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: 12 из 13

Вариант № 12

1. 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.
2. Определить глубину h ртутной лужицы на плоском горизонтальном стекле. Поперечные размеры лужицы велики по сравнению с ее глубиной (рис. 2). Поверхностное натяжение ртути на границе с воздухом σ=49010^-3 Н/м, краевой угол на стекле =140^о. Плотность ртути ρ=13,610³ кг/м³.

Ответ: а) h=3,6 мм; б) h=4,6 мм; в) h=5,6 мм; г) h=6,6 мм; д) h=7,6 мм.
3. Считая, что в воздухе содержится 23,6 весовых % кислорода и 76,4 весовых % азота. Найти парциальное давление кислорода при давлении 750 мм рт. ст. и температуре 13 ^oС.

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.

4. Найти удельную теплоемкость при постоянном давлении газовой смеси, состоящей из 3 киломолей аргона и 2 киломолей азота.

Ответ: а) c_p=0,3 кДж/(кгК); б) c_p=0,4 кДж/(кгК); в) c_p=0,5 кДж/(кгК);

г) c_p=0,6 кДж/(кгК); д) c_p=0,7 кДж/(кгК).
5. Плотность газа увеличили в 3 раза, а температуру газа уменьшили в 4 раза. Как изменилось число столкновений молекул в единицу времени?

Ответ: а) 2>/1>=1,1; б) 2>/1>=1,2; в) 2>/1>=1,3; г) 2>/1>=1,4; д) 2>/1>=1,5.
6. Идеальный многоатомный газ совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар (рис. 3), 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.
7. Определить изменение энтропии при нагревании 30 см³ железа от 20 ^оС до 100 ^оС.

Ответ: а) ΔS=2,5 Дж/К; б) ΔS=2,6 Дж/К; в) ΔS=2,7 Дж/К; г) ΔS=2,8 Дж/К;

д) ΔS=2,9 Дж/К.
8. Некоторый газ (ν=0,25 кмоль) занимает объем V₁=1 м³. При расширении газа до объема V₂=1,2 м³ была совершена работа против сил межмолекулярного притяжения, равная 1,42 кДж. Определить поправку «а», входящую в уравнение Ван-дер-Ваальса.

Ответ: а) а=0,176 Нм⁴/моль²; б) а=0,166 Нм⁴/моль²; в) а=0,156 Нм⁴/моль²;

г) а=0,146 Нм⁴/моль²; д) а=0,136 Нм⁴/моль².
9. Зазор между двумя концентрическими сферами заполнен однородным изотропным веществом (рис. 4). 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).
10. Двухатомный газ адиабатически расширяется до объема, в два раза большего начального. Определить, как изменется коэффициент диффузии газа. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) D₁/D₂=1,84; б) D₁/D₂=1,74; в) D₁/D₂=1,64; г) D₁/D₂=1,54;

д) D₁/D₂=1,44.
Вариант № 13

1. 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.
2. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла космической ракеты равна 2,0 км/с, температура 600 ^оС. Определить температуру в камере сгорания. Считать, что топливо сгорает полностью и из сопла вытекает углекислый газ.

Ответ: а) Т=2900 К; б) Т=3000 К; в) Т=3100 К; г) Т=3200 К; д) Т=3300 К.
3. 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.
4. Некоторая установка, выделяющая мощность 30 кВт, охлаждается проточной водой, текущей по спиральной трубке диаметром 15 мм. При установившемся режиме проточная вода нагревается на 15 ^oС. Определить скорость воды, предполагая, что вся выделяемая мощность установки идет на нагрев воды.

Ответ: а) v=2,5 м/с; б) v=2,6 м/с; в) v=2,7 м/с; г) v=2,8 м/с; д) v=2,9 м/с.

5. В 1 см³ атомарного водорода при нормальных условиях содержится 2710¹⁹ атомов. Оцените время, в течение которого часть атомов водорода (0,1) превращается в молекулы. Считать, что каждое столкновение двух атомов приводит к образованию молекулы. Радиус атома водорода 0,06 нм.

Ответ: а) t=6,410^-12 с; б) t=5,410^-12 с; в) t=4,410^-12 с; г) t=3,410^-12 с;

д) t=2,410^-12 с.
6. 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. 1). 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.
7. Смешиваются V₁=5 л и V₂=3 л двух разнородных, химически не реагирующих газов, имеющих одинаковую температуру Т=300 К и давление 1,0110⁵ Па. Определить происходящее при этом изменение энтропии.

Ответ: а) ΔS=1,8 Дж/К; б) ΔS=1,6 Дж/К; в) ΔS=1,4 Дж/К; г) ΔS=1,2 Дж/К;

д) ΔS=1,0 Дж/К.
8. Азот (ν=3 моль) расширяется в вакуум, в результате чего объем газа увеличивается от V₁=1 л до V₂=5 л. Какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы его температура осталась неизменной? Поправка а=0,135 Нм⁴/моль².

Ответ: а) Q=942 Дж; б) Q=952 Дж; в) Q=962 Дж; г) Q=972 Дж; д) Q=982 Дж.
9. 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.
10. Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличилось в десять раз. Определить, как изменится длина свободного пробега молекул газа. Сжатие происходит изотермически. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) <λ₁>/<λ₂>=7; б) <λ₁>/<λ₂>=8; в) <λ₁>/<λ₂>=9; г) <λ₁>/<λ₂>=10;

д) <λ₁>/<λ₂>=11.
Вариант № 14

1. 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. 1), 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=1,4 мм; б) h=1,3 мм; в) h=1,2 мм; г) h=1,1 мм; д) h=1,0 мм.
2. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла космической ракеты равна 2,0 км/с, температура 600 ^оС. Определить предельный КПД. Считать, что топливо сгорает полностью и из сопла выходит углекислый газ.

Ответ: а) η=71%; б) η=73%; в) η=75%; г) η=77%; д) η=79%.
3. 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.
4. Полагая, что воздух (μ=29 кг/моль) состоит в основном из кислорода и азота, определить процентное содержание кислорода в атмосфере.

Ответ: а) ε_к=24,5%; б) ε_к=25,5%; в) ε_к=26,5%; г) ε_к=27,5%; д) ε_к=28,5%.
5. В баллоне, объем которого 105 л, находится водород при температуре 0 ⁰С давление водорода 100 кПа. Найти число молекул водорода, скорости которых лежат в интервале от v₁=1,19 км/с до v₂=1,24 км/с при температуре 0 ^oС.

Ответ: а) ΔN=0,2210²²; б) ΔN=0,2010²²; в) ΔN=0,1810²²; г) ΔN=0,1610²²; д) ΔN=0,1410²².
6. 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.
7. Насыщающий водяной пар при давлении 14 кг/см² адиабатно расширяется до давления 0,2 кг/см². Какой процент пара конденсируется при этом?

Ответ: а) ε=21%; б) ε=23%; в) ε=25%; г) ε=27%; д) ε=29%.
8. Углекислый газ массой 88 г занимает при температуре 290 К объем 1000 см³. Определить внутреннюю энергию газа, если газ рассматривать как реальный.

Ответ: а) U=17 кДж; б) U=15 кДж; в) U=13 кДж; г) U=11 кДж; д) U=9 кДж.
9. 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.
10. Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличилось в десять раз. Определить, как изменится длина свободного пробега молекул газа. Сжатие происходит адиабатически. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) <λ₁>/<λ₂>=5,2; б) <λ₁>/<λ₂>=5,3; в) <λ₁>/<λ₂>=5,4; г) <λ₁>/<λ₂>=5,5; д) <λ₁>/<λ₂>=5,6.
Вариант № 15

1. 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.
2. Начальная масса ракеты 30 тонн, начальное ускорение равно 3g. У ракеты четыре сопла диаметром 20 см каждое. Найти начальный расход топлива (вместе с окислителем), если скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракеты равна 2,0 км/с, температура 600 ^оС. Считать, что топливо сгорает полностью и из сопла вытекает углекислый газ.

Ответ: а) μ=558 кг/с; б) μ=568 кг/с; в) μ=578 кг/с; г) μ=588 кг/с; д) μ=598 кг/с.
3. При некоторых условиях 40% молекул водорода распались на атомы. Найти удельную теплоемкость c_p такого водорода.

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

г) с_p=22,4 кДж/кг; д) с_p=23,4 кДж/кг.
4. Пологая, что воздух (μ=29 кг/моль) состоит в основном из кислорода и азота, определить процентное содержание азота в атмосфере.

Ответ: а) ε_а=72,5%; б) ε_а=73,5%; в) ε_а=74,5%; г) ε_а=75,5%; д) ε_а=76,5%.
5. В баллоне, объем которого 105 л, находится водород при температуре 0 ⁰С, давление водорода – 100 кПа. Найти число молекул водорода, скорости которых лежат в интервале от v₁=1,19 км/с до v₂=1,24 км/с при температуре 3000 К.

Ответ: а) ΔN=0,1010²²; б) ΔN=0,0910²²; в) ΔN=0,0810²²; г) ΔN=0,0710²²; д) ΔN=0,0610²².
6. В цилиндре, закрытом с обоих концов и наполненном воздухом, находится поршень, разделяющий пространство в цилиндре на две равные половины. Давление воздуха на обе стороны поршня равно p₀=1 атм (рис. 2). 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.
7. Определить изменение энтропии некоторого количества воды, имеющей температуру 20 ^оС, при увеличении ее поверхности S на 1 см².

Ответ: а) ΔS=1,94 мДж/м²; б) ΔS=1,74 мДж/м²; в) ΔS=1,54 мДж/м²;

г) ΔS=1,34 мДж/м²; д) ΔS=1,14 мДж/м².
8. Кислород (ν=2 моль) занимает объем V₁=1 л. Определить изменение температуры кислорода, если он адиабатически расширяется в вакууме до объема V₂=10 л. Поправка а=0,136 Нм⁴/моль².

Ответ: а) ΔТ=-10,8 К; б) ΔТ=-11,8 К; в) ΔТ=-12,8 К; г) ΔТ=-13,8 К;

д) ΔТ=-14,8 К.
9. 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.
10. Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличилось в десять раз. Определить, как изменится коэффициент динамической вязкости газа. Сжатие происходит изотермически. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) η₁/η₂=1,1; б) η₁/η₂=1,0; в) η₁/η₂=0,9; г) η₁/η₂=0,8; д) η₁/η₂=0,7.
Вариант № 16

1. Грамм ртути помещен между двумя плоскими стеклянными пластинками. Какую силу надо приложить к верхней пластинке, чтобы ртуть приняла форму круглой лепешки однородной толщины и радиусом R=5 см (рис. 1). 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.
2. Начальная масса ракеты 30 т, начальное ускорение равно 3g. У ракеты четыре сопла диаметром 20 см каждое. Найти плотность газа на выходе из сопла. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракеты равна 2,0 км/с, температура 600 ^оС. Считать, что топливо сгорает полностью и из сопла вытекает углекислый газ.

Ответ: а) ρ=2,14 кг/м³; б) ρ=2,24 кг/м³; в) ρ=2,34 кг/м³; г) ρ=2,44 кг/м³;

д) ρ=2,54 кг/м³.

3. При некоторых условиях 40% молекул водорода распались на атомы. Найти удельную теплоемкость c_v такого водорода.

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

г) c_v=12,2 кДж/кг; д) c_v=13,2 кДж/кг.
4. В баллоне объемом 0,2 м³ находится газ под давлением 10⁵ Па при температуре 290 К. После подкачивания газа давление повысилось до 310⁵ Па, а температура увеличилась до 320 К. На сколько увеличилось число молекул газа?

Ответ: а) ΔN=8,210²³; б) ΔN=8,310²³; в) ΔN=8,410²³; г) ΔN=8,510²³;

д) ΔN=8,610²³.
5. Какая часть молекул газа имеет кинетическую энергию поступательного движения, отличающуюся от средней кинетической энергии поступательного движения молекул не более чем на 1%.

Ответ: а) Δn/n=0,93%; б) Δn/n=0,94%; в) Δn/n=0,95%; г) Δn/n=0,96%;

д) Δn/n=0,97%.
6. Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, теоретическая диаграмма которого представлена на риунке 2. 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.
7. Рабочее тело (идеальный газ) теплового двигателя совершает цикл, состоящий из последующих процессов: изобарного, адиабатического и изотермического. В результате изобарного процесса газ нагревается от Т₁=300 К до Т₂=600 К. Определить термический КПД теплового двигателя (рис. 3).

Ответ: а) η=38,7%; б) η=36,7%;

в) η=34,7%; г) η=32,7%; д) η=30,7%.
8. Азот (ν=2 моль) адиабатически расширяется в вакуум. Температура газа при этом уменьшается на 1 К. Определить работу, совершаемую газом против межмолекулярных сил притяжения.

Ответ: а) А=83,1 Дж; б) А=84,1 Дж; в) А=85,1 Дж; г) А=86,1 Дж; д) А=87,1 Дж.
9. 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.
10. Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличилось в десять раз. Определить, как изменится коэффициент динамической вязкости газа. Сжатие происходит адиабатически. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) η₁/η₂=1,59; б) η₁/η₂=1,49; в) η₁/η₂=1,39; г) η₁/η₂=1,29;

д) η₁/η₂=1,19.