Тема №21 Качественная задача

08 Задания СтатГрада

Вспоминай формулы по каждой теме

Решай новые задачи каждый день

Вдумчиво разбирай решения

ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!

Подтемы раздела №21 качественная задача

Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#115772

Вещество (воду) массой 2 кг нагревают от температуры –10 °С до температуры +10 °С. На рисунке изображён график зависимости удельной теплоёмкости c этого вещества от температуры $t$ . Скачкообразное увеличение удельной теплоёмкости вещества происходит при его плавлении.

$PIC$

Опираясь на законы физики, изобразите схематически график зависимости количества теплоты $ΔQ$ , полученного при нагревании веществом, от его температуры. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали. На осях координат укажите значения физических величин в «особых» точках графика (максимумы, минимумы, точки излома графика), если они есть.

Источники: СтатГрад 11.02.2022 Физика 1

Показать ответ и решение

Пусть масса вещества $m = 2$ кг.
Изначально тело находиться в твёдом состоянии. В нашем случае изначально был лёд.
Как следует из графика удельная теплоёмкость льда $cл = 2,1-кДж∘- кг⋅ C$ .
В процессе нагревания льда от $t0 = −10$ °С до некоторого t количество теплоты, требуемое для нагревание льда, равно

ΔQ1 = cлm(t− t0)= 4,2⋅(t+ 10)кД ж.

Причем при $t= t1 = 0$ °С - $ΔQ1 = 4,2⋅(0+ 10)= 42кДж.$
Когда температура становится равной $t1$ лёд начнёт плавиться. В процессе плавления лёд получит тепло равное

ΔQ2 = λm,

где $λ =330 кДж/кг$ - удельная теплота плавления льда.

ΔQ2 = λm = 330⋅2= 660 кД ж.

Как видно из рисунка, удельная теплоёмкость воды равна $-кДж-- cв = 4,2кг⋅∘C$ .
В процессе нагревания воды от $t1 = 0$ °С до некоторого t количество теплоты, требуемое для нагревание воды, равно

ΔQ3 = cлm (t− t1)= 8,4⋅tкДж.

Причем при $t= t2 = 10$ °С - $ΔQ3 = 8,4⋅10= 84кД ж.$
Разберемся теперь как будет выглядит зависимость $ΔQ (t)$ .
$ΔQ1$ - прямая с углом наклона $2cл$ ;
$ΔQ2$ - вертикальная прямая при постоянной температуре $t1$ ;
$ΔQ1$ - прямая с углом наклона $2cв$ ;
Изобразим зависимость $ΔQ (t)$ ниже

$PIC$

Ответ:

Бандлы и наборы

Комбо-тарифы сразу по нескольким предметам

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#115782

Вещество (сталь) массой 10 кг охлаждают от температуры 1550 °С до температуры 1510 °С. На рисунке изображён график зависимости удельной теплоёмкости c этого вещества от температуры $t$ . Скачкообразное уменьшение удельной теплоёмкости вещества происходит при его кристаллизации. Удельная теплота плавления стали равна $λ= 272$ кДж/кг.

$PIC$

Опираясь на законы физики, изобразите схематически график зависимости модуля количества теплоты $ΔQ$ , отданного при охлаждении веществом, от его температуры. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали. На осях координат укажите значения физических величин в «особых» точках графика (максимумы, минимумы, точки излома графика), если они есть.

Источники: СтатГрад 11.02.2022 Физика 2

Показать ответ и решение

Пусть масса вещества $m = 10$ кг.
Изначально тело находиться в жидком состоянии.
Как следует из графика удельная теплоёмкость стали в жидком состоянии $cж = 840 -Дж∘--- кг⋅ C$ .
В процессе охлаждении жидкой стали от $t0 = 1550$ °С до некоторого t количество теплоты, отдаваемое при охлаждении вещества, равно

ΔQ1 = cжm (t0− t)= 8,4 ⋅(1550− t)кД ж.

Причем при $t= t1 = 1530$ °С - $ΔQ1 = 8,4⋅(1550− 1530)= 168 кДж.$
Когда температура становится равной $t1$ жидкая сталь начинает кристаллизовываться. В процессе кристаллизации вещество отдает тепло равное

ΔQ2 = λm,

где $λ =272 кДж/кг$ - удельная теплота кристализации жидкой стали.

ΔQ2 = λm = 272⋅10= 2720 кД ж.

Как видно из рисунка, удельная теплоёмкость твёрдой стали равна $Дж cт =460 кг⋅∘-C-$ .
В процессе охлаждения стали от $t1 = 1530$ °С до некоторого t количество теплоты, отдаваемое при охлаждении вещества, равно

ΔQ3 = cтm(t1− t)= 4,6⋅(1530 − t)кДж.

Причем при $t= t2 = 1510$ °С - $ΔQ3 = 4,6⋅20= 92кДж.$
Разберемся теперь как будет выглядит зависимость $ΔQ (t)$ .
$ΔQ1$ - прямая с углом наклона $− 10cж$ ;
$ΔQ2$ - вертикальная прямая при постоянной температуре $t1$ ;
$ΔQ1$ - прямая с углом наклона $− 10cт$ ;
Изобразим зависимость $ΔQ (t)$ ниже

$PIC$

Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#120365

На горизонтальном столе лежит однородный прозрачный шар радиусом $R =4$ см, изготовленный из вещества с показателем преломления $√- n = 2$ . На шар направлен тонкий луч света от закреплённой лазерной указки, идущий параллельно столу. В исходном положении луч проходит через центр O шара. Шар начинают поступательно перемещать вдоль стола с постоянной скоростью $V = 2$ см/c так, что он движется в направлении, перпендикулярном лучу (на рисунке показан вид сверху, пунктиром обозначена линия, вдоль которой лазерный луч распространялся в шаре при его исходном положении).

$PIC$

Опираясь на законы физики, изобразите график зависимости длины $L$ участка лазерного луча, находящегося внутри шара, от времени $t$ , прошедшего с момента начала движения шара. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали. На осях координат обозначьте физические величины в «особых» точках графика (максимумы, минимумы, разрывы, точки излома графика), если они есть.

Источники: Статград 20.10.2022 Физика 1

Показать ответ и решение

$PIC$

Пусть начало отсчёта по времени примем за $t= 0$ . Тогда к моменту времени $t$ шар сместится на расстояние

x= V t.

Поскольку в начальный момент времени луч проходил через центр шара, то при достижении момента времени $t$ (см. рисунок)

x = Rsinφ, (1)

$φ$ - угол падения луча на шар в этот момент.
По закону Снеллиуса

sinφ= nsinα, (2)

где $α$ - угол преломления.
Рассмотрим треугольник $OAB$ - он равнобедренный.
Поэтому длина $L$ можно посчитать по теорема синусов

L R sin(180−-2α) = sinα,

L =R sin-(2α) = 2Rcosα. (3) sinα

Объединяя (1),(2) и (3), получим

∘ ---sin2φ 2R ∘ ----V2t2- L = 2R 1− --n2-= -n- n2− -R2-.

Подставим численные значения в см и см/c

∘ ----- L = 4√2 ⋅ 2− t2см. 4

Поскольку

R x∈ [0,R]⇒ t∈[0,V-]⇒ t∈ [0,2] c.

При $t> 2$ луч уже не будет падать на поверхность шара и $L = 0$ .
Представим ниже график зависимости $L$ от времени $t$ .

$PIC$

Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#120372

На горизонтальном столе закреплён однородный прозрачный шар радиусом $R =5$ см, изготовленный из вещества с показателем преломления $√- n = 2$ . На шар направлен тонкий луч света от лазерной указки, идущий параллельно столу. В исходном положении луч проходит через центр O шара. Указку начинают поступательно перемещать вдоль стола с постоянной скоростью V = 5 см/c так, что она движется в направлении, перпендикулярном лучу (на рисунке показан вид сверху, пунктирной линией обозначена траектория лазерного луча в исходном положении шара).

$PIC$

Опираясь на законы физики, изобразите график зависимости длины $L$ участка лазерного луча, находящегося внутри шара, от времени $t$ , прошедшего с момента начала движения указки. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали. На осях координат обозначьте физические величины в «особых» точках графика (максимумы, минимумы, разрывы, точки излома графика), если они есть.

Источники: Статград 20.10.2022 Физика 2

Показать ответ и решение

$PIC$

Пусть начало отсчёта по времени примем за $t= 0$ . Тогда к моменту времени $t$ указка сместится на расстояние

x= V t.

x = Rsinφ, (1)

$φ$ - угол падения луча на шар в этот момент.
По закону Снеллиуса

sinφ= nsinα, (2)

L R sin(180−-2α) = sinα,

L =R sin-(2α) = 2Rcosα. (3) sinα

Объединяя (1),(2) и (3), получим

∘ ---sin2φ 2R ∘ ----V2t2- L = 2R 1− --n2-= -n- n2− -R2-.

Подставим численные значения в см и см/c

----- L = 5√2⋅∘ 2− t2 см.

Поскольку

R x∈ [0,R]⇒ t∈[0,V-]⇒ t∈ [0,1] c.

При $t> 1$ луч уже не будет падать на поверхность шара и $L = 0$ .
Представим ниже график зависимости $L$ от времени $t$ .

$PIC$

Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#122410

На шероховатом горизонтальном столе покоится небольшой брусок. К нему прикладывают очень маленькую силу $⃗ F$ , направленную под углом $α$ к горизонту (см. рисунок). Затем, не меняя этого угла, модуль силы $F⃗$ начинают медленно увеличивать. Опираясь на законы физики, опишите характер движения бруска и изобразите график зависимости модуля силы трения $f$ , действующей на брусок, от модуля силы $F$ . Коэффициент трения $μ$ между столом и бруском постоянен. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали.

$PIC$

Источники: Статград 20.12.2021 Физика 1

Показать ответ и решение

При малых значениях силы $F$ брусок покоится под действием силы трения покоя. Запишем второй закон Ньютона для этого случая

⃗F + ⃗f1 +m ⃗g = ⃗0.

Спроецируем на горизонтальную ось

F cosα =f1.

При увеличениии модуля силы $F$ его горизонтальная проекция увеличивается $Fx = Fcosα$ , а модуль силы нормальной реакции опоры $N = mg − F sinα$ уменьшается. По закону Амонтона-Кулона сила трения покоя

f ≤ μN.

Поэтому при достижении силой трения покоя максимального значения $μN$ брусок будет скользить по столу с ускорением $a$ . Запишем второй закон Ньютона для этого случая

F⃗+ ⃗f2+ ⃗N + m⃗g = m ⃗a.

Рассмотрим проекцию на вертикальную ось

Fsinα+ N = mg.

Рассмотрим проекцию на горизонтальную ось

Fcosα− f2 = ma,

где $f2 = μN = μ(mg − F sinα)$ - сила трения скольжения.
При достижении модулем силы значения $mg Fmax = sinα-$ сила нормальной реакции опоры $N$ занулится, поэтому брусок оторвется от стола и сила трения покоя занулится.
В конечном итоге, получаем, что сначала сила трения будет расти линейно по закону

f = F cosα. 1

Далее будет точка излома, в которой закон изменения силы трения поменяет свой вид и будет подчиняться следующему закону

f2 = μ(mg − Fsinα).

Т.е. линейно падать с углом $sinα$ .
Координату по $F0$ точки излома найдем, приравняв $f1$ и $f2$

F0cosα= μ(mg − F0sinα),

F0 = ---μmg----. cosα +μsinα

Окончательно, график зависимости модуля силы трения $f$ от $F$ будет выглядить следующим образом

$PIC$

Ответ:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#122422

На шероховатом горизонтальном столе покоится небольшой брусок. В некоторый момент времени на брусок начинает действовать сила $F⃗$ , направленная под постоянным углом $α$ к горизонту (см. рисунок). Модуль этой силы увеличивается от нулевого значения прямо пропорционально времени $t$ , которое отсчитывается от момента начала действия силы $⃗F$ . Опираясь на законы физики, опишите характер движения бруска и изобразите график зависимости модуля силы трения $f$ , действующей на брусок, от времени $t$ . Коэффициент трения $μ$ между столом и бруском постоянен. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали.

$PIC$

Источники: Статград 20.12.2021 Физика 2

Показать ответ и решение

Пусть закон изменения силы $F$ имеет следующий вид

F(t)= kt,

где $k$ - некоторый постоянный коэффициент.
При малых значениях силы $F$ брусок покоится под действием силы трения покоя. Запишем второй закон Ньютона для этого случая

⃗F + ⃗f1 +m ⃗g = ⃗0.

Спроецируем на горизонтальную ось

f1 =F cosα = ktcosα.

f ≤ μN.

F⃗+ ⃗f2+ ⃗N + m⃗g = m ⃗a.

Рассмотрим проекцию на вертикальную ось

Fsinα+ N = mg.

Рассмотрим проекцию на горизонтальную ось

Fcosα− f2 = ma,

где $f2 = μN = μ(mg − ktsinα )$ - сила трения скольжения.
При достижении модулем силы значения $Fmax = mg-- sinα$ ( или через время $tmax =-mg-- ksinα$ ) сила нормальной реакции опоры $N$ занулится, поэтому брусок оторвется от стола и сила трения покоя занулится.
В конечном итоге, получаем, что сначала сила трения будет расти линейно по закону

f1 = ktcosα.

f2 =μ (mg − ktsinα).

Т.е. линейно падать с углом $ksinα$ .
Координату по $t0$ точки излома найдем, приравняв $f1$ и $f2$

kt0cosα= μ(mg − kt0sinα ),

t0 = -----μmg------. k⋅(cosα+ μsinα)

Окончательно, график зависимости модуля силы трения $f$ от $t$ будет выглядить следующим образом

$PIC$

Ответ:

Курсы

Всё необходимое для достижения цели

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#126114

Катушка индуктивности, плоский воздушный конденсатор и резистор с небольшим сопротивлением соединены последовательно. Эта электрическая цепь подключена к источнику переменного напряжения, ЭДС которого изменяется по гармоническому закону $E (t)= E0sinωt$ . Параллельно конденсатору подключён вольтметр, измеряющий амплитудное значение переменного напряжения. Индуктивность катушки $L$ , электрическая ёмкость конденсатора $C$ и сопротивление резистора $R$ подобраны так, что в цепи наблюдается резонанс. В пространство между обкладками конденсатора начали медленно вносить диэлектрическую пластину. Как будут изменяться показания вольтметра в процессе заполнения пространства между обкладками диэлектриком? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

$PIC$

Источники: Статград 23.01.2024 Физика 1

Показать ответ и решение

Электрическая ёмкость плоского конденсатора

𝜀0𝜀S C = -d--,

$𝜀$ - диэлектрическая проницаемость;
$𝜀0$ - электрическая постоянная;
$S$ - площадь пластины конденсатора;
$d$ - расстояние между пластинами.
Поэтому при внесении между обладками конденсатора пластинки ёмкость конденсатора будет увеличиваться.
Поскольку параметры цепи подобраны так, что в цепи наблюдается резонанс, то собственная частота колебательного контура $ω0 = √1--- LC$ . Тогда при увеличении ёмкости конденсатора частота $ω0$ будет уменьшаться.
Также при резонансе частота изменения ЭДС источника напряжения $ω$ близка к $ω0$ . При резонансе амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе имеет максимальную величину. А если частоты не совпадают, то амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе меньше, чем при резонансе.
Окончательно имеем, что при внесении диэлектрическом пластины между обкладками показания вольтметра будут уменьшаться, поскольку вольтметр измеряет напряжения на конденсаторе.

Ответ:

При внесении диэлектрическом пластины между обкладками показания вольтметра будут уменьшаться.

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 8#126115

Катушка индуктивности, плоский воздушный конденсатор и резистор с небольшим сопротивлением соединены последовательно. Эта электрическая цепь подключена к источнику переменного напряжения, ЭДС которого изменяется по гармоническому закону $E (t)= E0sinωt$ . Параллельно конденсатору подключён вольтметр, измеряющий амплитудное значение переменного напряжения. Индуктивность катушки $L$ , электрическая ёмкость конденсатора $C$ и сопротивление резистора $R$ подобраны так, что в цепи наблюдается резонанс. Пластину начали медленно вынимать из конденсатора. Как будут изменяться показания вольтметра в процессе удаления диэлектрика из пространства между обкладками конденсатора? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

$PIC$

Источники: Статград 23.01.2024 Физика 2

Показать ответ и решение

Электрическая ёмкость плоского конденсатора

𝜀0𝜀S C = -d--,

$𝜀$ - диэлектрическая проницаемость;
$𝜀0$ - электрическая постоянная;
$S$ - площадь пластины конденсатора;
$d$ - расстояние между пластинами.
Поэтому при вынесении между обладками конденсатора пластинки ёмкость конденсатора будет уменьшаться.
Поскольку параметры цепи подобраны так, что в цепи наблюдается резонанс, то собственная частота колебательного контура $ω0 = √1--- LC$ . Тогда при уменьшении ёмкости конденсатора частота $ω0$ будет увеличиваться.
Также при резонансе частота изменения ЭДС источника напряжения $ω$ близка к $ω0$ . При резонансе амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе имеет максимальную величину. А если частоты не совпадают, то амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе меньше, чем при резонансе.
Окончательно имеем, что при вынесении диэлектрическом пластины между обкладками показания вольтметра будут уменьшаться, поскольку вольтметр измеряет напряжения на конденсаторе.

Ответ:

При вынесении диэлектрическом пластины между обкладками показания вольтметра будут уменьшаться.