Контрольная работа
Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества
ВАРИАНТ № 2
Уровень А
1. Благодаря какому виду теплопередачи (преимущественно) в летний день нагревается вода в водоемах?
1) Конвекция
2) Теплопроводность
3) Излучение
4) Конвекция и излучение
Решение:
В летний день вода в водоемах нагревается в основном за счет солнечного излучения, которое поглощается поверхностью воды. Затем тепло распространяется вглубь водоема за счет конвекции (перемещения слоев воды). Однако, основным источником тепла является солнечное излучение. Если выбирать один преобладающий вид, то это излучение. Если же учитывать, как тепло распространяется в толще воды, то это конвекция. В данном случае, вопрос "нагревается вода" подразумевает весь процесс. Солнце излучает, вода поглощает, а затем конвекция распределяет тепло. Но если выбирать один, то излучение - это первичный источник. Однако, часто в школьных задачах, когда речь идет о нагреве жидкости, подразумевается конвекция как основной механизм распространения тепла в объеме. Если же вопрос о том, как тепло *поступает* в воду, то это излучение. В контексте "нагревается вода в водоемах", часто подразумевается, что тепло распределяется по объему.
Давайте рассмотрим варианты. Солнце излучает тепло, которое поглощается водой. Затем, нагретые слои воды поднимаются, а холодные опускаются, создавая конвекционные потоки. Таким образом, и излучение, и конвекция играют важную роль. Вариант 4) "Конвекция и излучение" наиболее полный. Если же нужно выбрать один, то "излучение" - это источник, а "конвекция" - механизм распространения в объеме. В большинстве случаев, когда говорят о нагреве жидкости, конвекция является ключевым механизмом. Но если речь идет о *получении* тепла от Солнца, то это излучение.
Если вопрос подразумевает, как тепло *распространяется* в толще воды, то это конвекция. Если как *поступает* от Солнца, то излучение.
В школьной физике часто подчеркивается роль конвекции в нагреве жидкостей. Однако, без солнечного излучения вода не нагрелась бы.
Если выбрать наиболее полный ответ, то это 4. Если же нужно выбрать один, то, учитывая, что вода - жидкость, и в ней возникают потоки, конвекция играет очень важную роль в распределении тепла. Но первичное поступление тепла - это излучение.
Давайте предположим, что вопрос о том, как тепло *поступает* в воду от Солнца. Тогда это излучение. Если же о том, как тепло *распространяется* в воде, то конвекция.
В летний день вода нагревается от солнечных лучей (излучение), а затем тепло распределяется по объему воды за счет конвекции. Если выбирать один, то излучение является первичным источником. Но если есть вариант "Конвекция и излучение", то он наиболее точный. Если его нет, то часто выбирают конвекцию, как основной механизм *распределения* тепла в жидкости.
Однако, если вопрос "Благодаря какому виду теплопередачи (преимущественно) в летний день нагревается вода в водоемах?", то солнце излучает, и это излучение нагревает воду. Конвекция уже распределяет это тепло. Поэтому, преимущественно, это излучение.
Ответ:
3) Излучение
2. Металлический брусок массой 400 г нагревают от 20 °С до 25 °С. Определите удельную теплоемкость металла, если на нагревание затратили 760 Дж теплоты.
Дано:
Масса бруска: \(m = 400 \text{ г} = 0,4 \text{ кг}\)
Начальная температура: \(t_1 = 20^\circ\text{С}\)
Конечная температура: \(t_2 = 25^\circ\text{С}\)
Количество теплоты: \(Q = 760 \text{ Дж}\)
Найти:
Удельная теплоемкость: \(c\) – ?
Решение:
Количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, определяется по формуле:
\(Q = c \cdot m \cdot \Delta t\)
где \(\Delta t = t_2 - t_1\) – изменение температуры.
Найдем изменение температуры:
\(\Delta t = 25^\circ\text{С} - 20^\circ\text{С} = 5^\circ\text{С}\)
Из формулы для \(Q\) выразим удельную теплоемкость \(c\):
\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta t}\)
Подставим известные значения:
\(c = \frac{760 \text{ Дж}}{0,4 \text{ кг} \cdot 5^\circ\text{С}}\)
\(c = \frac{760 \text{ Дж}}{2 \text{ кг} \cdot ^\circ\text{С}}\)
\(c = 380 \text{ Дж}/(\text{кг} \cdot ^\circ\text{С})\)
Ответ:
3) 380 Дж/(кг °С)
3. Какое количество теплоты потребуется для плавления 40 г белого чугуна, нагретого до температуры плавления? Удельная теплота плавления белого чугуна 14 \(\cdot 10^4\) Дж/кг.
Дано:
Масса чугуна: \(m = 40 \text{ г} = 0,04 \text{ кг}\)
Удельная теплота плавления: \(\lambda = 14 \cdot 10^4 \text{ Дж}/\text{кг} = 140000 \text{ Дж}/\text{кг}\)
Чугун уже нагрет до температуры плавления.
Найти:
Количество теплоты для плавления: \(Q\) – ?
Решение:
Количество теплоты, необходимое для плавления вещества, нагретого до температуры плавления, определяется по формуле:
\(Q = \lambda \cdot m\)
Подставим известные значения:
\(Q = 140000 \text{ Дж}/\text{кг} \cdot 0,04 \text{ кг}\)
\(Q = 5600 \text{ Дж}\)
Переведем в килоджоули (кДж):
\(Q = 5600 \text{ Дж} = 5,6 \text{ кДж}\)
Ответ:
2) 5,6 кДж
4. На рисунке изображен график зависимости температуры нафталина от времени при нагревании и охлаждении. В начальный момент времени нафталин находился в твердом состоянии. Какая из точек графика соответствует началу отвердевания нафталина?
(Описание графика:
Участок 1-2: нагревание твердого нафталина.
Участок 2-3: плавление нафталина (температура постоянна).
Участок 3-4: нагревание жидкого нафталина.
Участок 4-5: охлаждение жидкого нафталина.
Участок 5-6: отвердевание (кристаллизация) нафталина (температура постоянна).
Участок 6-7: охлаждение твердого нафталина.)
Решение:
Начало отвердевания (кристаллизации) соответствует моменту, когда жидкий нафталин начинает переходить в твердое состояние при постоянной температуре. На графике это соответствует началу горизонтального участка, который идет после охлаждения жидкости.
Точка 1 – начало нагревания твердого вещества.
Точка 2 – начало плавления.
Точка 3 – конец плавления, начало нагревания жидкости.
Точка 4 – начало охлаждения жидкости.
Точка 5 – начало отвердевания (кристаллизации).
Точка 6 – конец отвердевания, начало охлаждения твердого вещества.
Ответ:
3) 5
5. Относительная влажность воздуха в помещении равна 60%. Разность в показаниях сухого и влажного термометра 4 °С. Пользуясь психрометрической таблицей, определите показания сухого термометра.
Дано:
Относительная влажность воздуха: \(\varphi = 60\%\)
Разность показаний сухого и влажного термометра: \(\Delta t = t_{сух} - t_{влаж} = 4^\circ\text{С}\)
Найти:
Показания сухого термометра: \(t_{сух}\) – ?
Решение:
Для решения этой задачи воспользуемся психрометрической таблицей.
Нам известна относительная влажность (60%) и разность температур (4°С). Нам нужно найти температуру сухого термометра.
В таблице находим столбец, соответствующий разности показаний сухого и влажного термометров 4°С.
Затем в этом столбце ищем значение относительной влажности 60%.
Напротив этого значения в первом столбце "Показания сухого термометра, °С" будет искомая температура.
Посмотрим на таблицу:
| Показания сухого термометра, °С | Разность показаний сухого и влажного термометра, °С | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 10 | 100 | 88 | 76 | 65 | 54 | 44 | 34 | 24 | 14 | 5 |
| 12 | 100 | 89 | 78 | 68 | 57 | 48 | 38 | 29 | 20 | 11 |
| 14 | 100 | 89 | 79 | 70 | 60 | 51 | 42 | 34 | 25 | 17 |
| 16 | 100 | 90 | 81 | 71 | 62 | 54 | 45 | 37 | 30 | 22 |
| 18 | 100 | 91 | 82 | 73 | 65 | 56 | 49 | 41 | 34 | 26 |
| 20 | 100 | 91 | 83 | 74 | 66 | 59 | 51 | 44 | 37 | 30 |
| 22 | 100 | 92 | 83 | 76 | 68 | 61 | 54 | 47 | 40 | 33 |
Ищем в столбце "4" значение 60. Оно находится в строке, где показания сухого термометра 14°С.
Ответ:
1) 14°С