Домашняя работа_2
.pdfМинистерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
Кафедра «Физика»
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ ПО ФИЗИКЕ №2
Вариант №___
Выполнил студент группы _________ __________________(Ф.И.О.)
Тула 2014
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы в лабораторном журнале кафедры физики Задание необходимо сдать до 23 мая 2014 года
Вариант №1
1.1. Из баллона со сжатым газом вышла половина массы. Как изменилось давление газа, если его температура понизилась в 2 раза?
1) |
увеличилось в 4 раза; |
2) увеличилось в 2 раза; |
3) |
уменьшилось в 4 раза; |
4) уменьшилось в 2 раза; |
5) |
увеличилось в 16 раз; |
6) не изменилось. |
1.2. При температуре 27оС давление газа в закрытом сосуде было 75кПа. Каким будет давление при температуре –13оС?
а) 10 кПа; б) 25 кПа; в) 35 кПа; г) 45 кПа; д) 65кПа. 1.3. Укажите неверное утверждение:
а) при нагревании одинакового количества вещества одноатомного и двухатомного газов внутренняя энергия второго увеличивается больше; б) количество теплоты, необходимое для нагревания газа на одинаковую температуру, больше при изобарном процессе, чем при изохорном;
в) работа, совершаемая газом при изобарном расширении больше, чем изменение его внутренней энергии;
г) уравнение Майера для молярных теплоёмкостей имеет вид CV Cp R .
1.4. Три идеальных газа – одноатомный, двухатомный и многоатомный – имеют одинаковое начальное давление p 0 и объем V0
и совершают процесс адиабатического расширения. Кривые этих процессов показаны на p V диаграмме. Расширению двухатом-
ного газа соответствует кривая:
а) 1 б) 2 в) 3
г) при адиабатическом расширении p должно расти и поэтому
приведённые графики неверны 1.5. Идеальный газ совершает цикл Карно. Газ получил от нагревателя 5 кДж тепло-
ты и совершил работу 1 кДж. Чему равен КПД цикла и каково отношение температур нагревателя и холодильника?
а) η = 20%, Тн/Tх.= 1,2; б) η = 25%, Тн/Tх.= 1,25; в) η = 20%, Тн/Tх.= 1,25;
г) η = 25%, Тн/Tх.= 1,2 ?
1.6.На рисунке представлено распределение Максвелла молекул газа по проекции скорости для трёх различных идеальных газов при одной и той же температуре. Укажите график, соответствующий газу, состоящему из молекул с наименьшей массой.
1.7.На рисунке представлены графики зависимости давления от высоты для одной и той же системы идеального газа. Укажите номер кривой, соответствующий наибольшей температуре. Считать, что ускорение свободного падения и температура газа с высотой не меняются.
1.8.Идеальный газ совершает процесс, при котором величина частоты соударений его молекул со стенкой сосуда не изменяется. Уравнение такого процесса имеет вид:
|
|
|
б) |
V |
const ; |
в) VT const ; |
|
V |
const ; |
||
а) V T const ; |
г) |
||||||||||
|
|
T |
|||||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
||||
д) другое уравнение.
1.9. Для какого из приведённых газов коэффициент диффузии имеет при одинаковой температуре и давлении наименьшую величину:
а) водорода ; б) кислорода; в) углекислого газа СО2; г) метана СН4.
1.10. Идеальная тепловая машина |
работает по циклу Карно (две изо- |
|
термы 1-2 и 3-4 и две адиабаты 2-3 |
и 4-1). Как изменится энтропия ра- |
|
бочего тела в процессе адиабатического расширения 2-3? |
||
а) энтропия возрастёт; |
б) энтропия уменьшится; |
|
в) энтропия не изменится. |
|
|
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы в лабораторном журнале кафедры физики Задание необходимо сдать до 23 мая 2014 года
Вариант №2
2.1. Каждый из двух одинаковых сосудов, наполненных воздухом, при давлениях р1 и р2 имеет объем V. Сосуды соединяют трубкой, объёмом которой можно пренебречь по сравнению с объёмами сосудов. Найти установившееся давление р в сосудах, если температура воздуха не меняется:
а) p |
p1 p2 |
; б) |
p |
p1 p2 |
; в) |
p |
|
p1 p2 |
; г) p p p . |
|
|
p1 p2 |
2 |
|
|
2 p1 p2 |
1 |
2 |
|||
|
|
|
|
|
||||||
2.2. На рисунке изображена зависимость объёма для дан- |
|
|||||||||
ной массы газа от температуры. Процесс идёт в направле- |
|
|||||||||
нии, указанном стрелками. Укажите, какие процессы, из |
|
|||||||||
перечисленных ниже, изображены на рисунке: |
|
|
||||||||
а) изобарическое нагревание; |
|
|
|
|
|
|||||
б) изобарическое охлаждение; |
|
|
|
|
|
|||||
в) изохорическое увеличение давления; |
|
|
|
|||||||
г) изохорическое уменьшение давления; |
|
|
|
|||||||
д) изотермическое увеличение объёма? |
|
|
|
|||||||
Ответы: 1) а, в, г; |
2) а, б, в; |
3) б, г, д; |
4) а, б, г; |
5) а, б, д. |
||||||
2.3. Внутренняя энергия углекислого газа (двуокиси углерода), находящегося в сосуде с объёмом V под давлением р с температурой Т определяется выражением:
а) U 3pV ; |
б) U |
3 |
|
m |
RT ; |
в) U |
5 |
pV ; |
г) U |
5 |
|
m |
RT . |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
2 |
||||||
2.4. Молярная теплоёмкость изобарного процесса, совершаемого некоторым газом равна Cp 4R , где R – универсальная газовая постоянная. Такой газ будет:
а) углекислым газом; б) азотом; в) водородом; г) гелием. 2.5. На рисунке представлен прямой цикл тепловой машины в координатах T S , где T термодинамическая температура, S энтропия. Укажите участки, на которых тепло поступает в рабочее тело машины от нагревателей, и участки, где
тепло отдаётся холодильнику: |
|
|
а) |
12, 23, 45, 78, 910 – поступает; |
34, 56, 67, 89, 101 – от- |
даётся |
|
|
б) |
34, 56, 67, 89, 101 – поступает; |
12, 23, 45, 78, 910 – отдаётся |
в) |
12, 78, 910 – поступает; 34, 56 101 – отдаётся |
|
г) |
23, 45 – поступает; 67, 89, 101 – отдаётся |
|
2.6.На рисунке представлено распределение Максвелла молекул газа по проекции скорости для трёх различных идеальных газов при одной и той же температуре. Укажите график, соответствующий газу, состоящему из молекул с наибольшей массой.
2.7.В закрытой пробирке находится газ, молекула
которого имеет массу m. Пробирку вращают с угловой скоростьювокруг оси, проходящей через пробку П. Концентрация молекул газа в пробирке зависит от расстояния r до оси вращения по закону:
|
n n0 |
m 2 r2 |
|
б) n n0 |
|
|
m 2 r2 |
|
в) n n0 |
m 2 r2 |
|||||||
а) |
exp |
|
|
|
|
|
; |
exp |
|
|
; |
|
; |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
2kT |
|
|
|
|
|
|
2kT |
|
|
|
2kT |
|||
г) |
n n0 |
2kT |
|
; |
д) |
|
n const . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
m 2 r2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2.8. Частота соударений молекул газа со стенкой сосуда не будет изменяться, если газ совершает процесс, описываемый уравнением:
|
p |
const |
|
|
в) p |
const |
|
|
|
|
|
|
а) |
; |
б) p const T ; |
|
; |
г) p const T ; |
|||||||
T |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
||||
д) другое уравнение.
2.9. Перенос импульса направленного движения газа происходит в направлении вектора n ex ey . Скорость потока газа направлена вдоль вектора n ' ex ey ,
где ex и ey - единичные векторы декартовой системы координат. Градиент величи-
ны этой скорости направлен вдоль вектора:
а) ex ey |
б) ex ey |
в) ex ey |
г) ex ey |
2.10. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно (две изотермы 1-2 и 3-4 и две адиабаты 2-3 и 4-1). Как изменится энтропия рабочего тела в процессе изотермического расширения 1-2?
а) энтропия возрастёт; б) энтропия уменьшится; в) энтропия не изменится.
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы в лабораторном журнале кафедры физики Задание необходимо сдать до 23 мая 2014 года
Вариант №3
3.1. Идеальный газ совершает процесс 1 2 , изображённый на
диаграмме p-V, где |
p1 4 p2 , V2 5V1 . Что происходит с величи- |
ной температуры Т газа при таком процессе: |
|
а) Т уменьшается; |
б) Т не изменяется; |
в) Т увеличивается ?
3.2. Определите, как изменяется плотность газа при изобарическом процессе, если температура газа увеличивается в 2 раза:
а) плотность увеличивается в 4 раза; |
б) плотность уменьшается в 2 раза; |
в) плотность увеличивается в 2 раза; |
г) плотность уменьшается в 4 раза; |
д) плотность не меняется.
3.3. Один моль идеального одноатомного газа совершает процесс, при котором тем-
пература газа возрастает на |
Т, а газу передаётся тепло Q |
|
3 |
R T . Такой процесс |
|||
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
будет: |
|
|
|
|
|
||
а) адиабатическим; б) изобарическим; в) изотермическим; г) изохорическим. |
|||||||
3.4. |
Молярные теплоёмкости идеального газа в процессах 1 2 и |
||||||
1 3 равны C1 и C 2 соответственно. Их отношение C 2 C1 |
имеет |
||||||
наибольшую величину: |
|
|
|
|
|
||
а) |
для одноатомного газа |
|
б) для двухатомного газа |
||||
в) |
для трёхатомного газа |
|
|
|
|
|
|
г) |
для любого идеального газа отношение C 2 C1 одинаково |
|
|
|
|||
3.5. На рисунке представлен прямой цикл тепловой ма- |
|
|
|
||||
шины в координатах T S , где T термодинамическая |
|
|
|
||||
температура, S энтропия. Укажите участки, на которых |
|
|
|
||||
тепло поступает в рабочее тело машины от нагревателей, и |
|
|
|
||||
участки, где тепло отдаётся холодильнику: |
|
|
|
||||
а) |
23, 45, 67 – поступает; |
89, 101 – отдаётся |
|
|
|
||
б) |
12, 910 – поступает; 34, 56, 78 – отдаётся |
|
|
|
|||
в) |
12, 23, 45, 67, 910 – поступает; |
34, 56, 78, 89, 101 – отдаётся |
|||||
г) |
12, 23, 34, 45, 56, 67 – поступает; |
78, 89, 910, 101 – отдаётся |
|||||
3.6. Величина функции распределения Максвелла fМ v молекул идеального газа
по величинам скоростей имеет величину 6 |
|
m |
exp 1,5 , если значение скоро- |
|||
|
|
|||||
2 kT |
||||||
сти v совпадает с: |
|
|
|
|||
а) наиболее вероятной скоростью молекул газа; |
|
|
|
|||
б) средней скоростью молекул газа; |
|
|
|
|||
в) средней квадратичной скоростью молекул газа; |
|
|
|
|||
г) такое значение функции распределения Максвелла невозможно. |
|
|||||
3.7. Логарифм ln n концен- |
|
|
|
|||
трации молекул газа в ат- |
|
|
|
|||
мосфере планеты зависит |
|
|
|
|||
от высоты h над поверхно- |
|
|
|
|||
стью планеты следующим |
|
|
|
|||
образом (выберите правильный график): а) 1; б) 2; |
в) 3; |
г) 4. |
||||
3.8. После изотермического расширения газа в 4 раза число соударений его молекул о единицу поверхности стенки сосуда за единицу времени:
а) увеличилось в 4 раза; |
б) увеличилось в 2 раза; |
в) не изменилось; |
|||
г) уменьшилось в 2 раза; |
д) уменьшилось в 4 раза ? |
||||
3.9. |
Величина концентрации молекул газа возрастает в направлении n ex ey , где |
||||
ex , |
ey , ez единичные векторы декартовой системы координат. Это приводит к |
||||
появлению переноса массы в направлении: |
|
||||
а) ex ey |
б) ex ey |
в) ez |
г) ez |
||
3.10. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно (две изотермы 1-2 и 3-4 и две адиабаты 2-3 и 4-1). Как изменится энтропия рабочего тела за один цикл работы тепловой машины?
а) энтропия возрастёт; б) энтропия уменьшится; в) энтропия не изменится.
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы в лабораторном журнале кафедры физики Задание необходимо сдать до 23 мая 2014 года
Вариант №4
4.1. Как изменится объем газа, если увеличить его давление в 2 раза в таком процес-
се, при котором соотношение между давлением и температурой газа |
p3T const : |
||||||||||||
а) не изменится; |
б) увеличится в 4 раза; |
|
в) уменьшится в 4 раза; |
||||||||||
г) увеличится в 16 раз; |
д) уменьшится в 16 раз? |
|
|
|
|
||||||||
4.2. Газ расширен изобарически от объёма V1 до объёма V2 так, что температура при |
|||||||||||||
этом возросла на T . Какой была первоначальная температура газа Т1: |
|
||||||||||||
а) T1 |
V1 T |
; б) T1 |
V2 T |
; в) T1 |
|
V2 |
V1 T |
; г) T1 |
V2 V1 T |
. |
|||
V2 |
V1 |
V2 V1 |
|
V1 |
V2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4.3. Первоначально газ имел давление р1 |
и объём V1. Некоторый процесс приводит |
||||||||||||
этот газ в состояние с давлением р2 = р1/2 |
и с объёмом V2 = 2V1. Как изменяется |
||||||||||||
внутренняя энергия газа при этом процессе: |
|
|
|
|
|
||||||||
а) U > 0; б) U < 0; в) U = 0 ?
4.4. Молярная теплоёмкость изобарного процесса, совершаемого некоторым газом равна Cp 2,5R , где R – универсальная газовая постоянная. Такой газ будет:
а) углекислым газом; б) кислородом; в) водяным паром; г) гелием. 4.5. На рисунке представлен прямой цикл тепловой машины в координатах T S , где T термодинамическая температура,
S энтропия. Укажите участки, на которых тепло поступает в рабочее тело машины от нагревателей, и участки, где тепло отда-
ётся холодильнику: |
|
|
|
|
а) |
12, 23, 34 – поступает; 41 |
– отдаётся |
б) 12 – поступает; 34 – отдаётся |
|
в) |
12, 23 – поступает; |
34, 41 |
– отдаётся |
|
г) |
34, 41 – поступает; |
12, 23 – отдаётся |
|
|
4.6. На рисунке представлен график распределения молекул идеального газа по величинам скоростей (распределение Максвелла). Площадь заштрихованной на графике полоски равна:
а) числу молекул газа со скоростями от v до v+dv в единице объёма б) вероятность того, что молекулы имеют скорости от v до v+dv
в) |
числу молекул газа в единице объёма со скоростями, меньшими v0 |
г) |
вероятности того, что молекулы имеют скорости, меньшие чем v0 |
4.7. |
В формуле распределения Больцмана dn const exp U kT dV величина dn |
это число молекул:
а) в объёме dV, в котором величина потенциальной энергии молекулы равна U; б) с величиной потенциальной энергии от U до U+dU;
в) с энергией от |
i |
kT |
до |
i |
k T dT ; |
г) в единице объёма. |
|
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
4.8. Идеальный газ совершает процесс, при котором величина средней длины свободного пробега его молекул не изменяется. Уравнение такого процесса имеет вид:
а) p const T ; |
б) p |
const |
; |
в) p |
const |
; |
г) T |
const |
; |
д) другое уравнение. |
||||||
|
|
|
|
|
T |
|
V |
|
|
|
V |
|
|
|
||
4.9. |
Коэффициент динамической вязкости газов η зависит от температуры газа Т |
|||||||||||||||
как: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
T ; б) |
|
|
1 T ; |
д) |
|
|
|
||||||||
T ; в) η не зависит от Т; |
г) |
1 T . |
||||||||||||||
4.10. Укажите формулу для вычисления приращения энтропии идеального газа при изобарном процессе:
а) |
dU |
; б) dU pdV ; |
|
Cp dT |
pdV |
|
|
|
в) |
|
; г) |
|
; д) pdV . |
||
T |
|
T |
|||||
|
|
|
T |
|
|||
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы в лабораторном журнале кафедры физики Задание необходимо сдать до 23 мая 2014 года
Вариант №5
5.1. Имеются 2 сосуда с объёмами V и 2V.В первом находится 1кмоль, а во втором – 4 кмоль газа. Если давление в обоих сосудах одинаковое, то каково соотношение температур этих газов?
а) T T |
1 |
; |
б) |
T1 |
2 ; |
в) |
T1 |
|
2 |
; |
г) |
T1 |
|
1 |
; |
д) |
T1 |
|
1 |
. |
|
1 |
2 |
2 |
|
|
T2 |
|
|
T2 |
3 |
|
|
T2 |
2 |
|
|
T2 |
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
5.2.Газ расширяется при нагревании под поршнем массы m, который сверху находится под атмосферным давлением. Какой из указанных процессов имеет место?
а) изотермический; б) адиабатный; в) изохорный; г) изобарный; д) другой.
5.3.При адиабатическом сжатии двух граммов гелия, молярная масса которого
4 г/моль, совершена работа, равная 600 Дж. R = 8,31 Дж/К·моль. Изменение тем-
пературы гелия в этом процессе равно:
а) +48 К; б) –72 К; в) –24 К; г) 0 К; д) +96 К.
5.4. Молярные теплоёмкости кислорода в процессах 1 2 и 1 3
равны C1 и C 2 |
соответственно. Их отношение C 2 |
C1 равно: |
|||||
а) |
3 |
б) 5 |
3 |
в) 5 |
7 |
г) |
7 |
|
5 |
|
|
|
5 |
||
5.5. Идеальный газ совершает циклический процесс 1-2-3-1, как показано на рисунке, где процессы 2-3 - изохорический, а 3-1 - изотермический. Площадь S2 фигуры 1-2-3 равна 10 Дж, а пло-
щадь S1 фигуры 1-3-В-А равна 15 Дж.
В цикле 1-2-3-1 разность полученного от нагревателя и отданного холодильнику газом тепла равна:
а) 15 Дж б) 10 Дж в) 5 Дж г) 25 Дж