Презентация на тему "Молекулярная физика" 11 класс

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Подготовка к решению задач ЕГЭ по физике повышенного уровня («Молекулярная физика и термодинамика»)

• 
  Слайд 2
  

  «Система знаний по разделу «Молекулярная физика и термодинамика».

• 
  Слайд 3
  
• 
  Слайд 4
  
• 
  Слайд 5
  
• 
  Слайд 6

  Задача1 на установление соответствия

  (В) Используя первый закон термодинамики, установите соответствие между описанными в первом столбце особенностями изопроцесса в идеальном газе и его названием. Ответ:

• 
  Слайд 7

  Задача2 на установление соответствия

  (В) Как изменяются температура, концентрация молекул и плотность газа при его изотермическом сжатии? Ответ:

• 
  Слайд 8
  

  Задачи для самостоятельного решения на установление соответствия 1. При передаче идеальному газу некоторого количества теплоты он изотермически расширился. Как меняются в этом процессе внутренняя энергия, давление и температура газа? 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась 2. В связи с климатическими изменениями температура холодильника тепловой машины увеличилась. Температура нагревателя и количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменились. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл? увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась

• 
  Слайд 9
  

  3. В термос, наполовину заполненный водой комнатной температуры, поместили небольшой кусочек льда из морозильной камеры. Термос закрыли герметичной крышкой. Как на начальной стадии теплообмена изменяются внутренняя энергия воды, льда и воздуха в термосе? 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась 4. Идеальный газ сжимают таким образом, что выполняется соотношение . Как при этом изменяются следующие величины?

• 
  Слайд 10
  

  5. Внутренняя энергия  молей одноатомного идеального газа равна . Газ занимает объем . - универсальная газовая постоянная. Чему равно давление и температура газа? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. Ответ:

• 
  Слайд 11
  

  6. Одноатомный идеальный газ неизменной массы в изотермическом процессе совершает работу А > 0. Как меняются в этом процессе объём, давление и внутренняя энергия газа?. 7. Укажите, какой процесс, проводимый над идеальным газом, отвечает приведенным условиям (- количество вещества газа,Q- количество теплоты, передаваемое газу, U- изменение внутренней энергии газа, A– работа газа). Ответ:

• 
  Слайд 12
  

  8. Укажите, какими формулами выражаются КПД циклами тепловой машины и работа за цикл. Количества теплоты QН , полученное рабочим телом за цикл от нагревателя, и количество теплоты |QX|, переданное за цикл рабочим телом холодильнику. Ответ:

• 
  Слайд 13
  

  9. Укажите, какими формулами выражаются количества теплоты QН, полученное рабочим телом тепловой машины за цикл от нагревателя, и количество теплоты |QX|, переданное за цикл рабочим телом холодильнику, Ответ:

• 
  Слайд 14
  

  10. В ходе адиабатного процесса внутренняя энергия одного моля разреженного гелия увеличивается. Как изменяется при этом температура гелия, его давление и объём? 11. Температуру холодильника тепловой машины увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?

• 
  Слайд 15
  

  12. В сосуде с жесткими стенками находится гелий. В сосуд добавляют некоторое количество аргона, поддерживая температуру постоянной. Как изменяются в результате этого следующие физические величины: парциальное давление гелия, давление в сосуде, среднеквадратичная скорость атомов гелия? Ответ:

• 
  Слайд 16
  

  13. В сосуде с жесткими стенками находится гелий. В сосуд добавляют некоторое количество аргона, поддерживая температуру постоянной. Как изменяются в результате этого следующие физические величины: парциальное давление гелия, парциальное давление аргона, среднеквадратичная скорость атомов аргона? Ответ:

• 
  Слайд 17
  

  14. В сосуде неизменного объема находилась при комнатной температуре смесь двух идеальных газов, по 1 моль каждого. Половину содержимого сосуда выпустили, а затем добавили в сосуд 1 моль первого газа. Как изменились в результате парциальные давления газов и их суммарное давление, если температура газов в сосуде поддерживалась неизменной? Ответ:

• 
  Слайд 18
  

  15. Идеальный одноатомный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 (см. диаграмму). Масса газа не меняется. Как ведут себя перечисленные ниже величины, описывающие этот газ в ходе указанного на диаграмме процесса? Ответ:

• 
  Слайд 19
  

  16. В цилиндре под поршнем находятся вода и насыщенный водяной пар. Поршень медленно изотермически вдвигают в цилиндр. Как меняются при этом давление водяного пара, его масса и масса воды в цилиндре? Ответ:

• 
  Слайд 20
  

  17. В таблице приведены результаты измерений температуры некоторой жидкости с течением времени.Установите связь между выделенными участками графиков и соответствующими физическими процессами. Ответ:

• 
  Слайд 21
  

  18. Установите соответствие между некоторыми свойствами вещества (левый столбец) и его агрегатным состоянием (правый столбец). Ответ:

• 
  Слайд 22
  

  19. При быстром движении поршня в цилиндре дизельного двигателя объем воздуха уменьшился. Установите соответствие между физическими величинами, характеризующими процесс сжатия воздуха, перечисленными в первом столбце, и их изменениями во втором столбце. Ответ:

• 
  Слайд 23
  

  20. 100 г кислорода нагревают от 10 до 60. Установите соответствие между типом процесса, при котором происходит нагревание (левый столбец), и изменением внутренней энергии газа (правый столбец). Ответ:

• 
  Слайд 24
  

  Как изменится давление идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2? Правильный ответ 2). Решение: проведя изобары через каждую из точек сделаем вывод, что давление уменьшится. 1) увеличится 2) уменьшится 3) останется неизменным 4) ответ неоднозначен Графическая задача

• 
  Слайд 25
  

  Какое количество теплоты надо сообщить 2 моль идеального одноатомного газа, чтобы осуществить тепловой процесс, изображенный на рисунке? 1) 300 Дж 2) 700 Дж 3) 1450 Дж 4) 4155 Дж Решение: на рисунке изображен график изобарного процесса, для которого первый закон термодинамики: В соответствии с уравнением Менделеева-Клапейрона: Поэтому: Правильный ответ 4). Расчетная задача

• 
  Слайд 26
  

  Группы задач повышенного уровня в части 2 (В) 1) нагревание (охлаждение), расширение (сжатие) идеального газа при теплопередаче и совершении механической работы в изопроцессах; 2) изменение состояния идеального газа по замкнутому циклу; 3) изменение агрегатного состояния (плавление-кристаллизация, кипение-конденсация), нагревание (охлаждение) тел при теплопередаче и совершении механической работы ; 4) теплообмен в теплоизолированной системе

• 
  Слайд 27
  

  нагревание (охлаждение), расширение (сжатие) идеального газа при теплопередаче и совершении механической работы в изопроцессах Задачи первой группы: 2) на первый закон термодинамики. 1) на уравнение состояния;

• 
  Слайд 28
  

  1. В баллоне находятся 20 кг азота при температуре 300 К и давлении 105 Па. Чему равен объем баллона? Ответ округлите до целых. Объем баллона находим из уравнения состояния: Решение.  Поскольку по условию задачи, ответ надо округлить до целых, то получаем 18 м3. Ответ вписываем в клетки бланка: Подставив значения, вычисляем объем: Задача 1 первой группы на уравнение состояния. Ответ:

• 
  Слайд 29
  

  В колбах одинакового объема находятся аргон и воздух при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре. Каково отношение массы аргона в первой колбе к массе воздуха во второй. Ответ округлите до десятых. Решение: для аргона 1=0,04кг/моль, для воздуха 2=0,029 кг/моль. Выразим из уравнения состояния массу для каждого газа:  Ответ: Задача 2 первой группы на уравнение состояния.

• 
  Слайд 30
  

  Задача 3 первой группы на уравнение состояния. На рисунке показан график изотермического расширения водорода. Масса водорода 0,04 кг. Определите его температуру. Ответ округлите до целого числа. Решение. Температуру газа можно определить из уравнения состояния  На графике можно выбрать любую точку. Так, при V=0,1 м3 р=50104 Па. Учтем, что молярная масса водорода 0,002 кг/моль. Ответ:

• 
  Слайд 31
  

  Задача 4 первой группы на уравнение состояния. Сосуды с газами под давлением 100 и 600 кПа имеют объем 2 л и 3 л соответственно. Сосуды соединяют небольшой трубкой. Каково установившееся давление в сосудах при неизменной температуре?Ответ выразите в килопаскалях. Поусловию р1=105Па, р2=6105Па, V1=2.10-3 м3 и V2=3.10-3 м3. Решение. T1=T2=T.

• 
  Слайд 32
  

  Подставим (1) в (3): Ответ:

• 
  Слайд 33
  

  В сосуде находится смесь газов – гелия и кислорода. При температуре t = – 2С и давлении p = 9104 Па плотность этой смеси  = 0,44 кг/м3. Каким станет давление в сосуде, если из него удалить половину молекул кислорода? Ответ выразить в килопаскалях (кПа). Задача 5 первой группы на уравнение состояния. Решение. Пусть в 1 м3 смеси содержится 1 молей гелия и 2 молей кислорода. Тогда полное число молей в объеме 1 м3 : Масса смеси в этом объеме m = m1 + m2 = 1 1 + 2 2 = V = 0,44 кг

• 
  Слайд 34
  

  Решая систему уравнений Если удалить из сосуда половину молекул кислорода, то полное число молей станет равным 3 = 35 моль. Давление р3 в сосуде найдем из соотношения: ,  Ответ: 1 + 2 = 40, 410-31 + 3210-32 = 0,44, находим: 1 = 30 моль, 2 = 10 моль

• 
  Слайд 35
  

  Задача 6 первой группы на первый закон термодинамики Давление идеального одноатомного газа уменьшилось на 5104Па. Газ находится в закрытом сосуде при постоянном объеме 0,3 м3. Какое количество теплоты было отдано газом? Ответ выразите в килоджоулях (кДж) и округлите до десятых Решение: по условию процесс изохорный. Первый закон термодинамики для V=const: Воспользуемся уравнением состояния: Ответ:

• 
  Слайд 36
  

  Объем постоянной массы идеального одноатомного газа увеличился при постоянном давлении 5105 Па на 0,03 м3. Какое количество теплоты было передано газу? Ответ выразите в кДж и округлите до десятых. Первый закон термодинамики для изобарного процесса: Решение. Задача 7 первой группы на первый закон термодинамики

• 
  Слайд 37
  

  Работу определяем по формуле: Изменение внутренней энергии находим, воспользовавшись уравнением состояния: Тогда Ответ:

• 
  Слайд 38
  

  На рисунке показан процесс изменения состояния идеального газа. Внешние силы совершили над газом работу, равную 5·104 Дж. Какое количество теплоты отдает газ в этом процессе? Ответ выразите в килоджоулях (кДж). Задача 8 первой группы на первый закон термодинамики

• 
  Слайд 39
  

  По графику выясняем, что в задаче рассматривается процесс изотермического сжатия. Первый законтермодинамики для Т=const (процессе все тепло идет на совершение работы): Поэтому газ при изотермическом сжатии отдаст 5·104 Дж или 50 кДж теплоты. Ответ: Решение.

• 
  Слайд 40
  

  Один моль идеального атомного газа совершает процесс, при котором давление растет пропорционально объему по закону p=V. Газу сообщили количество теплоты Q=66,4 Дж. На сколько при этом изменится температура газа? Задача 9 первой группы на первый закон термодинамики Решение. Выражения для изменения внутренней энергии: Воспользуемся условием задачи и примем: p1=V1 и p2=V2. Подставим p1 и р2 в выражение для ΔU: Тогда 

• 
  Слайд 41
  

  Первый закон термодинамики для данного в условии процесса: Тогда количество теплоты: и подставим в формулу для Т: Отсюда выделим: Вычисления дают: Ответ:

• 
  Слайд 42
  

  Задача 1 второй группы 10. Вычислите работу идеального газа при совершении им кругового процесса а-b-с-а, который изображен на графике (см. рис.). Решение. Работу за цикл определяем по площади цикла на графике p(V), в нашем случае треугольника abc: Ответ: (изменение состояния идеального газа по замкнутому циклу)

• 
  Слайд 43
  

  Задача 2 второй группы 11. Над идеальным газом совершают цикл 1-2-3, изображенный на диаграмме p-T. Найти отношение максимального и минимального объемов. Решение. Проведем на диаграмме р – Т изохоры через все точки. Видно, что максимальный Vmax объем газа будет в точке 2, а минимальный Vmin - в точке 1. Объединенный газовый закон для процесса 1-2:  Ответ:

• 
  Слайд 44
  

  Задача 3 второй группы (изменение состояния идеального газа по замкнутому циклу ) 12. Ha p-V диаграмме изображен термодинамический цикл, совершенный с одним молем одноатомного газа. Чему равно подведенное количество теплоты для перевода газа из состояния 1 в состояние 3? Температура в точке 1 равна Т1=300 К. Ответ выразите в килоджоулях и округлите до целых. Решение: по условию р1=р0, V1=V0; р2=2р0, V2=V0; р3=2р0, V2=2V0.Используем первый закон термодинамики для изохорного процесса 1-2 и изобарного процесса 2-3,

• 
  Слайд 45
  

  Для изобарного процесса 2-3: . Учтем, что поэтому Для изохорного процесса 1-2: Окончательно: Ответ:

• 
  Слайд 46
  

  Задачи третьей группы: изменение агрегатного состояния(плавление-кристаллизация, кипение-конденсация), нагревание (охлаждение) тел при теплопередаче и совершении механической работы

• 
  Слайд 47
  

  Задача 1 третьей группы 13. В цилиндрическом сосуде под поршнем находится 1моль водяного пара при температуре Т и давлении р. Давление насыщенного пара при этой температуре равно 2р. Поршень вдвигают в цилиндр так, что начальный объем уменьшается в 4 раза. Чему равна масса сконденсировавшейся воды, если температура остается постоянной? Молярная масса воды равна: М = 0,018 кг/моль. Ответ выразите в граммах (9). Решение: по условию p2=2p1, V2=V1/4. Массу сконденсировавшейся воды определим по разности масс пара в первом и втором состояниях:

• 
  Слайд 48
  

  Уравнения состояний 1 и 2: Масса пара до сжатия: Поэтому: Отсюда: Ответ: Из их отношения:

• 
  Слайд 49
  

  14. Температура воздуха 24°С, относительная влажность 60%. Пользуясь таблицей, вычислите парциальное давление водяного пара в воздухе при этих условиях. Ответ выразите в паскалях (Па) и округлите до целого. Задача 2 третьей группы Решение. Запишем выражение для относительной влажности воздуха: где р и есть искомое парциальное давление водяных паров в воздухе при данной температуре.

• 
  Слайд 50
  

  Из формулы для относительной влажности видно, парциальное давление равно произведению относительной влажности, выраженной в частях, и давлению насыщенных паров p=pн. Следовательно, p=0,6pн. Давление насыщенного пара при температуре 24 находим из таблицы: pн = 2984 Па. Поэтому р=0,62984 Па=1790,4 Па 1790 Па Ответ:

• 
  Слайд 51
  

  Задача 3 третьей группы 15. При какой скорости пуля из свинца полностью расплавится при ударе о стенку, если 80% ее энергии будет затрачено на нагревание пули? Начальная температура пули 27°С, температура плавления 327°С, удельная теплота плавления свинца 25 кДж/кг, удельная теплоемкость свинца 130 Дж/кг . Решение. Кинетическая энергия пули : На нагревание пули о стенку идет 80% энергии:Q=0,8EK. Теплота, необходимая для нагревания пули и ее плавления: Поэтому откуда Вычисления дают значение:  = 400 м/с. Ответ:

• 
  Слайд 52
  

  Задачи четвертой группы (теплообмен в теплоизолированной системе): на уравнение теплового баланса.

• 
  Слайд 53
  

  16. В 3 л воды при 40 °С бросили 50 г льда при – 4 °С. Какая установилась температура после того, как весь лед растаял? Ответ выразите в градусах Цельсия Решение. Количество, отданное водой при остывании: Здесь m1=3 кг, t1=40 °С, t1= 40 °С, t – установившаяся температура, с1 – удельная теплоемкость воды Лед массой m2=0,05 кг нагревается от t2= – 4°С до температуры плавления t0= 0°С, плавится, а вода из растаявшего льда нагревается до температуры t. Задача1 четвертой группы

• 
  Слайд 54
  

  Вода, образовавшаяся из растаявшего льда, начнет нагреваться от t0=0°С до искомой температуры t и при этом получит количество теплоты Q4: Количество теплоты Q2, полученное льдом при нагревании: Поскольку тепло продолжает поступать от остывающей воды, лед тает.При этом он получает количество теплоты Q3: Здесь с2 – удельная теплоемкость льда, а λ – удельная теплота плавления льда. Таким образом:

• 
  Слайд 55
  

  Ответ: Найдем искомую температуру t (учтем, чтоc1m2t0 = 0, т.к. t0=0): Составим уравнение теплового баланса: Произведявычисления, получим:

• 
  Слайд 56
  

  17. 100 г нагретой до 100 °С свинцовой дроби смешивают с 50 г льда при 0 °С. Какова температура смеси после установления теплового равновесия? Решение. Количество теплоты, отданное дробью при остывании от t1=1000C доt2=00C: где с1– удельная теплоемкость свинца, т1– его масса. Количество теплоты, необходимой для плавления льда массой m2: Сравним значения Q1и Q2: Ответ: Задача 2 четвертой группы Q1=1300,1100=1300 (Дж); Q2=0,05333000=16650 (Дж). Q1 > Q2 растает не весь лед t=00C

• 
  Слайд 57
  

  Задача 3 четвертой группы 18. В калориметре теплоемкостью 1,18103 Дж/К находится m1 =2 кг мокрого снега. После того как в калориметр впустили m2=0,1 кг пара, в нем установилась температура 283 К. Сколько воды было в снеге? Ответ приведите в граммах. Решение. Пар при конденсации отдает количество теплоты: а при охлаждении до установившейся температуры: Следовательно: Эта теплота идет на плавление «сухого» снега:

• 
  Слайд 58
  

  и на нагревание воды и калориметра: Следовательно: Уравнение теплового баланса будет иметь вид: Отсюда находим массу воды в снеге: После подстановки получим, что mв=1,5 кг=1500 г. Ответ:

• 
  Слайд 59
  

  19. В большом абсолютно пресном озере со средней глубиной 5 м и площадью поверхности воды 100 км2 растворили кристаллик поваренной соли NaCl массой 0,01 г. Сколько ионов Cl- оказалось бы в стакане воды объемом 0,2 дм3, зачерпнутой из этого озера, если предположить, что растворенная соль равномерно распределилась в озере? (Молярная масса поваренной соли 60 г/моль. Ответ дать в млрд.) Для решения составим пропорцию: Где N1, N2 – число ионов в озере и в стакане, V1, V2 – объем озера и объем стакана. => Число ионов в стакане Т.к. соль равномерно распределяется в озере, то количество вещества соли равно Объем озера Ответ: N=1020.

• 
  Слайд 60
  

  Желаю успехов на ЕГЭ по физике!!!