 32 г/моль.

194. Какую работу совершил воздух массой 290 г при его изобарном нагревании на 20 К и какое количество теплоты ему при этом сообщили? Молярная масса воздуха равна 29 г/моль, удельная теплоемкость - 1кДж/(кг К).

195. В цилиндре с площадью основания 1 дм² под поршнем находится газ. При изобарном нагревании поршень переместился на 20 см. Какую работу совершил газ, если наружное давление равно р = 100 кПа?

196. На рис. 35 представлена диаграмма некоторого циклического процесса 1-2-3-1, происходящего с идеальным одноатомным газом. Найдите работу газа при переходе из состояния 1 в состояние 2.

197. Найти работу газа на замкнутом процессе a ¾ b ¾ c ¾ a (рис. 36).

Рис. 35		Рис. 36

198. Для изобарного нагревания 800 моль газа на 500 К ему сообщили 9,4 МДж количества теплоты. Определить работу газа и изменение его внутренней энергии.

199. При изобарном нагревании 40 г гелия была совершена работа 83,1 Дж. Найти удельную теплоемкость гелия в этом процессе. Молярная масса гелия m = 4 г/моль.

200. При изотермическом сжатии газ передал окружающим телам 800 Дж количества теплоты. Какую работу совершил газ? Какую работу совершили внешние силы?

201. При изохорном нагревании газу было передано количество теплоты 250 Дж. Какую работу совершил газ? Чему равно изменение его внутренней энергии?

202. При изохорном охлаждении внутренняя энергия уменьшилась на 350 Дж. Какую работу совершил при этом газ? Какое количество теплоты газ передал окружающим телам?

203. Внешними силами над идеальным одноатомным газом совершена работа 2400 Дж. При этом газ получает 1200 Дж количества теплоты. Найти количество вещества, если температура газа увеличилась на 200 °С.

204. Идеальному одноатомному газу было сообщено 10 кДж количества теплоты, при этом внешними силами была совершена работа 5,5 кДж. За это время температура газа изменилась от 273 К до 473 К. Найти количество газа, участвовавшего в процессе.

205. В идеальной тепловой машине за счет каждого килоджоуля энергии, получаемого от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определить КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника равна 280 К.

206. Идеальный тепловой двигатель получает от нагревателя в каждую секунду 7200 кДж и отдает холодильнику 6400 кДж количества теплоты. Найти КПД двигателя?

207. Найти КПД идеальной паровой турбины, если пар поступает в нее с температурой 480 °С, а оставляет ее при температуре 30 °С?

208. Температура нагревателя 227 °С. Определить КПД идеального двигателя и температуру холодильника, если за счет каждого килоджоуля теплоты, полученного от нагревателя, двигатель совершает работу 350 Дж.

209. КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, равен 70%. Во сколько раз надо изменить температуру нагревателя (не меняя температуры холодильника), чтобы КПД машины уменьшился до 40%?

210. КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, равен 60%. Чему будет равен КПД машины, если температуру нагревателя увеличить в два раза, а температуру холодильника уменьшить в два раза?

211. Найти массу водяного пара в помещении объемом в 100 м³ при относительной влажности воздуха 60%, если плотность насыщенного пара при данной температуре равна 15 г/м³.

212. Для приготовления ванны объемом 200 л смешали холодную воду при 10 °С с горячей при 60 °С. Найти объемы горячей и холодной воды необходимо взять, чтобы установилась температура 40 °С? Удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кг К). Плотность ¾ 1 т/м³.

213. В сосуд, содержащий 1,5 кг воды при 15 °С, впустили 200 г водяного пара при 100 °С. Какая общая температура установится в сосуде после конденсации пара? Удельная теплоемкость воды с = 4,2кДж/(кг К), удельная теплота парообразования r = 2,3×10⁶ Дж/кг.

214. Для определения удельной теплоемкости вещества тело массой 400 г, нагретое до 100 °С, опустили в железный стакан калориметра, содержащий 200 г воды. Начальная температура калориметра с водой равна 30 °С. После установления теплового равновесия температура оказалась равной 37 °С. Определить удельную теплоемкость вещества исследуемого тела. Масса калориметра 100 г, удельная теплоемкость железа равна 640 Дж /(кг×К), удельная теплоемкость воды — 4180 Дж/(кг×К).

215. В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий воду массой 150г, опустили лед при 0 °С. Начальная температура калориметра с водой равна 25 °С. После установления теплового равновесия температура стала равной 5 °С. Определить массу льда. Удельная теплоемкость меди равна 390 Дж/(кг×К), удельная теплоемкость воды — 4,2 кДж/(кг×К), удельная теплота плавления льда — 330 кДж/кг.

216. В кастрюлю, где находилось 2 л воды при температуре 25 °С, долили 3 л воды при температуре 100 °С. Какая установилась температура воды?

217. В сосуд, содержащий 500 г воды при температуре 10 °С кинули 100 льда при температуре 10 °С. Какая температура установится в сосуде? Удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кг К), удельная теплоемкость льда — 2,1 кДж/(кг К), удельная теплота плавления льда — 0,33 МДж/кг.

218. В электрический чайник налили 0,8 литра воды при температуре 30 °С и включили в сеть. Через какое время выкипит вся вода? Мощность нагревателя 1 кВт. КПД равен 80%.

219. В электрический кофейник налили 0,75 л воды и включили нагреватель. Через 20 минут вся вода выкипела. Найти начальную температуру воды, если мощность нагревателя 2 кВт, а его КПД равен 80%.

220. Ученик с помощью спирали сопротивлением 3 Ом нагревает воду в сосуде. Спираль и амперметр последовательно подсоединены к источнику постоянного тока с напряжением 6 В. Сопротивлением амперметра можно пренебречь. За время 15 минут ученик нагрел воду от 24 °С до 36 °С. Найти массу воды в сосуде, если КПД нагревателя равен 35%.

221. Стальной шар падает с высоты 15 м. При ударе 15 % его энергии превращается в теплоту. На сколько градусов повысится температура шара? Удельная теплоемкость стали 465 Дж/(кг К).

222. Снежок, летящий со скоростью 20 м/с, ударяется о стенку и прилипает к ней. Какая часть массы снежка расплавится, если температура окружающей среды равна 0 °С, а вся кинетическая энергия передается снегу? Удельная теплота плавления льда — 0,33 МДж/кг

223. Стальной осколок, падая с высоты 500 м, имел у поверхности земли скорость 50 м/с. На сколько градусов нагрелся осколок, если считать, что вся работа сопротивления воздуха пошла на нагревание осколка? Удельная теплоемкость стали равна 465 Дж/(кг К).

Электростатика

224. Два точечных одинаковых заряда взаимодействуют друг с другом с силой 0,4 мН, находясь на расстоянии 5 см друг от друга. Чему равен заряд каждого из шарика?

225. Найти силу взаимодействия двух точечных зарядов 1 и 4 нКл на расстоянии 2 см друг от друга в вакууме.

226. С какой силой взаимодействуют два точечных заряда 10 и 15 нКл, находящиеся на расстоянии 5 см друг от друга?

227. Два одинаковых шарика, имеющие заряды -1,5 и 2,5 мкКл, приводят в соприкосновение, а затем вновь разносят на прежнее расстояние 5см. Определить заряд каждого шарика и силу их взаимодействия после соприкосновения.

228. Одинаковые металлические шарики имеют заряды q и 4 q. Шарики находятся на расстоянии х друг от друга. Их приводят в соприкосновение. На какое расстояние после соприкосновения необходимо разнести шарики друг от друга, чтобы сила взаимодействия осталась такой же?

229. В вертикально направленном однородном электрическом поле находится пылинка массой 1нг и зарядом 3,2 10^-17 Кл. Какова напряженность поля, если сила тяжести пылинки уравновешена силой электрического поля?

230. Каков диаметр масляной капли (плотность масла 900 кг/м³), которую с помощью одного лишнего электрона можно уравновесить в электрическом поле напряженностью 10 кВ/м?

231. Два точечных заряда 5 и -2 нКл находятся на расстоянии 8 см друг от друга. На каком расстоянии от первого заряда нужно поместить третий заряд 3 нКл, чтобы он оказался в равновесии?

232. В вершинах квадрата со стороной 40 см находятся заряды по 5 нКл. Найти силу, действующую на каждый заряд.

233. В вершинах равностороннего треугольника со стороной 5 см находятся заряды по 2 нКл. Определить силу, действующую на каждый заряд.

234. В острых углах прямоугольного равнобедренного треугольника с катетами 4 см находятся заряды по 5 нКл. Определить силу, действующую на заряд 2 нКл, расположенный в вершине прямого угла.

235. Расстояние между двумя точечными зарядами +4нКл и -5нКл равно 0,6 м. Найти напряженность поля посередине между ними.

236. Два точечных заряда по 5 нКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность и потенциал электрического поля посередине между зарядами, если заряды: а) одноименные; б) разноименные.

237. Между зарядами + q и + 9 q расстояние равно 8 см. На каком расстоянии от первого заряда находится точка, в которой напряженность поля равна нулю?

238. В двух вершинах равностороннего треугольника со стороной 10 см находятся точечные заряды по 6 мкКл. Определить напряженность и потенциал электрического поля в третьей вершине, если заряды: а) одноименные; б) разноименные.

239. В двух вершинах прямоугольного равнобедренного треугольника с катетами 4 см находятся разноименные точечные заряды 10 мкКл. Определить напряженность и потенциал электрического поля в вершине прямого угла.

240. В трех вершинах квадрата со стороной 8 см находятся одноименные точечные заряды по 5 нКл. Определить напряженность и потенциал электрического поля в четвертой вершине.

241. Два небольших заряженных металлических шарика массами по 10 мг помещены на нитях длиной 30 см. Каждая нить образует угол 15° с вертикалью. Найти значение зарядов каждого шарика?

242. Какой угол с вертикалью составляет нить, на которой висит заряженный шарик массой 0,25 г, помещенный в горизонтальное однородное электрическое поле напряженностью 1 МВ/м? Заряд шарика равен 2,5 нКл.

243. Шарик массой 150 мг, подвешенный на тонкой непроводящей нити, имеет заряд 10 нКл. На расстоянии 32 см снизу под ним располагают второй заряженный шарик. Каким должен быть заряд второго шарика, чтобы сила натяжения нити: 1) уменьшилась вдвое; 2) увеличилась в три раза?

244. На каком расстоянии от точечного заряда 10 нКл в вакууме напряженность поля будет равна 0,25 В/м?

245. Найти величину заряда, создающего электрическое поле, если на расстоянии 5 см от него напряженность поля равна 1,6×10⁵ В/м.

246. С каким ускорением будет двигаться электрон в электрическом поле, напряженность которого равна 10 кВ/м?

247. Точечный заряд 10 мкКл и массой 5 г помещен в электрическое поле напряженностью 1000 Н/Кл. За какое время он пройдет расстояние 10 м, если его начальная скорость равна нулю?

248. Определить напряженность электрического поля, если помещенный в него точечный заряд 4 нКл за 0,2 с прошел расстояние 2 м. Масса точечного заряда равна 2 г.

249. Определить величину электрического заряда массой 4 г, помещенного в электрическое поле напряженностью 500 В/м, если за 0,04 с он приобрел скорость 100 м/с.

250. Расстояние между зарядами +6,4 мкКл и -6,4 мкКл равно 12 см. Найти напряженность поля в точке, удаленной на расстоянии 8 см от каждого заряда.

251. Чему равны напряженность и потенциал электрического поля, созданного зарядами 10 нКл в центре квадрата со стороной 10 см? (рис. 37)

	Рис. 37

252. В двух противоположных вершинах А и С квадрата АВСD со стороной 6 см находятся точечные заряды q _A = - 1,2 нКл и q _С = 1,6 нКл. Найти модуль напряженности и потенциал электрического поля в вершине В.

253. Расстояние между находящимися в вакууме точечными зарядами q ₁= 2 нКл и q ₂ равно 40 см. Заряд q ₃ = 4 нКл перемещается по прямой линии от первого заряда ко второму, при этом на расстоянии 10 см от первого заряда равнодействующая сил, действующих на него, становится равной нулю. Найти величину второго заряда.

254. Расстояние между зарядами 10 и -1 нКл равно 1,1 м. Найти напряженность поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей заряды, в которой потенциал поля равен нулю.

255. Электрон со скоростью 4×10⁹ см/с влетает в плоский конденсатор, расположенном горизонтально. Вектор скорости электрона лежит в плоскости, параллельной пластинам конденсатора. Найти вертикальное смещение электрона на выходе из конденсатора. Расстояние между пластинами равно 1 см, длина конденсатора 5 см, разность потенциалов пластин равна 300 В.

256. В однородном поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5нКл. Вектор перемещения равен по модулю 20 см и образует угол 60⁰ с направлением силовых линий. Найти работу поля и разность потенциалов между начальной и конечной точками перемещения.

257. Электрон движется вдоль направления силовых линий электрического поля напряженностью 1,2 В/см. Какое расстояние он пролетит до полной остановки? Найти время его движения. Начальная скорость электрона равна 30 Мм/с?

258. В однородном электрическом поле с напряженностью 1 кВ/м переместили заряд -25 нКл в направлении силовой линии на 2 см. Найти работу поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.

259. Чему равна емкость плоского конденсатора с площадью пластин 1см², расстоянием между пластинами 0,1 мм и диэлектрической проницаемостью 10⁴?

260. Если С ₁ = 4 мкФ, С ₂ = 2 мкФ и С ₃ = 4 мкФ, то при подключении батареи конденсаторов (рис. 38) к источнику тока с напряжением 2 В накопится заряд¼Кл.

261. Если емкости конденсаторов равны С₁=3 мкФ, С₂=4 мкФ, С₃= 6 мкФ, С₄=4 мкФ (рис. 39), то емкость батареи конденсаторов равна¼мкФ.

Рис. 38		Рис. 39

262. В системе конденсаторов, изображенных на рис. 40, емкости конденсаторов соотносятся между собой как 2 С ₁ = 2 С ₂ = С ₃ = С ₄. Найти электроемкость конденсатора С ₃, если емкость всей системы равна С.

	Рис. 40

263. Заряд конденсатора 30 нКл, а его емкость 10 пФ. Какую скорость приобретет электрон после прохождения между пластинами? Начальная скорость равна нулю.

264. Расстояние между пластинами квадратного плоского конденсатора со стороной 10 см равно 1 мм. Найти разность потенциалов между обкладками, если заряд конденсатора равен 1 нКл?

265. Какую работу необходимо совершить, чтобы расстояние между зарядами 25нКл и -4 нКл увеличить с 10 до 20 см?

266. Металлический шарик радиусом R = 9 мм облучают пучком протонов, имеющих на бесконечности скорость 1000 км/с. Каким будет максимальный заряд шарика? Масса протона 1,67×10^{-27 кг, заряд протона 1,6}×10^-19 Кл.

267. Какой заряд необходимо сообщить двум параллельно соединенным конденсаторам, чтобы зарядить их до разности потенциалов 20 000 В, если электроемкости конденсаторов равны 2000 пФ и 1000 пФ?

268. Плоский воздушный конденсатор зарядили при помощи источника тока напряжением 200 В. Затем конденсатор был отключен от источника. Каким станет напряжение между пластинами конденсатора, если расстояние между ними увеличить от 0,2 мм до 0,7 мм, а пространство между пластинами заполнить диэлектриком с e = 40?

269. Конденсатор емкостью 4 мкФ заряжен до напряжения 10 В. Найти заряд и напряжение на этом конденсаторе, если к нему параллельно подключить другой конденсатор емкостью 6 мкФ, заряженный до 20 В.

270. Точечный заряд q создает на расстоянии R электрическое поле напряженностью 63 В/м. Три концентрические сферы радиусами R, 2 R и 3 R несут равномерно распределенные по их поверхности заряды q ₁ = q, q ₂ = - q и q ₃ = 2 q соответственно (рис. 41). Чему равна напряженность поля в точке А, отстоящей от центра сфер на расстоянии 2,5 R?

Рис. 41		Рис. 42

271. Четыре одинаковых заряда q расположены на плоскости в вершинах квадрата со стороной L и удерживаются в равновесии связывающими их попарно нитями (рис. 42). Сила отталкивания соседних зарядов равна 20 мН. Чему равна сила натяжения каждой из нитей?

272. Мальчик потерял одну миллионную долю электронов, имеющихся в его теле, а девочка их нашла. В результате мальчик стал положительным, а девочка отрицательной и между ними возникло притяжение. Трос какой жесткости необходимо использовать для удержания мальчика? Расстояние до девочки 10 км. Максимальное растяжение троса не ложно превышать 1 см. Масса мальчика 70 кг. (Будем считать, что основную массу человека составляет вода m = 18 г/моль).

Дата добавления: 2015-10-23