Практикум по решению физических задач



страница1/13
Дата26.06.2016
Размер2.22 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный гуманитарный университет»

(МГГУ)

Учебно-методический комплекс ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Р.4. ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

(ШИФР ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ НАЗВАНИЕ В СТРОГОМ СООТВЕТСТВИИ С ГОСУДАРСТВЕННЫМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ СТАНДАРТОМ И УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ)



ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ(специальностям)

050202 Информатика со специализацией «Системный администратор учебных компьютерных сетей»
(код и наименование специальности/тей)


Утверждено на заседании кафедры

Физики и МОФ

физико-математического факультета

(протокол №___ от _______ 2011 г.)


Зав. кафедрой
___________________В.С. Шолохов


РАЗДЕЛ 1. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Структура программы учебной дисциплины

1.1. Автор программы: Шиян Н.В., д.ф.н., профессор, Сорокин О.М., ст. преподаватель кафедры физики

Программа утверждена на заседании кафедры физики физико-математического факультета (протокол № 1 от 19.09.2007 г.)



1.2. Рецензенты: к. ф.-м. н., Карбановский В. В., к. филос.н., Никонов О.А.

1.3. Пояснительная записка:

А) Цели дисциплины:

  • ознакомление с практическими возможностями использования основных законов, положений и теорий физической науки;

  • формирование в сознании учащихся естественнонаучной картины окружающего мира;

  • подготовка специалистов к преподаванию физики в современной школе;

  • овладение методологическими основами решения физических задач;

  • формирование личности будущего учителя.

Б) Задачи дисциплины:

  • обучение студентов решению задач по отдельным разделам физики;

  • овладение элементарными навыками и экспериментальными методами решения физических задач;

  • выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них познавательной потребности.

В) Требования к уровню освоения содержания дисциплины:

должны знать: основные законы движения, основные принципы молекулярной физики, термодинамики, электродинамики, квантовой физики

должны уметь: пользоваться и применять полученные знания на практике при решении задач.

Программа составляется преподавателем


1.5. Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина)

п/п

Шифр и наименование специальности

Курс

Семестр

Виды учебной работы в часах

Вид итогового контроля (форма отчетности)

Трудоемкость

Всего аудит.

ЛК

ПР/

СМ

ЛБ

Сам.

работа




1.


050202 Информатика

3

6

35

20

0

20

0

15

зачет




Всего







35

20

0

20




15





1.6. Содержание дисциплины.

1.6.1. Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:



п/п

Наименование раздела, темы

Количество часов

Всего ауд.

ЛК

ПР/СМ

ЛБ

Сам. раб.

1.

Механика

5




5




4

2.

Молекулярная физика

5




5




3

3.

Термодинамика

5




5




4

4.

Электродинамика

5




5




4

Итого

20




20








1.6.2. Содержание разделов дисциплины.

Механика. Решение задач на основные формулы кинематики, законы динамики, законы сохранения в механике.

Молекулярная физика Решение задач с использованием основных положений молекулярно - кинетической теории, на газовые законы. Уравнение состояния.

Термодинамика. Решение задач по темам: «Идеальные и реальные газы», «Первое начало термодинамики», «Цикл Карно».

Электродинамика. Решение задач по темам: «Законы электростатики», «Постоянный ток».
1.6.3. Темы и задания для самостоятельного решения физических задач (Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 1994).


№ п/п

Наименование раздела

дисциплины.

Тема.


Форма самостоятельной работы

Кол-во часов

Форма контроля выполнения самостоятельной работы

1.

Механика

20, 22, 47, 59, 88.

125, 156, 157, 179, 218, 233,

234, 252, 265, 281, 295, 312,

326, 327, 328, 344, 365, 366,

367





4

3
4
4






2.

Молекулярная физика

454, 464, 501, 517, 536, 540,

568


3.

Термодинамика

631, 642, 650, 675, 676.



4.

Электродинамика

755, 792, 808, 813, 815.



1.6.4. Темы и задания для самостоятельного решения физических задач (Степанова Г.Н.. Сборник задач по физике. – М., 1998).




№ п/п

Наименование раздела

дисциплины.

Тема.


Форма самостоятельной работы

Кол-во часов

Форма контроля выполнения самостоятельной работы

1

Механика 107, 1213,206,308,309

- самостоятельное решение задач;

- подготовка к контрольной работе;

- подготовка к зачету


4

зачет



2 Молекулярная физика

542, 564, 574,

601, 603, 645, 646.


3

4

4



3

Термодинамика

651, 654, 668, 676.



4

Электродинамика

913, 915, 952, 970, 981.



1.7. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

1.7.1. Тематика и планы аудиторной работы студентов.







Наименование раздела, темы

ЛК

ПР

1

Кинематика. Система координат.

Перемещение. Средняя, мгновенная

скорости. Ускорение. Графики движения.

Работа, мощность, энергия.

Законы сохранения в механике.





5

2

Решение задач по разделу «Молекулярная физика и термодинамика» по темам:







3

Основное уравнение кинетической теории газов.

Изменение внутренней энергии идеального газа.






5

5


4

Решение задач по разделу «Электродинамика» по темам:










Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводника. Дифференциальная форма закона Ома. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Источники тока. Закон Ома для участка, содержащего ЭДС, и для замкнутой цепи. Закон Джоуля-Ленца. Дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.




5

Итого

4

20

1.7.2. Некоторые расширенные планы практических занятий

Занятие 3/4.

Тема: Решение задач по разделу «Молекулярная физика»

План.


  1. Механическое и термодинамическое описание системы частиц. Термодинамическое равновесие. Температура Решение задач.

  2. Квазистатические процессы.

  3. . Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа.

  4. Закон Дальтона. Уравнение состояния для смеси газов.

  5. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.

  6. Пар и газ. Фазовые превращения вещества.

  7. Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха.

1. Механическое и термодинамическое описание системы частиц. Термодинамическое равновесие. Температура

В механике состояние тел полностью определено, если известны силы, действующие на тела, а также их начальные координаты и скорости. С помощью законов Ньютона можно найти, где будет находиться каждое из тел в любой последующий момент времени, и с какой скоростью оно будет двигаться. Если тела соударяются друг с другом, нужно определять новые начальные координаты и скорости тел после соударения.

Поэтому, если система состоит из огромного количества частиц, которые хаотически перемещаются, сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда, такое «механическое» описание становится явно непригодным. В этом случае описывают не движение каждой частицы в отдельности, а изменение некоторых, усредненных по всем частицам, характеристик – параметров системы.

В термодинамике в качестве таких параметров обычно выбирают давление P, объем V и температуру Т. Понятия давления и объема уже известны из механики, понятие температуры вводится для характеристики различной степени нагретости тел.

В современной физике применяются два различных метода, изучающих процессы, протекающие в телах, состоящих из огромного количества частиц: термодинамический и статистический (молекулярно-кинетическая теория).

Термодинамика основана на законах, являющихся обобщением опытных фактов. Она не вводит никаких специальных гипотез и конкретных представлений о строении вещества, и поэтому ее основные закономерности применимы к телам любой физической природы и строения. Теплоту она рассматривает как какое-то внутреннее движение, но не пытается конкретизировать, что это за движение. Молекулярно-кинетическая теория, напротив, исходит из представления об атомно-молекулярном строении вещества. Для каждого конкретного физического тела ищется некоторая модель, правильно описывающая его поведение; макроскопические параметры (р, T ) находятся путем усреднения по всем частицам, входящим в систему.

Температура однозначно определяется лишь для газа, находящегося в термодинамическом равновесии, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Если два тела, имеющие разные температуры привести в контакт друг с другом, то тело с большей температурой будет остывать, а тело с меньшей температурой нагреваться до тех пор, пока их температуры не уровняются и система этих двух тел придет в состояние термодинамического равновесия. При этом температура системы во всех точках одинакова.

Повторяем, что в системе «СИ» температуру измеряют в градусах Кельвина, а в быту употребляют шкалу Цельсия. Вспоминаем соотношение: Т=273+t 0С.

2. Квазистатические процессы

Опыт показывает, что в состоянии термодинамического равновесия объем V, давление р и температура Т находятся в функциональной зависимости для любых физически однородных и изотропных тел: f (р, V, Т) = 0, - это уравнение состояние тел. Вид функции f различен для разных тел. Мы будем изучать уравнение состояния только для идеального газа.


Так как независимых параметров, описывающих состояние системы два, то состояние можно изобразить точкой на плоскости в координатах либо P,V, либо V, либо P. Если состояние системы изменилось, то оно изобразиться другой точкой на плоскости. Если переход из состояния 1 в состояние 2 совершался достаточно медленно, так что в каждой промежуточной точке система успела прийти в состояние термодинамического равновесия, процесс перехода называют квазистатическим, и его можно изобразить на графике
(рис. 6) в виде линии, соединяющей точки 1 и 2.

Рис. 6



Если известно уравнение состояния для каждой точки процесса, мы будем знать не только давление и объем, но и температуру.
3. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа

Еще в XVII – XVIII вв, изучая на опыте изменение двух параметров определенной массы газа при неизменном третьем, было установлено, что:



pV = const, при T = const – закон Бойля и Мариотта;

p = p(1t), при V = const – закон Шарля;

V = V(1+ αt) при р = const – закон Гей-Люсска, причем коэффициент α = 1/273, если температура t измеряется в градусах Цельсия. Если перейти к измерению температуры по шкале Кельвина, то два последних равенства запишутся в виде:

р/Т = const, при V = const;

V/T = const, при р = const.

Из трех газовых законов Клапейрон получил объединенный газовый закон: pV/T = const, при m = const.

Авогадро экспериментально определил, что 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. В системе «СИ» получается, что pV/T = 8,3 Дж/моль К (для одного моля газа). Эту величину называют универсальной газовой постоянной R.

Для произвольной массы газа уравнение состояния записывается в виде: pV = mRT/ М, где m – масса газа, М – его молярная масса. Их отношение ν=m равно числу молей газа, для которого написано уравнение состояния. Это уравнение Менделеева – Клапейрона или уравнение состояния идеального газа. Следует отметить, что данное уравнение не всегда хорошо описывает поведение реальных газов. При больших плотностях и низких температурах все реальные газы плохо подчиняются этому закону.


В качестве примеров разберем следующие вопросы.
Вопрос 1. У некоторой массы идеального газа при постоянном объеме в 2 раза увеличили давление, а затем при постоянном давлении в 2 раза увеличили объем. Постройте графики этого процесса в координатах p,V; p,T; V,T.

Ответ: В координатах p(рис. 7) изохора – прямая, проходящая через начало координат, т.к. : p = νRT/ V, вдвое большему объему соответствует вдвое меньший тангенс угла наклона изохоры V2 . Аналогично для изобар в координатах V,T. Атмосферу считать изотермической.




а) б) в)
Рис. 7



Вопрос 2. Как меняется объем воздушного шара с эластичной оболочкой при подъеме? Ответ: При подъеме шара давление падает, значит объем должен возрастать, т.к. pV = const, шар раздувается.
Задача. Найти формулу некоторого соединения углерода с кислородом, если известно, что масса этого вещества равная 1г создает в объеме 1 дм3 при температуре 27°С давление р = 5,6 104 Па.

Решение. С помощью уравнения состояния pV = mRT/ М, найдем молярную массу соединения: М = М = mRT/ pV = 44. Если формула соединения СxОy , то 12x + 16y = 44, где x и y целые положительные числа. Уравнение удовлетворяется при x = 1 и y = 2, следовательно, искомая формула СО2.

4. Закон Дальтона. Уравнение состояния для смеси газов

Очень часто приходится иметь дело со смесями различных газов. Например, воздух состоит из смеси азота, кислорода, углекислого газа и др. Дальтон установил, что в идеальном газе каждая компонента смеси ведет себя так, как будто других компонент нет, и равномерно заполняет весь объем сосуда. В состоянии равновесия температуры всех компонентов газа равны, а давления, вообще говоря, различны. Давление, создаваемое каждой компонентой взвеси, называется парциальным давлением. При этом давление всей смеси газов равно сумме парциальных давлений всех компонентов (закон Дальтона):



р = р1 + р2 +…..+ рn .

Парциальное давление каждой компоненты можно найти из уравнения состояния



p1V = m1RT/ М1 и т.д.

Так как все компоненты имеют одинаковый объем и температуру, получаем для смеси:



pV = [(m11 ) + (m22 ) +…] RT

Можно применить обычную формулу pV = mRT/ Мсм ,

где m = m1+m2 + …+mn -- масса смеси,

а Мсм =( m1+m2 + …+mn )/ ν1 + ν2 +…+ νnмолярная масса смеси.



Задача. В сосуде постоянного объема находится 1 моль неона и 2 моля водорода, при температуре Т1 = 300 К. Когда весь водород молекулярный, давление в сосуде р1 = 105 Па. При Т2 = 3000 К давление стало р2 = 1,5 106 Па. Какая часть молекул водорода диссоциировала на атомы?

Решение. Запишем для обоих случаев уравнение состояния смеси газов:

p1V = (νн + νв) RT1,

p2V = [νн + νв (1 +α)] RT2 ,

где νн и νвначальное число молей неона и водорода, а α – доля диссоциируемых молекул водорода, V – объем сосуда. Поделив уравнения, находим

α = [(р2Т1/ р1Т2 )1] [(νнв) + 1] = 0,75
5. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа

Уравнение состояния идеального газа в термодинамике получают как обобщение опытных фактов. В молекулярно-кинетической теории его можно вывести, пользуясь законами механики. В качестве модели идеального газа при этом выбирают систему твердых упругих шариков очень малого размера, энергией взаимодействия которых можно пренебречь и которые движутся совершенно хаотически.

Выводим основное уравнение МКТ:

Р = nmυ2/3 = 2nE /3, где E – средняя кинетическая энергия молекул газа.

Если в сосуде заключен один моль газа, а объем сосуда равен V, то n = NА/V, и мы получим



pV = 2NAE /3.

Сравним эту формулу с уравнением состояния идеального газа для 1 моля: pV = RT.

Эти два уравнения совпадают, если

E = 3RT/ 2NA

Коэффициент k = R/ NA – постоянная Больцмана,


k = 1, 38 10 -23 Дж/К.

Итак, 2/2 = 3kT /2.

Из этой формулы следует, что температура, с точки зрения МКТ, определяется средней кинетической энергией молекул. При этом среднеквадратичная скорость молекул газа зависит лишь от температуры и массы молекул (или молярной массы):

υ2ср.кв. = 3kT /m = 3kT,

где М – молярная масса газа. Энергия, приходящаяся при этом на движение вдоль какой-либо выбранной оси (или как принято говорить, - энергия, приходящаяся на одну степень свободы)



2/2 = kT /2.

Напоминаем, что все приведенные выше формулы получены для модели газа, состоящего из очень маленьких шариков. Эта модель хорошо подходит для одноатомного газа. Такой атом может обладать только запасом кинетической энергии поступательного движения. Молекулы двух- и много-атомных газов имеют более сложное строение: так как масса атома сосредоточена, в основном, в ядре, имеющем размеры порядка 10-15 м много меньшие, чем расстояние между ядрами в молекуле (порядка 10-10 м). Поэтому молекулу двухатомного газа можно представить себе как гантель, состоящую их двух шариков размером приблизительно 10-15 м, стоящих друг от друга на расстояние приблизительно 10-10 м. Такая система, кроме энергии поступательного движения, обладает еще и запасом энергии вращательного движения по осям Х и Z (вращением вокруг оси У можно пренебречь).

Оказывается, в классической физике можно считать, что средняя кинетическая энергия, приходящаяся на одну степень свободы любой атомно-молекулярной системы, равна kT /2.

Таким образом, полный запас энергии у любой двухатомной молекулы при температуре Т будет:



Е2 = 5kT /2.

У трехатомных газов ( и любых других многоатомных газов) вращательная энергия приходится на все возможные независимые оси вращения (X, У, Z) и, следовательно, молекула любого многоатомного газа при температуре Т имеет энергию Е = 3kT.
Вопрос. Имеется смесь различных газов. Одинаковы или различны кинетические энергии поступательного движения молекул каждого из газов?

Ответ: Кинетическая энергия любого газа равна 2/2 = 3kT /2, т. е. одинакова для всех молекул из смеси газов.
Задача. Оцените длину свободного пробега молекулы в воздухе при нормальных условиях. Диаметр молекулы принять равным
3,7 10-10 м.

Р

Рис. 8
ешение
. Пройдя путь длиной , молекула столкнется со всеми молекулами воздуха в объеме ℓ·π·(2·d)2 /4. Предполагаем, что длина свободного пробега λ > d, т.е. изогнутую трубку на рис. 8 можно приближенно считать цилиндром с сечением 2d и длиной . При этом мы считаем, что столкновение произошло, если молекулы хотя бы соприкоснулись концами обоих диаметров, поэтому диаметр трубки на рис. 8 равен 2d. Если n – число молекул в единице объема, в этой трубке их находится z = n·ℓ πd2.

Значит, средняя длина свободного пробега λ = ℓ/z.

Так как р = nkT, n = р/k·T,

и, следовательно,



λ = k·T/р·π·d2 = (1,38·10-23·273)/(105 ·3,14·1,37·10-20) ≈ 8,8·10-8 (м).

Как мы видим, действительно λ > d, т.е. наше предположение было справедливым.


6. Пар и газ. Фазовые превращения вещества

Известно, что любое вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Почему же газообразное состояние одних веществ называют газом, а других – паром? Мы всегда говорим «водяной пар», «пары воды» и никогда не говорим «кислородный пар». Дело в том, что переход вещества из газообразного состояния в жидкое может происходить не всегда. Для этого пар должен стать насыщенным. Насыщенный пар находится в термодинамическом состоянии со своей жидкостью, т.е. сколько молекул при тепловом движении вылетает в единицу времени из жидкости, столько же влетает в нее из насыщенного пара. Давление насыщенного пара зависит от его температуры, но не зависит от объема: рн = f(Т). При изменении объема изменяется масса пара – происходит либо конденсация пара при уменьшении объема, либо дополнительное испарение. Однако такой процесс превращения газа в жидкость возможен не всегда. Для каждого вещества существует температура, называемая критической, выше которой никакое увеличение давления не может превратить газ в жидкость. То, что любое вещество можно превратить в жидкость, понизив достаточно сильно его температуру, физики поняли не сразу, и те вещества, критическая температура которых существенно выше 0 °С, исторически принято называть газами.

Следует заметить, что подобно кривой равновесия между жидкостью и ее насыщенным паром (кривой кипения) существует для каждого вещества и кривая равновесия между жидкой и твердой фазой вещества (кривая плавления) и между твердой и газообразной (кривая возгонки). Эти три кривые пересекаются в точке, называемой тройной. На рис. 9 приведены эти кривые для воды. Давление и температура в тройной точке равны р0 = 4,58 Торр., t0 = 0,01 °С. Наклон кривой плавления отрицателен, т.к. вода при замерзании расширяется. Кривая кипения обрывается в критической точке, для воды Pкр. = 2,2·107 Па,
Ткр = 647,2 К.


С помощью рис. 9, зная давление и температуру вещества, можно определить, в каком агрегатном состоянии оно находится, поэтому такой график называют диаграммой состояния вещества. Если давление и температура соответствуют точкам на кривых плавления, кипения или возгонки, возникает неоднородная система, в которой вещество может в течение длительного времени существовать в различных агрегатных состояниях.

Рис. 9


Для описания таких неоднородных систем вводят понятие фазы вещества. Фазой называется физически однородная часть вещества, отделенная от других частей границей раздела. Примером могут служить капельки тумана в воздухе, куски льда в воде.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым превращением (капельки тумана могут испаряться или, наоборот, конденсироваться; лед может таять или вода замерзать и превращаться в лед). При фазовом превращении резко, скачком, изменяются все характеристики вещества: теплоемкость, плотность, сжимаемость и др.

Фазовый переход сопровождается поглощением или выделением определенного количества тепла. Причем, если при переходе из фазы 1 в фазу 2 поглощается количество теплоты Q12 , при обратном переходе из фазы 2 в фазу 1 такое же тепло выделяется, т.е.

Q12 = - Q21.

Количество поглощаемого или выделяемого тепла пропорционально массе вещества, перешедшей из одной фазы в другую:



Q = km,

где k – коэффициент пропорциональности зависит от того, какое взято вещество и при какой температуре происходит переход.

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре, называют удельной теплотой парообразования. Ее обозначают буквой – r.

Вспоминают понятие удельной теплоты плавления – λ.

Существенная разница между испарением и кипением жидкости заключается в следующем. Испарение с поверхности жидкости носит спокойный характер и происходит при любой температуре. Действительно, вследствие хаотического движения молекул жидкости при любой температуре некоторое количество молекул будет иметь энергию, достаточную для того, чтобы преодолеть силы сцепления между молекулами и вырваться из жидкости. Процесс же фазового перехода жидкости в пар (кипение) происходит иначе. При кипении по всему объему жидкости достаточное количество газообразной фазы – пузырьков воздуха. Они могут существовать, если давление пара внутри пузырьков равно давлению в жидкости. Для небольших глубин в жидкости это давление равно внешнему (например, атмосферному) давлению на жидкость. Поэтому при уменьшении внешнего давления температура кипения падает, при увеличении – увеличивается.

Вопрос. Может ли система вода-лед устойчиво сосуществовать?

Ответ. Если для этой температуры можно подобрать такое внешнее давление, что получившаяся точка в координатах р, Т лежит на кривой плавления (границе твердой и жидкой фазы), то может (при соответствующем давлении). Если изотерма не пересекает кривую плавления – не может.
7. Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяной пар, не является двухфазной системой, т.к. молекулы воды и газов воздуха перемешаны вследствие хаотического теплового движения молекул. Это просто смесь различных газов, которая описывается уравнением состояния для смеси газов.

Однако водяной пар в воздухе при охлаждении может стать насыщенным или пересыщенным – тогда происходит конденсация воды и получается двухфазная система (туман, роса). Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы.

Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара (в кг)


в 1 м3 воздуха. Плотность пара прямо пропорциональна его давлению (при заданной температуре). Действительно, из уравнения Клапейрона – Менделеева (pV = mRT/ М) следует,

ρпара = Мпара·р пара /RT

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре, или отношение парциального давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре:



φ = ρпара/ ρнас пара. = р п / р нас.пара

Относительную влажность обычно измеряют в процентах.



Задача. В классной комнате до начала урока была температура
16° С и точка росы 5° С. В конце урока температура стала 18° С, а точка росы 8° С. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха в комнате до и после урока.

Решение. Определим абсолютную влажность, используя таблицу. При температуре 5° С для насыщения 1 м3 воздуха требуется водяного пара ρ1пара = 6,8·10 -3 кг/м3. Относительную влажность найдем по формуле:

φ = ρ1пара/ ρнас пара ,

где ρнас параколичество водяных паров, которые насыщали бы пространство при данных условиях.

Для насыщения воздуха парами при 16 °С требуется 13,6·10-3 кг пара, т.е. ρнас пара = 13,6·10-3 кг/м3. Тогда φ = 6,8·10 -3 кг/м3/ 13,6·10-3 кг/м3 = 0,5 или 50%.

После урока относительная влажность ρ2пара = 8,3·10-3 кг/м3 , а относительная влажность



φ = 8,3·10 -3 кг/м3/ 15,4·10-3 кг/м3 = 0,539 или ≈ 54%,

т.е. относительная влажность возросла с 50% до 54%.



Можно разобрать следующие вопросы:

      1. Что легче – один литр сухого или влажного воздуха при том же давлении и температуре?

      2. Меняется ли объем всплывающего пузырька болотного газа?

      3. С поверхности Земли отпускают два одинаковых воздушных шара с жесткой оболочкой. У одного оболочка целая, у другого с отверстием. Какой из них сможет подняться выше?

      4. Сколько молекул содержится в 100 г воды?

      5. Сколько молекул содержится в литре воздуха при нормальных условиях?

      6. Что больше – скорость движения молекул воздуха или скорость звука в нем?

      7. Почему пар обжигает сильнее воды той же температуры?


Задачи для решения

1. При нагревании газа при постоянном объеме на 1 К давление увеличилось на 0,2%. Какова начальная температура газа?

2. Вода при комнатной температуре занимает 0,07% от объема замкнутого сосуда. При нагревании до 110°С вся вода в сосуде испаряется. Найти ее давление при этой температуре.

3. В баллоне объемом V = 60 л содержится смесь водорода и кислорода общей массы m = 60 г., создающая при температуре t = 27 °С давление р = 3,28·10 5 Па. Какая масса воды образуется из этой смеси, если водород соединится с кислородом?

4. Водород, содержащийся в баллоне объемом V = 100 л при давлении р = 107 Па, используется для наполнения метеорологических шаров-зондов, имеющих мягкую оболочку. Каждый шар-зонд должен иметь подъемную силу F = 20 Н. Сколько шаров можно наполнить водородом из одного баллона? Температура везде одинакова и равна Т = 300 К.
Литература

1. Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А. 1001 задача по физике с решениями. – Харьков-Москва: Центр «Инновации в науке, технике, образовании», 1995.

2. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. – М.: Наука, 1989.

3. Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.В., Мякишев Г.Я. Задачи по физике для поступающих в ВУЗы. СПб.: Спец. литература, 1995.

Занятие 7/8.

Тема: Решение задач по разделу «Электродинамика»

План.


  1. Решение задач по разделу: «Электростатика».

  2. Решение задач по теме «Электрическая емкость. Энергия электрического поля».

  3. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

  4. Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей.

Примерное содержание занятия.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


База данных защищена авторским правом ©refedu.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница