Тема . №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)

.01 МКТ

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №24 мкт. термодинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#27729

В вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под поршнем массой m = 10  кг и площадью поперечного сечения S = 50 см2  находится разреженный газ (см. рис.). При движении сосуда по вертикали с ускорением, направленным вверх и равным по модулю a = 1  м/c2,  высота столба газа под поршнем постоянна и на 5% меньше, чем в покоящемся сосуде. Считая температуру газа под поршнем неизменной, а наружное давление постоянным, найдите это наружное давление. Масса газа под поршнем постоянна.

PIC

Показать ответ и решение

Расставим силы, действующие на поршень в процессе движения

PIC

Здесь p  – давление газа, p0  – атмосферное давление.
Запишем второй закон Ньютона:

⃗F + m⃗g +F⃗0 = m⃗a,

где F = pS  – сила давления газа, F0 = p0S  – сила давления атмосферы, a  – ускорение поршня.
Спроецируем второй закон Ньютона в вертикальную ось:

pS− mg − p0S = ma ⇒ p= p0+ m-(g+-a).
                             S

При покоящемся поршне a= 0  , тогда

        mg-
p1 = p0+ S . (1)

При движущемся с ускорением:

p2 = p0+ m-(g-+a). (2)
           S

При этом объём газа в первом и втором случае равны:

V1 = HS  V2 = hS.

Здесь H  – высота столба газа при покоящемся поршне, h  – высота столба газа при движущемся поршне.
Так как температура постоянна, то справедлив закон Бойля-Мариотта:

p1V1 = p2V2 ⇒ p2= V1 = HS-=--H---= -1--. (3)
             p1  V2   hS   0,95H   0,95

Объединим (1) – (3):

    mg       (     m(g+ a))              0,95m(g+ a)  mg
p0+ -S- =0,95 p0 + --S---- ⇒  p0− 0,95p0 =-----S-----− -S-.

Или

p0 =--m---(0,95a − 0,05g)=----10-кг−3-2(0,95⋅1 м/с2− 0,05 ⋅10 м/с2)= 1,8 ⋅104 Па
    0,05⋅S               0,05⋅5⋅10  м
Ответ:

     --m---                    4
p0 = 0,05⋅S (0,95a− 0,05g)= 1,8⋅10  Па

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

3

I) записаны положения теории и физические законы,

закономерности, применение которых необходимо для решения

задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона для поршня в неподвижном и движущемся сосудах, закон Бойля - Мариотта, связь силы и давления);

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения

физических величин (за исключением обозначений констант,

указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии

задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при

написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и

расчёты, приводящие к правильному числовому ответу

(допускается решение «по частям» с промежуточными

вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения

искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории,

2

физические законы, закономерности, и проведены необходимые

преобразования, но имеется один или несколько из следующих

недостатков

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном

объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно,

неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены

в скобки, рамку и т.п.).

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях

допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не

доведены до конца.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка

Представлены записи, соответствующие одному из следующих

1

случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие

физические законы, применение которых необходимо для решения

задачи, без каких-либо преобразований с их использованием,

направленных на решение задачи, и ответа.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая

для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения),

но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися

формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи

(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена

ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с

имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!