Комбинированная расчётная задача (высокий уровень) · 90 заданий
- Задание №22№22
Сжигая 40 г керосина, воду массой 2,5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании к…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бенз…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока, равной 40 А. Полезная мощность двигателя равна 6,5 кВт. Чему равен КПД эл…
Работа и мощность электрического тока
- Задание №22№22
Определите напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 6 м и…
Электрическое сопротивление
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику тока напряжением 15 В. За какое…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 с…
Сила трения
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреет…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Металлический шар массой m 1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m 2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты…
Закон сохранения энергии
- Задание №22№22
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количеств…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой равна 10 ° С. Сила тока в нагревателе равна 7 А, КПД…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 20 м, КПД ГЭС равен 90%. Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохождении через п…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Сколько воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин., если нагреватели включены по…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С
до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количество теплоты, выделяемое при ударе, поглощается гирей. Удельная теплоёмкость вещества, из которого изготовлена гиря, равна 140 кг⋅oˆСДж.
Решение
Решение.
Для решения задачи воспользуемся законом сохранения энергии. Перед ударом гиря обладает кинетической энергией. В момент удара эта энергия переходит во внутреннюю энергию гири, что приводит к её нагреванию.
Дано:
t1=30 ∘C
t2=100 ∘C
c=140 Дж/(кг⋅ ∘C)
η=100%=1 (по условию всё количество теплоты поглощается гирей)
--------------------
v−?
Анализ и физические законы:
1. Кинетическая энергия гири перед ударом вычисляется по формуле:
Ek=2m⋅v2, где m — масса гири, v — её скорость.
2. Количество теплоты, необходимое для нагревания гири, определяется формуле:
Q=c⋅m⋅(t2−t1), где c — удельная теплоёмкость вещества.
3. Согласно условию задачи, вся кинетическая энергия перешла в теплоту:
Ek=Q
Вывод рабочей формулы:
Приравняем выражения для энергии:
2m⋅v2=c⋅m⋅(t2−t1)
Заметим, что масса m присутствует в обеих частях уравнения, поэтому мы можем на неё сократить:
2v2=c⋅(t2−t1)
Отсюда выразим квадрат скорости:
v2=2⋅c⋅(t2−t1)
Следовательно, искомая скорость равна:
v=2⋅c⋅(t2−t1)
Расчёт:
Подставим числовые значения из условия:
v=2⋅140 Дж/(кг⋅ ∘C)⋅(100 ∘C−30 ∘C)
v=280⋅70=19600=140 м/с
Проверка размерности:
[v]=кг⋅ ∘CДж⋅ ∘C=кгкг⋅м2/с2=м2/с2=м/с
Ответ: v=140 м/с
Источник: ФИПИ