Мод.1,2,3-3ур.-осн.-08. Мод.1,2,3-3ур.-осн. Сборник тестовых контрольных заданий (модулей) по физике 3го уровня сложности Утверждено Редакционно издательским советом

• Название: Сборник тестовых контрольных заданий (модулей) по физике 3го уровня сложности Утверждено Редакционно издательским советом
• Анкор: Мод.1,2,3-3ур.-осн.-08.doc
• Дата: 04.03.2018
• Размер: 2.81 Mb.
• Имя файла: Мод.1,2,3-3ур.-осн.-08.doc
• Тип: Сборник тестов; #16212
• страница: 11 из 13

Вариант № 7

1. Какую энергию надо затратить, чтобы выдуть мыльный пузырь диаметром 12 см?

Ответ: а) ΔW=3,82 мДж; б) ΔW=3,72 мДж; в) ΔW=3,62 мДж;

г) ΔW=3,52 мДж; д) ΔW=3,42 мДж.
2. Стеклянная капиллярная трубка, диаметр внутренего канала которой d=0,2 мм, а длина h_o=20 см, опускается в вертикальном положении в воду. Верхний конец трубки запаян (рис. 1). Какой отрезок x трубки должен находиться под водой,чтобы уровень воды в капилляре и вне его был одинаков? Давление воздуха p=750 мм рт. ст.

Ответ: а) x=2,8 мм; б) x=3,8 мм; в) x=4,8 мм; г) x=5,8 мм; д) x=6,8 мм.
3. Баллон емкостью V=15 л содержит смесь водорода и азота при температуре t=27 ^oC и давлении p=12,3 атм. Масса смеси 145 г. Определить массу азота.

Ответ: а) m=160 г; б) m=150 г; в) m=140 г; г) m=130 г; д) m=120 г.
4. Считая, что в воздухе содержится 23,6 весовых % кислорода и 76,4 весовых % азота. Смесь находится при давлении 750 мм рт. ст. и температуре 13 ^oС. Найти парциальное давление кислорода при этих условиях.

Ответ: а) p^'=23,9 кПа; б) p^'=22,9 кПа; в) p^'=21,9 кПа; г) p^'=20,9 кПа;

д) p^'=19,9 кПа.
5. Оценить среднюю длину свободного пробега <λ> молекул водорода при нормальных условиях.

Ответ: а) <λ>=1,510^-7 м; б) <λ>=1,410^-7 м; в) <λ>=1,310^-7 м;

г) <λ>=1,210^-7 м; д) <λ>=1,110^-7 м.
6. Двигатель Дизеля имеет степень адиабатического сжатия, равную 16, и степень адиабатического расширения, равную 6,4. Какое минимальное количество нефти потребляет двигатель в час, если мощность двигателя 50 кВт. Показатель политропы 1,3 и теплотворная способность топлива 4,610⁷ Дж/кг?

Ответ: а) m=3,3 кг; б) m=4,3 кг;

в) m=5,3 кг; г) m=6,3 кг; д) m=7,3 кг.
7. Идеальный многоатомный газ совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар (рис. 2), причём наибольшее давление газа в два раза больше наименьшего, а наибольший объём в четыре раза больше наименьшего. Определить термический КПД цикла.

Ответ: а) η=0,17; б) η=0,15; в) η=0,13; г) η=0,11; д) η=0,09.
8. Киломоль гелия занимает объем 237 литров при температуре t=-200 ⁰С. Найти давление газа, пользуясь уравнением Ван-дер-Ваальса в приведенных величинах.

Ответ: а) p=2610⁵ Па; б) p=2510⁵ Па; в) p=2410⁵ Па; г) p=2310⁵ Па;

д) p=2210⁵ Па.
9. Найти зависимость коэффициента внутреннего трения азота от температуры.

Ответ: а) η=bT^-1/2; б) η=bT^1/2; в) η=bT; г) η=bT²; д) η=bT^-2.
10. Зазор между двумя концентрическими сферами заполнен однородным изотропным веществом (рис. 3). Радиусы сфер равны r₁=10 см, r₂=12 см. Поверхность внутренней сферы поддерживается при температуре Т₁=320 К, поверхность внешней – при температуре Т₂=300 К. В этих условиях от внутренней сферы к внешней распространяется установившийся тепловой поток dQ/dt=2 кВт. Считая коэффициент теплопроводности вещества не зависящим от температуры, определить его значение.

Ответ: а) χ=13,3 Вт/(мК); б) χ=14,3 Вт/(мК); в) χ=15,3 Вт/(мК);

г) χ=16,3 Вт/(мК); д) χ=17,3 Вт/(мК).
Вариант № 8

1. В сосуд с ртутью частично погружены две вертикальные и параллельные друг другу стеклянные пластинки. Расстояние между пластинками 1 мм (рис. 1). Определить разность уровней ртути в сосуде и между пластинками, если краевой угол равен 138⁰.

Ответ: а) Δh=5,55 мм; б) Δh=5,65 мм;

в) Δh=5,75 мм; г) Δh=5,85 мм; д) Δh=5,95 мм.
2. На сколько нагреется капля ртути, полученная от слияния двух капель радиусом 1 мм каждая?

Ответ: а) ΔT=2110^-5 К; б) ΔT=1910^-5 К; в) ΔT=1710^-5 К; г) ΔT=1510^-5 К; д) ΔT=1310^-5 К.
3. На поверхности Венеры температура и атмосферное давление соответственно равны 750 К и 9120 кПа. Найти плотность атмосферы у поверхности планеты, считая, что она состоит из углекислого газа.

Ответ: а) ρ=69 кг/м³; б) ρ=71 кг/м³; в) ρ=73 кг/м³; г) ρ=75 кг/м³; д) ρ=77 кг/м³.
4. Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, находится в баллоне под давлением 10 атм. Считая, что масса кислорода составляет 20% от массы смеси, определить парциальное давление кислорода.

Ответ: а) p^'=0,18 МПа; б) p^'=0,19 МПа; в) p^'=0,20 МПа; г) p^'=0,21 МПа;

д) p^'=0,22 МПа.
5. Оценить время между двумя соударениями для молекул водорода при нормальных условиях.

Ответ: а) =6,210^-11; б) =6,310^-11; в) =6,410^-11; г) =6,510^-11 с; д) =6,610^-11 с.
6. Водород массой 6,6 г расширяют изобарически до удвоения объёма. Найти изменение энтропии при этом расширении.

Ответ: а) ΔS=70,5 Дж/К; б) ΔS=69,5 Дж/К; в) ΔS=68,5 Дж/К;

г) ΔS=67,5 Дж/К; д) ΔS=66,5 Дж/К.
7. Водород массой m=100 г был изобарически нагрет так, что его объём увеличился в 3 раза, затем водород был изохорически охлаждён так, что давление его уменьшилось в 3 раза (рис. 2). Найти изменение энтропии в ходе указанных процессов.

Ответ: а) ΔS=497 Дж/К; б) ΔS=487 Дж/К;

в) ΔS=477 Дж/К; г) ΔS=467 Дж/К; д) ΔS=457 Дж/К.
8. При температуре 27 ^оС углекислый газ занимает объем 0,5 м³. Определить разность молярных теплоемкостей газа. Газ рассматривать как реальный. Поправки «а» и «b» принять равными соответственно 0,361 Нм⁴/моль² и 4,2810^-5 м³/моль.

Ответ: а) C_p-C_V=8,32 Дж/(мольК); б) C_p-C_V=8,42 Дж/(мольК);

в) C_p-C_V=8,52 Дж/(мольК); г) C_p-C_V=8,62 Дж/(мольК);

д) C_p-C_V=8,72 Дж/(мольК).
9. Какой наибольшей скорости может достичь дождевая капля диаметром 0,3 мм? Диаметр молекулы воздуха принять d=310^-10 м, температура воздуха 0 ^oС. Считать, что для каждой дождевой капли справедлив закон Стокса.

Ответ: а) v_max=2,42 м/с; б) v_max=2,52 м/с; в) v_max=2,62 м/с; г) v_max=2,72 м/с; д) v_max=2,82 м/с.
10. Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был изотермическим.

Ответ: а) η₁/η₂=1; б) η₁/η₂=2; в) η₁/η₂=3; г) η₁/η₂=4; д) η₁/η₂=5.
Вариант № 9

1. Капиллярная трубка диаметром 0,5 мм заполнена водой (рис. 1). На нижнем конце трубки вода повисла в виде капли. Эту каплю можно принять за часть сферы радиусом 3 мм. Найти высоту столбика воды в трубке

Ответ: а) h=6,67 см; б) h=6,57 см; в) h=6,47 см;

г) h=6,37 см; д) h=6,27 см.
2. Вертикально расположенный стеклянный капилляр длиной =10 см и радиусом r=0,1 мм запаян с верхнего конца. На какую высоту h поднимается вода в капилляре (рис. 2), если его нижний конец привести в соприкосновение с поверхностью жидкости? Атмосферное давление принять равным p=10⁵ Па, плотность воды =10³ кг/м³, коэффициент поверхностного натяжения =7310^-3 Н/м.

Ответ: а) h=1,44 мм; б) h=1,34 мм; в) h=1,24 мм; г) h=1,14 мм; д) h=1,04 мм.
3. В цилиндре дизельного двигателя автомобиля КАМАЗ температура воздуха в начале такта сжатия была 50 ^oС. Найти температуру воздуха в конце такта, если его объем уменьшается в 17 раз, а давление возрастает в 50 раз.

Ответ: а) Т₂=970 К; б) Т₂=960 К; в) Т₂=950 К; г) Т₂=940 К; д) Т₂=930 К.
4. Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, находится в баллоне под давлением 10 атм. Считая, что масса кислорода составляет 20% от массы смеси, определить парциальное давление азота.

Ответ: а) p^'=0,92 МПа; б) p^'=0,82 МПа; в) p^'=0,72 МПа; г) p^'=0,62 МПа;

д) p^'=0,52 МПа.
5. Оценить среднюю длину свободного пробега <λ> протонов космических лучей в Галактике. Считать, что средняя плотность межзвездного газа 10⁴ м^-3, масса протона практически равна массе атома водорода. Радиус протона r 10^-15 м.

Ответ: а) <λ>=5,6910²⁴ м; б) <λ>=5,6710²⁴ м; в) <λ>=5,6510²⁴ м;

г) <λ>=5,6310²⁴ м; д) <λ>=5,6110²⁴ м.
6. В результате нагревания 22 г азота его абсолютная температура увеличилась в 1,2 раза, а энтропия увеличилась на 4,19 Дж/К. При каких условиях производилось нагревание?

Ответ: а) T=const; б) V=const; в) p=const; г) pV=const; д) pV^γ=const.
7. Лёд массой m₁=1 кг при температуре t₁=0 ^oC был превращён в воду той же температуры с помощью пара, имеющего температуру t₂=100 ^oС. Определить изменение энтропии системы лёд – пар.

Ответ: а) ΔS=5,72 кДж/К; б) ΔS=5,72 кДж/К;

в) ΔS=5,62 кДж/К; г) ΔS=5,52 кДж/К; д) ΔS=5,42 кДж/К.
8. Два теплоизолированных баллона соединены краном. В баллоне, объем которого V₁=1 м³, находится киломоль углекислого газа (рис. 3). Во втором баллоне, объем которого V₂=2 м³, откачен до высокого вакуума. Кран открывают и газ адиабатически расширяется. Найти приращение внутренней энергии газа ΔU. Газ считать реальным. Известны: поправки а=0,361 Нм⁴/моль², b=4,2810^-5 м³/моль и молярная темлоемкость C_V=28,710³ Дж/(кмольК).

Ответ: а) ΔU=10 Дж; б) ΔU=0; в) ΔU=20 Дж; г) ΔU=30 Дж; д) ΔU=40 Дж.
9. Самолет летит со скоростью 360 км/час. Найти касательную силу, действующую на каждый квадратный метр поверхности крыла. Считать, что слой воздуха у крыла самолета, увлекаемый вследствие вязкости равен 4 см. Диаметр молекулы воздуха принять равным d=310^-10 м.

Ответ: а) F/S=0,68 Н/м²; б) F/S=0,58 Н/м²; в) F/S=0,48 Н/м²;

г) F/S=0,38 Н/м²; д) F/S=0,28 Н/м².
10. Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был изобарическим.

Ответ: а) η₂/η₁=1,41; б) η₂/η₁=1,31; в) η₂/η₁=1,21; г) η₂/η₁=1,11;

д) η₂/η₁=1,01.
Вариант № 10

1. Каков должен быть внутренний диаметр капилляра, чтобы при полном смачивании вода в нем поднялась на 2 см? Задачу решить для случая, когда капилляр находится на Земле.

Ответ: а) d=1,9 мм; б) d=1,8 мм; в) d=1,7 мм; г) d=1,6 мм; д) d=1,5 мм.
2. На какую высоту h поднимается вода между двумя вертикальными стеклянными пластинками, частично погруженными в эту жидкость, если расстояние между ними d=0,5 мм (рис. 1)? Для воды σ=7310^-3 Н/м. Краевой угол в этом случае можно считать равным 0^о.

Ответ: а) h=6 см; б) h=5 см; в) h=4 см; г) h=3 см; д) h=2 см.
3. Баллон емкостью 20 л содержит азот под давлением 25 атм. Баллон емкостью 44 л содержит кислород под давлением 16 атм. Оба баллона были соединены между собой, и оба газа смешались, образовав однородную смесь (без изменения температуры). Найти полное давление смеси.

Ответ: а) p=14,8 атм; б) p=15,8 атм; в) p=16,8 атм; г) p=17,8 атм;

д) p=18,8 атм.
4. При некоторых условиях 40% молекул водорода распались на атомы. Найти удельную теплоемкость c_p такого водорода.

Ответ: а) c_p=19,4 кДж/кг; б) c_p=20,4 кДж/кг; в) c_p=21,4 кДж/кг;

г) c_p=22,4 кДж/кг; д) c_p=23,4 кДж/кг.
5. Оценить время между двумя соударениями для протонов космических лучей в Галактике. Считать, что средняя плотность межзвездного газа 10⁴ м^-3, масса протона практически равна массе атома водорода. Радиус протона r 10^-15 м.

Ответ: а) =510²¹ с; б) =410²¹ с; в) =310²¹ с; г) =210²¹ с;

д) =110²¹ с.
6. В цилиндре под поршнем находится кислород массой 0,016 кг при температуре T₁=300 К. Газ сначала расширился адиабатически, увеличив свой объём в 5 раз, а затем был сжат изотермически, причем его объём уменьшился в 5 раз. Найти температуру в конце адиабатического расширения.

Ответ: а) Т=168 К; б) Т=158 К; в) Т=148 К; г) Т=138 К;

д) Т=128 К.
7. В цилиндре, закрытом с обоих концов и наполненном воздухом, находится поршень, разделяющий пространство в цилиндре на две равные половины (рис. 2). Давление воздуха на обе стороны поршня равно p₀=1 атм. Поршень отклоняется от положения равновесия на незначительное расстояние и начинает совершать колебательные движения, причем процессы в газе можно считать адиабатными. Определить период колебаний, если масса поршня равна m=1,5 кг; расстояние от поршня до стенки равно ℓ=20 см и площадь поршня S=100 см². Трение ничтожно мало.

Ответ: а) Т=0,095 с; б) Т=0,085 с; в) Т=0,075 с; г) Т=0,065 с; д) Т=0,055 с.
8. Два теплоизолированных баллона соединены краном (рис. 3). В одном баллоне, объем которого V₁=1 м³, находится киломоль углекислого газа. Второй баллон, объем которого V₂=2 м³, откачен до высокого вакуума. Кран открывают и газ адиабатически расширяется. Найти работу А_i, совершенную газом против внутреннего давления. Газ считать реальным. Известны: поправки а=0,361 Нм⁴/моль², b=4,2810^-5 м³/моль и молярная темлоемкость C_V=28,710³ Дж/(кмольК).

Ответ: а) A_i=-0,261 Дж; б) A_i=-0,251 Дж; в) A_i=-0,241 Дж; г) A_i=-0,231 Дж;

д) A_i=-0,221 Дж.
9. Найти зависимость коэффициента теплопроводности водорода от температуры.

Ответ: а) χ=αТ^-1/2; б) χ=αТ^1/2; в) χ=αТ; г) χ=αТ^-2; д) χ=αТ².
10. Как изменится вязкость двухатомного газа, состояние которого далеко от вакуума, при уменьшении объема в два раза, если процесс перехода был адиабатическим.

Ответ: а) η₁/η₂=1,35; б) η₁/η₂=1,25; в) η₁/η₂=1,15; г) η₁/η₂=1,05;

д) η₁/η₂=0,95.
Вариант № 11

1. В стеклянный капилляр с внутренним каналом диаметром d₁=2 мм (рис. 1) вставлена стеклянная палочка диаметром d₂=1,5 мм так, что просвет в канале всюду одинаков. Определить высоту капиллярного поднятия воды в канале.

Ответ: а) h=7 мм; б) h=6 мм; в) h=5 мм; г) h=4 мм; д) h=3 мм.
2. Грамм ртути помещен между двумя плоскими стеклянными пластинками (рис. 2). Какую силу надо приложить к верхней пластинке, чтобы ртуть приняла форму круглой лепешки однородной толщины и радиуса R=5 см. Поверхностное натяжение ртути (при 15 ^оС) σ=48710^-3 Н/м, краевой угол между ртутью и стеклом =40^о.

Ответ: а) F=670 Н; б) F=660 Н; в) F=650 Н; г) F=640 Н; д) F=630 Н.
3. Считая, что в воздухе содержится 23,6 весовых % кислорода и 76,4 весовых % азота. Давление воздуха при температуре 13 ^oС p=750 мм рт. ст. Найти парциальное давление азота при этих условиях.

Ответ: а) p^'=80,1 кПа; б) p^'=79,1 кПа; в) p^'=78,1 кПа; г) p^'=77,1 кПа;

д) p^'=76,1 кПа.
4. При некоторых условиях 40% молекул водорода распались на атомы. Найти удельную теплоемкость c_v такого водорода.

Ответ: а) с_v=9,2 кДж/кг; б) с_v =10,2 кДж/кг; в) с_v =11,2 кДж/кг;

г) с_v =12,2 кДж/кг; д) с_v =13,2 кДж/кг.
5. Какая часть всех молекул воздуха, находящаяся при температуре 0 ⁰С и давлении 2,4 Па, проходит путь 10 мм без столкновений?

Ответ: а) ΔN/N=0,094; б) ΔN/N=0,084; в) ΔN/N=0,074; г) ΔN/N=0,064;

д) ΔN/N=0,054.
6. В цилиндре под поршнем находится кислород массой 0,016 кг при температуре T₁=300 К. Газ сначала расширился адиабатически, увеличив свой объём в 5 раз, а затем был сжат изотермически, причем его объём уменьшился в 5 раз. Найти полную работу, совершённую газом.

Ответ: а) А=0,64 кДж; б) А=0,54 кДж; в) А=0,44 кДж; г) А=0,34 кДж;

д) А=0,24 кДж.
7. Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, теоретическая диаграмма которого представлена на рисунке 3. Процесс 1–2 – сжатие горючей смеси; 2–3 – воспламенение горючей смеси; 3–4 – рабочий ход; 4–5 – падение давления при открывании выпускного клапана; 5–6 – выпуск отработанных газов; 6–1 – засасывание горючей смеси. Принимая во внимание, что процессы 1–2 и 3–4 могут считаться адиабатными и что процессы 2–3 и 4–5 могут быть заменены изохорическими процессами, вычислить максимальный КПД двигателя, если известно, что V₁/V₂=4; для горючей смеси и продуктов сгорания отношение с_p/c_V=1,3.

Ответ: а) η=0,38; б) η=0,36; в) η=0,34; г) η=0,32; д) η=0,30.
8. Два теплоизолированных баллона соединены краном. В одном баллоне, объем которого V₁=1 м³, находится киломоль углекислого газа. Второй баллон, объем которого V₂=2 м³, откачен до высокого вакуума (рис. 4). Кран открывают и газ адиабатически расширяется. Найти изменение температуры газа ΔТ. Газ считать реальным. Известны: поправки а=0,361 Нм⁴/моль², b=4,2810^-5 м³/моль и молярная темлоемкость C_V=28,710³ Дж/(кмольК).

Ответ: а) ΔT=-610^-3 К; б) ΔT=-710^-3 К; в) ΔT=-810^-3 К; г) ΔT=-910^-3 К;

д) ΔT=-1010^-3 К.
9. Какое количество тепла теряется ежечасно через окно за счет теплопроводности воздуха, заключенного между рамами? Площадь каждой рамы 4 м², расстояние между рамами 30 см. Температура помещения 18 ^oС, температура наружного пространства -20 ^oС. Диаметр молекул воздуха принять равным 310^-8 см, температуру воздуха между рамами считать равной среднему арифметическому температур помещения и наружного пространства, давление 100 кПа.

Ответ: а) Q=2,810⁴ Дж; б) Q=2,710⁴ Дж; в) Q=2,610⁴ Дж; г) Q=2,510⁴ Дж; д) Q=2,410⁴ Дж.
10. Двухатомный газ адиабатически расширяется до объема, в два раза большего начального. Определить, как изменется коэффициент теплопроводности газа. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) χ₂/χ₁=1,55; б) χ₂/χ₁=1,45; в) χ₂/χ₁=1,35; г) χ₂/χ₁=1,25; д) χ₂/χ₁=1,15.