Текст
                    А.В.Русаков, В.Г.Сухов
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ.
ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ КУРСОВ ФМШ N2
Физико-математическая школа N2 г. Сергиев Посад 1998 г.
Настоящий сборник составлен в соответствии с программой занятий по физике
на подготовительных курсах в ФМШ N2. Программа сборника полностью
соответствует базовой программе по физике для общеобразовательных средних
школ.
Большинство представленных задач широко известны и предлагались на
вступительных экзаменах в ФМШ N2 в течение ряда последних лет. Все задачи
снабжены ответами.
В сборник включен ряд задач повышенной сложности (помеченные знаком *),
для решения которых у учащихся, возможно, возникнет необходимость в
самостоятельной работе с литературой.
В настоящее издание дополнительно включено около 70 задач, исправлены
ошибки, попавшие в первое издание. С целью облегчения работы с задачником, в
приложениях приведены все необходимые для решения задач справочные
материалы.
Данное пособие предназначено для слушателей подготовительных курсов
ФМШ N2. Сборник может быть полезен учащимся, занимающимся
самостоятельной подготовкой, а также учителям средних школ.
Авторы с благодарностью примут все конструктивные замечания и
предложения читателей.
СОДЕРЖАНИЕ
Е	Равномерное движение. Средняя	скорость	3
2.	Механика жидкости	16
3.	Количество теплоты. Теплообмен	25
4	Фазовые превращения ,	29
5.	Теплота сгорания топлива. К.п.д. двигателей	38
6.	Электрический ток в металлах	41
7.	Закон Ома. Параллельное и последовательное соединение проводников 44
8.	Тепловое действие тока	53
Ответы	60
Приложения	72


1 . Равномерное движение. Средняя скорость 1.1. В течение какого времени пассажир, си- дящий у окна поезда, идущего со скоростью 54 км/ч, будет видеть проходящий мимо него встречный поезд, скорость которого 36 км/ч, а длина 150 м? 1.2. По двум параллельным путям в одном и том же направлении идут два поезда: товарный длиной 630 м со скоростью 48,6 км/ч и электропо- езд длиной 120 м со скоростью 102,6 км/ч. В тече- ние какого времени электропоезд будет обгонять товарный? 1.3. Поезд длиной 240 м, двигаясь равномерно, прошел мост за 2 минуты. Какова скорость поезда, если длина моста 360 м? 1.4. Пассажирский поезд проходит мимо стол- ба за 6 с. За какое время пройдут друг мимо друга пассажирский и скорый поезда, если скорость ско- рого поезда в 1,5 раза больше скорости пассажир- ского, а длина пассажирского на треть больше длины скорого9 1.5. Катер идет по течению реки из пункта А в пункт В 3 часа, а обратно - 6 часов. За какое время
4 проплывет расстояние АВ упавший в воду спаса- тельный круг? 1.6. Между двумя пунктами, расположенными на реке на расстоянии 100 км друг от друга, кур- сирует катер. Катер проходит это расстояние по течению за 4 ч, а против течения - за 10 ч. Опреде- лить скорость течения реки и скорость катера от- носительно воды. 1.7. Скорость движения лодки относительно воды в 2 раза больше скорости течения реки. Во сколько раз больше времени занимает поездка на лодке между двумя пунктами против течения, чем по течению? 1.8. Два катера, идущие по реке в одном на- правлении с разными скоростями, одновременно поравнялись с плывущим по течению плотом. Че- рез некоторое время катера одновременно повер- нули и поплыли обратно с прежними скоростями относительно воды. Какой катер достигнет плота раньше? 1.9. Расстояние между крайними остановками троллейбуса 6 км. Через каждые 5 мин с конечной остановки отправляется троллейбус и движется со средней скоростью 18 км/ч. Сколько троллейбусов встретит на всем протяжении маршрута пассажир,
находящийся во встречном троллейбусе, движу- щемся с той же средней скоростью? 1.10. Из середины колонны автомобилей, дви- жущейся со скоростью 10 км/ч, одновременно вы- езжают два мотоциклиста: один в голову колонны, другой - в хвост. С какой скоростью двигались мо- тоциклисты, если их скорости были одинаковыми, а время движения одного мотоциклиста оказалось в два раза меньше другого? 1.11. Рыбак плывет на лодке вверх по реке. Проезжая под мостом, он уронил в воду запасное весло. Через час он обнаружил потерю и, повернув обратно, догнал весло в 6 км ниже моста. Какова скорость течения реки, если рыбак все время греб одинаково? 1.12. Из одного города в другой вышел пеше- ход. Когда он прошел 27 км, вслед ему выехал ав- томобиль, имеющий скорость в 10 раз большую. Второго города оба достигли одновременно. Най- ти расстояние между городами. 1.13. Автомобиль движется от моста со скоро- стью 72 км/ч. В начальный момент расстояние от автомобиля до моста равно 200 м. На каком рас- стоянии от моста будет автомобиль через 10 с?
6 1.14. Мимо бензоколонки прошел грузовой ав- томобиль со скоростью 54 км/ч. Через два часа мимо той же бензоколонки в том же направлении прошел легковой автомобиль со скоростью 72 км/ч. Через какое время после этого и на каком расстоянии от бензоколонки легковой автомобиль догонит грузовой? 1.15. Мимо бензоколонки прошел грузовой ав- томобиль со скоростью 54 км/ч. Через два часа в противоположном направлении мимо той же бен- зоколонки прошел легковой автомобиль со скоро- стью 72 км/ч. На каком расстоянии от бензоколон- ки автомобили встретились? 1.16. Собака в лесу погналась за зайцем. За сколько скачков собака догонит зайца, если рас- стояние, которое собака пробегает за 5 скачков, равно расстоянию, которое заяц пробегает за 6 скачков? Начальное расстояние между собакой и зайцем равно 40 скачкам, собаки, а скачки собака и заяц делают одновременно. 1.17. Собака увидела зайца в 150 м от себя. За- яц пробегает за 2 минуты 500 м, а собака - за 5 минут 1300 м. За какое время собака догонит зай- ца?
7 1.18. Один путешественник вышел из Москвы и проходит в день по 40 км. На следующий день вслед ему вышел второй путешественник, который проходит в день по 45 км. На какой день второй путешественник догонит первого? 1.19. Первый пешеход идет из одной деревни в другую 10 часов, а второй - 15 часов. Через сколь- ко часов встретятся пешеходы, если одновременно выйдут навстречу друг другу из этих деревень? 1.20. Два спортсмена побежали одновременно в одном направлении вокруг стадиона. Один из них пробегает за минуту 400 м, а второй - 300 м. Путь вокруг стадиона равен 1500 м. Через сколько минут они опять сойдутся вместе и сколько кругов вокруг стадиона к этому времени сделает каждый? 1.21. Пункт В расположен на реке в 20 км ниже по течению от пункта А. Катер отправляется из А в В, затем сразу обратно в А и сразу опять в В. Одновременно с катером из А отплывает плот. При возвращении из В катер встретил плот в 4 км от пункта А. На каком расстоянии от А катер вновь догонит плот, следуя опять в В? 1.22. Автомобиль проезжает от А до В за 1 час. Автомобиль выехал из А и одновременно из В вышел пешеход. Автомобиль встретил пешехода,
8 довез его до А и поехал опять в В, затратив на всю дорогу 2 ч 40 мин. За какое время расстояние АВ проходит пешеход? 1.23. Три грузовика возят песок из пункта А в пункт В. Из пункта А они отправляются с интер- валом в 1 час. Скорость груженого грузовика рав- на 30 км/ч. Разгрузившись в пункте В грузовики возвращаются обратно со скоростью 50 км/ч. Пер- вый грузовик на обратном пути из В в А встречает два других. Через какое время после встречи с третьим грузовиком первый вернется в пункт А, если расстояние АВ равно 100 км? 1.24. Ровно в 12.00 дядя Федор отправился на электричке из Москвы в Простоквашино. В то же самое время из Простоквашино в Москву на ско- ром поезде отправился кот Матроскин. На проме- жуточной станции Матроскин увидел дядю Федо- ра и быстро перебежал к нему в электричку. Ус- пеют ли они к обеду, приготовленному Шариком к 14.00, если известно, что скорость поезда на 20% больше скорости электрички, а встретились они в 13.00. 1.25. Человек взбегает вверх по движущемуся вниз эскалатору за 1 минуту, а по движущемуся вверх эскалатору - за 20 с. За какое время подни-
9 мется вверх стоящий на эскалаторе человек? Ско- рости эскалатора и бегущего человека постоянны. 1.26. Двигаясь по движущемуся эскалатору метро, человек проходит его за 60 с, а двигаясь с той же скоростью в обратном направлении - за 120 с. Определить скорость эскалатора и скорость движения человека, если длина эскалатора равна 120 м. 1.27* . Человек бежит по эскалатору. В первый раз он насчитал 50 ступенек. Во второй раз, двига- ясь в ту же сторону со скоростью в 3 раза боль- шей, он насчитал 75 ступенек. Сколько ступенек насчитал бы человек на неподвижном эскалаторе? 1.28. * Кольцо сварено из двух полуколец, сде- ланных из разных материалов. Скорость звука в одном материале равна vi, а в другом - Vj. По мес- ту спая стукнули молотком. Через какое время звуковые фронты встретятся, если длина кольца равна L. 1.29* . По дороге бежит колонна спортсменов длиной L со скоростью V. Ей навстречу бежит тре- нер со скоростью u < V. Поравнявшись с тренером, спортсмены разворачиваются и бегут в обратном направлении с прежней скоростью. Определить
10 новую длину колонны после разворота последнего спортсмена. 1.30* . Колонна автомобилей, движущаяся со скоростью vi, въезжает на ремонтируемый участок дороги, по которой она может двигаться со скоро- стью не более vj. При каком минимальном рас- стоянии между автомобилями они не будут стал- киваться, если длина каждого автомобиля - L? 1.31* . Движущийся автомобиль издает звуко- вой сигнал длительностью ti. Сигнал отражается от стены большого здания, находящегося в на- правлении движения автомобиля. Длительность отраженного сигнала, измеренная в автомобиле, равна ti. С какой скоростью движется автомобиль, если скорость звука в воздухе равна с? 1.32* . Автомобиль, движущийся параллельно длинной стене, издает короткий звуковой сигнал. Через время t водитель услышал отраженный от стены сигнал. Определить скорость автомобиля, если он едет на расстоянии L от стены, а скорость звука в воздухе равна с. 1.33. По дороге едет колонна автомобилей со скоростью 20 км/ч. Из середины колонны одно- временно отправляются два мотоциклиста: один в голову колонны, а другой в хвост. Первый мото-
11 циклист приехал к месту на 6 минут позже второ- го. Какова длина колонны, если скорость мото- циклистов равна 30 км/ч? 1.34. Два тела движутся равномерно навстречу друг другу и расстояние между ними уменьшается на 16 м за каждые 10 с. Если эти тела с такими же скоростями движутся в одном направлении, то расстояние между ними увеличивается на 3 м за каждые 5 с. Найти скорость каждого тела. 1.35. Из пунктов А и Б, расстояние между ко- торыми равно 22,4 км, одновременно выезжают два велосипедиста. Если они поедут навстречу друг другу, то встретятся через 0,5 часа, а если по- едут в одном направлении, то один догонит второ- го через 3,5 часа. Найти скорости велосипедистов. 1.36. Два автобуса выехали одновременно из пункта А в пункт В. Один из них первую половину пути ехал со скоростью V], а вторую половину со скоростью v2. Второй автобус двигался со скоро- стью V] половину времени своего движения от А к В, а вторую половину - со скоростью v2. Опреде- лить среднюю скорость движения каждого автобу- са, если vi = 30 км/ч, a v2 = 50 км/ч. 1.37. Поезд первую половину пути проехал со скоростью 72 км/ч, а вторую половину - в 1,5 раза
12 медленнее. Определить среднюю скорость на всем пути. 1.38. Средняя скорость автомобиля равна 15 м/с. С какой скоростью двигался автомобиль первые 6 с, если за остальные 12 с он прошел рас- стояние 150 м? 1.39* . Велосипедист ехал из одного города в другой. Половину пути он проехал со скоростью 12 км/ч. Далее, половину оставшегося времени движения он ехал со скоростью 6 км/ч, а затем до конца шел пешком со скоростью 4 км/ч. Опреде- лить среднюю скорость велосипедиста на всем пу- ти. 1.40. Мотоциклист за первые два часа проехал 90 км, а следующие три часа двигался со скоро- стью 50 км/ч. Какова средняя скорость на всем пу- ти? 1.41. Катер прошел первую половину пути со скоростью в два раза большей чем вторую. Сред- няя скорость на всем пути составила 1 м/с. Найти скорость катера на первой половине пути. 1.42. Два автомобиля одновременно выезжают из города А в город В. Один автомобиль ехал с постоянной скоростью v по прямой, соединяющей города А и В. Второй ехал по дуге полуокружно-
13 сти, диаметром которой является прямая АВ. В город В автомобили приехали тоже одновременно. Определить среднюю скорость второго автомоби- ля. 1.43. Автобус шел 3 ч по шоссе, 1,5 ч по грун- товой дороге и еще 0,5 ч по проселочной дороге. Скорость автобуса по грунтовой дороге в 2 раза больше скорости по проселочной дороге, а ско- рость по шоссе в 3,5 раза больше, чем скорость по проселочной дороге. Найти скорость автобуса по проселочной дороге, если средняя скорость на всем пути равна 33,6 км/ч. 1.44. Автомобиль, двигаясь из одного города в другой, на участках пути, длины которых относят- ся как 1 : 2 : 3 : 4, затратил времена, отрезки кото- рых относятся как 4 : 3 : 2 : 1 соответственно. Ка- кова средняя скорость движения автомобиля, если его скорость на последнем участке пути равнялась 120 км/ч? 1.45* . Два автомобиля одновременно выехали из одного города в другой. Первый автомобиль ехал всю дорогу с постоянной скоростью v. Второй авто- мобиль ехал по той же до-
14 роге со скоростью, зависимость которой представ- ляет полуокружность в осях v от t (рис. 1.1). Опре- делить начальную скорость второго автомобиля, если в конечный пункт они приехали одновремен- но. 1.46. Катер проходит расстояние между пунк- тами А и В на реке по течению за время 3 ч, а про- тив течения - за 6 ч. Средняя скорость катера при движении от А к В и обратно равна 10 км/ч. Найти собственную скорость катера и скорость течения реки. 1.47. Автомобиль едет из одного города в другой со скоростью, зависимость которой от времени пред- ставлена на рис. 1.2. Оп- ределить среднюю ско- рость автомобиля. 1.48. На рис. 1.3 пред- ставлена зависимость ско- рости автомобиля от вре- мени. При этом средняя скорость автомобиля ока- залась равна 30 км/ч. Оп- ределить скорость автомо- 30 20 10 0 1 2 3 4 5 В 7 рис. 1.2 рис. 1.3 биля на участке равномерного движения.
15 1.49. Из пункта А в пункт В автомобиль едет с горы со скоростью в два раза большей, чем обрат- но в гору. На дорогу из А в В автомобиль затрачи- вает 1 час. Какова средняя скорость автомобиля из А в В и сразу обратно, если расстояние АВ равно 60 км. 1.50. Велосипедист едет из одного города в другой. Первую четверть пути он ехал со скоро- стью 30 км/ч, последнюю четверть - со скоростью 10 км/ч, а в промежутке - со скоростью 15 км/ч. Определить среднюю скорость велосипедиста. 1.51. Бегун, стартовавший на дистанцию 5 км, первый километр пробежал за 200 с. Каждый сле- дующий километр он пробегал на t секунд дольше предыдущего. Найти t, если всю дистанцию бегун пробежал так, как если бы на каждый километр он затрачивал 202 с. 1.52. В каком случае катер затратит меньше времени на то, чтобы проплыть одно и то же рас- стояние туда и обратно: по реке или по озеру? 1.53. Человек, идущий вниз по опускающемуся эскалатору, затрачивает на спуск 1 мин. Если че- ловек будет идти вдвое быстрее, он затратит на 15с меньше. Сколько времени он будет спускать- ся, стоя на эскалаторе?
16 2 . Механика жидкости 2.1. Сплав состоит из олова массой 2,92 кг и свинца массой 1,13 кг. Какова плотность сплава, если объем сплава равен сумме объемов его со- ставных частей? 2.2. Объем медного шара 2000 см3, а его масса 6 кг. Определить, сплошной это шар или полый. Если полый, то определить объем полости. 2.3. Вес тела в воде в 6 раз меньше, чем в воз- духе. Определить плотность тела. Выталкивающей силой воздуха пренебречь. 2.4. Кусок медного купороса весит в воздухе 100 мН, а в керосине 70 мН. Определить плотность медного купороса. 2.5. Вес куска железа в воде равен 68 Н. Опре- делить его объем. 2.6. Определить плотность тела, вес которого в воздухе равен 100 Н, а в воде - 75 Н. 2.7. Вес тела в жидкости с плотностью pi равен Pi, а в жидкости с плотностью р? равен Р2. Найти плотность тела. 2.8. Тело весом Р, погруженное в жидкости с плотностью pi, весит Pi, а, погруженное в жид-
17 кость с неизвестной плотностью р2, весит Р2. Оп- ределить р2. 2.9. В воде тело весит 75 Н, а в керосине - 100 Н. Найти вес тела в глицерине. 2.10. Тело плавает в воде, погрузившись в нее на 0,75 своего объема. Найти плотность материала тела. 2.11. Тело плавает в воде, погрузившись в нее на 0,75 своего объема. Какая часть объема тела будет погружена в спирт 2.12. Два тела: одно плотностью 1,5 г/см3 и объемом 0,5 см3; другое - 0,5 г/см3 и 1,5 см3 связа- ны вместе и опущены в воду. Какая часть их об- щего объема погружена в воду? 2.13. Колба из стекла вместимостью 1,5 л име- ет массу 250 г. Какой минимальный груз надо по- ложить в колбу, чтобы она утонула в воде? 2.14. Плоская льдина, плавая в реке, выступает из воды на 20 см. Какова толщина льдины? 2.15. Определить наименьшую площадь пло- ской льдины толщиной 0,8 м, способной удержать на воде человека массой 100 кг. 2.16. Плавающий в ртути куб, погружен в нее на 1/3 своего объема. Какая часть куба будет по-
18 гружена в ртуть, если поверх нее налить слой бро- ма, полностью закрывающий куб? Жидкости не смешиваются. Плотности: ртути - 13,5 г/см3, бро- ма - 3,5 г/см3. 2.17. На границе раздела двух несмешиваю- щихся жидкостей с плотностями pi и р2 (pi < р2) плавает тело с плотностью р (pi < р < р2). Какая часть объема тела находится в верхней жидкости? 2.18. Тело плавает на границе двух несмеши- вающихся жидкостей с плотностями pi и р2 (pi > р2). При этом отношение объемов, погруженных в нижнюю и верхнюю жидкости, равно Vi/V2 = п. Определить плотность тела. 2.19. Полый шар, отлитый из свинца, плавает в воде, погрузившись ровно наполовину. Найти объ- ем внутренней полости шара, если масса шара 6 кг. 2.20. Объем полости полого шара вдвое мень- ше объема шара. Опущенный в воду, шар погру- жается в нее на 0,75 своего объема. Найти плот- ность материала шара. 2.21. Полый медный шар плавает в воде во взвешенном состоянии. Чему равна масса шара, если объем воздушной полости равен 17,75 дм3?
19 2.22. Кусок льда плавает в воде, погрузившись на 1/2 своего объема. Какую часть объема куска льда занимает воздушная полость в нем? Отноше- ние плотностей льда и воды равно 0,9. 2.23. Пустая пробирка, опущенная в воду, ока- залась погруженной на 2/3 своего объема. После того как в нее положили дробинку массой 10 г, она оказалась погруженной на 3/4 объема. Найти массу пробирки. 2.24. Баржа представляет собой коробку раз- мером 10x4x2 м. Ее масса с грузом 50 т. Можно ли погрузить в нее еще два контейнера по 20 т ка- ждый? 2.25. На поверхности воды плавает брусок, по- груженный на 2/3 своего объема. Для того чтобы он затонул, на него необходимо положить гирю не менее 1 кг. Найти массу бруска. 2.26. Плавая в жидкости А, куб погружается на глубину 40 мм, а в жидкости В - на 60 мм. На ка- кую глубину погрузится куб, плавая в жидкости С, плотность которой равна среднему арифметиче- скому плотностей жидкостей А и В? 2.27. В двух сосудах налиты одинаковые объе- мы различных жидкостей. Если брусок из пласт- массы поместить в первый сосуд, то он плавает в
20 нем, причем сторона бруска, имеющая длину а, перпендикулярна поверхности жидкости, а высота выступающей части равна hi. Если брусок помес- тить во второй сосуд, то высота выступающей час- ти станет h2. Какой станет высота выступающей части, если обе жидкости слить в один сосуд? Обе жидкости смешиваются без изменения суммарно- го объема. 2.28. В цилиндрический сосуд с площадью дна 200 см2 и высотой 30 см налили 4 л воды. Затем в сосуд опустили стержень сечением 100 см2 и вы- сотой равной высоте сосуда. При какой мини- мальной массе стержень опустится до дна сосуда? 2.29* . В цилиндрической банке высота уровня воды составляет 15 см. Когда в нее опустили пла- вать пустую латунную чашку, уровень воды под- нялся на 2,1 см. Какова будет высота уровня воды в банке, если чашку утопить? 2.30. Посередине большого озера просверлили прорубь. Толщина льда оказалась 8 м. Какой наи- меньшей длины веревку необходимо взять, чтобы зачерпнуть воду из проруби? 2.31* . Кусок сплава меди и серебра весит в воздухе 2,94 Н, а в воде - 2,65 Н. Сколько серебра и меди в куске?
21 2.32. Бревно длиной 3,5 м и поперечным сече- нием 0,04 м2 плавает в воде. Какую наибольшую массу может иметь человек, чтобы бревно не уто- нуло, когда человек встанет на него? Плотность дерева равна 500 кг/м3. 2.33. В воде плавает плоская льдина площадью 2 м2. Когда на льдину встал человек массой 70 кг, высота верхнего края льдины над водой умень- шилась в два раза. Какова толщина льдины? 2.34. Два одинаковых по размеру шара с плот- ностью р. и 2р связали нитью и опустили в воду. При этом один шар утонул, а второй погрузился на 0,8 своего объема. Определить р. 2.35. Полый медный шар весит в воздухе 17,8 Н, а в воде -14,2 Н. Определить объем полос- ти 2.36. Кастрюля емкостью 2 л доверху заполне- на водой. В нее опускают плавать пустую банку объемом 1,5 л и массой 0,6 кг. Какая масса воды вытечет из кастрюли? 2.37. В сосуде с водой плавает льдинка, в кото- рой находится вмороженная свинцовая дробинка. Как изменится уровень воды в сосуде, если льдин- ка растает?
22 2.38. Полый шар из алюминия весит в воде 0,24 Н, а в бензине - 0,33 Н. Найти объем полости. 2.39. Шар, до половины погруженный в воду, лежит на дне сосуда и давит на его дно с силой, равной трети его силы тяжести. Найти плотность материала шара. 2.40. Вес тела в воде в 2 раза меньше, чем в масле и в 3 раза меньше, чем в воздухе. Найти плотность масла. 2.41* . Шар объемом 1 м3, наполненный гели- ем, может удержать максимальный груз массой 1 кг. Какой максимальный груз может удержать этот же шар, наполненный водородом? Плотности: гелия - 0,18 кг/м3, водорода - 0,09 кг/м3 2.42. Две одинаковые вертикальные трубки представляют собой сообщающиеся сосуды. В них налита ртуть. На сколько сместится уровень ртути в одной трубке, если в другую налить столб воды высотой 136 мм? 2.43. В двух одинаковых сообщающихся сосу- дах находится ртуть. Верхние края сосудов нахо- дятся на 26 см выше уровня ртути. Какой макси- мальной высоты столб воды можно налить в один из сосудов?
23 2.44* . Три одинаковых вертикальных сосуда соединены в систему из трех сообщающихся сосу- дов. В систему залили ртуть. На сколько повысит- ся уровень ртути в среднем сосуде, если в один из крайних налить столб воды высотой 102 мм, а в другой - столб воды высотой 153 мм? 2.45. На первом этаже здания давление воды в водопроводе равно 1 атм. На каком этаже вода из крана уже не течет? Высота каждого этажа равна 3 м. 2.46. В борту судна на глубине 1 м под водой образовалась пробоина. Ее заделали заплаткой, выдерживающей давление 2,5-104 Па. Судно при- няло на борт груз массой 200 т. Выдержит ли за- плата. Считать, что площадь судна равна 100 м2, а борта вертикальные. 2.47* . В двух сообщающихся сосудах, площади которых равны St и S2, налита жидкость с плотно- стью р. Поверхность жидкости в сосудах закрыта легкими поршнями. На сколько поднимется один из поршней, если на другой положить гирьку мас- сой т? Поршни могут двигаться плотно и без тре- ния. 2.48. В цилиндрический сосуд налили две не- смешивающиеся жидкости в равных по массе ко-
24 личествах. Плотности жидкостей 1 г/см3 и 0,9 г/см3, а общая высота слоя жидкостей 40 см. Какое давление оказывают жидкости на дно сосу- да? 2.49. В цилиндрический сосуд с площадью дна S налита жидкость плотности р. На сколько повы- сится уровень жидкости в сосуде, если в него по- местить тело массой ш, которое плавает, не каса- ясь дна? 2.50* . Два цилиндрических сообщающихся со- суда, площади которых равны Si и S2, частично заполнены водой. В сосуд S] опускают тело мас- сой т, которое плавает на поверхности. На сколь- ко повысится уровень воды в сосудах, если плот- ность воды равна р? 2.51. Доска толщиной 5 см плавает в воде, по- грузившись на 70% своего объема. Поверх воды разливается нефть толщиной 1 см. На сколько бу- дет выступать доска над поверхностью нефти? 2.52. Найдите подъемную силу воздушного шара объемом 20 м3, наполненного гелием, если масса оболочки шара с корзиной 12,4 кг. Плот- ность воздуха равна 1,3 кг/м3, а гелия - 0,2 кг/м3.
25 3 .Количество теплоты. Теплообмен 3.1. Определить температуру воды, устано- вившуюся после смешения 39 л воды при 20 °C и 21 л воды при 60 °C. 3.2. Определить температуру воды, устано- вившуюся после смешения 6 кг воды при 42 °C, 4 кг воды при 72 °C и 20 кг воды при 18 °C. 3.3. Сколько литров воды при 95 °C следует добавить к 30 л воды при 25 °C, чтобы получить воду при 67 °C? 3.4. Сколько литров воды при 20 °C и 100 °C нужно смешать, чтобы получить 300 литров воды при 40 °C? 3.5. Смешали 60 кг воды при 90 °C и 150 кг воды при 23 °C. 15% тепла было потеряно в окру- жающую среду. Определить конечную температу- ры воды. 3.6. Железную деталь, нагретую до 500 °C, опускают в сосуд с водой, содержащий 18,6 л во- ды при 13 °C. Какова масса детали, если вода на- грелась до 35 °C? Испарением воды пренебречь.
26 3.7. Чугунный брусок массой 0,2 кг опускают в сосуд, содержащий 0,8 кг керосина при 15 °C. Окончательная температура керосина - 20 °C. Оп- ределить начальную температуру бруска. 3.8. В стеклянную колбу массой 50 г, где нахо- дилось 185 г воды при 20 °C, вылили некоторое количество ртути при 100 °C. Установилась тем- пература 22 °C. Определить массу ртути. 3.9. Пластину массой 0,3 кг, нагретую до 85 °C, опускают в алюминиевый калориметр массой 42 г, содержащий 0,25 кг воды при 22 °C. Установив- шаяся температура 28 °C. Определить удельную теплоемкость вещества пластины. 3.10. Сколько медных деталей, нагретых до 100 °C и имеющих массу 1 кг каждая, можно ох- ладить до температуры 30 °C в сосуде, содержа- щем 100 л воды при 15 °C? Удельная теплоем- кость меди равна 376 Дж/кгград^х^^Л 3.11. Нагретое до 100 °C ^опустили в сосуд с водой и при этом температура воды повысилась с 20 °C до 30 °C. Какой станет температура воды, если в нее опустить еще одно такое же тело с тем- пературой 50 °C?
27 3.12. В батарею водяного отопления вода по- ступает при температуре 80 °C по трубе сечением 500 мм2 со скоростью 1,2 м/с, а выходит из бата- реи, имея температуру 25 °C. Сколько тепла полу- чает отапливаемое помещение в течение суток? 3.13. Для измерения температуры воды, имеющей массу 66 г, в нее погрузили термометр, который показал 32,4 °C. Какова действительная температура воды, если теплоемкость термометра 1,9Дж/град и перед погружением он показывал температуру 17,8 °C? 3.14. Алхимик Петя изготовил 1 кг золотого порошка. Он достал его из печи, разогретой до температуры 1000 °C, и ссыпал в кувшин с тремя литрами воды при 10 °C. За этим из укрытия на- блюдал злоумышленник Шура, которому для пол- ного счастья не хватало грамм 200 золотишка. Пе- тя вышел из комнаты и Шура, выскочив из укры- тия, вытащил из кувшина горсть золота. Хватит ли Шуре украденного золота для счастья, если темпе- ратура вытащенного золота была равна 70 °C, а в кувшине установилась конечная температура 20 °C? 3.15* . Имеется два сосуда. В одном налито 5 л воды при температуре 60 °C, а в другом - I л воды
28 при 20 °C. Из первого сосуда во второй перелили некоторое количество воды. После установления равновесия из второго сосуда в первый обратно перелили такое же количество воды. В результате в первом сосуде установилась температура 59 °C. Какое количество воды переливали? 3.16* . В стакан, содержащий 200 г воды, опус- кают нагреватель мощностью 50 Вт. Максималь- ная температура воды после длительного нагрева- ния составляет 55 °C. За какое время вода в стака- не остынет на 1 °C после выключения нагревате- ля? 3.17* . Некоторое количество воды нагревается электронагревателем мощностью 500 Вт. При включении нагревателя на время 2 мин температу- ра воды повысилась на 1 °C, а при его отключении - понизилась за 1 мин на ту же величину. Какова масса воды, если потери тепла в окружающую среду пропорциональны времени?
29 4 .Фазовые превращения 4.1. В сосуд, содержащий 400 г воды при тем- пературе 17 °C, вводят 10 г пара при 100 °C. Оп- ределить конечную температуру воды’. 4.2. Алюминиевый калориметр массой 50 г со- держит 250 г воды при температуре 16 °C. Какое количество пара при 100 °C следует ввести в кало- риметр, чтобы температура в нем повысилась до 90 °C? 4.3. В сосуд, содержащий 30 л воды, впускают 1,85 кг водяного пара при 100 °C. После конденса- ции пара температура воды повысилась до 37 °C. Найти начальную температуру воды. 4.4. Через змеевик подогревателя, содержаще- го 12 л воды при 12 °C, пропускают пар при 100 °C. Вытекающая из змеевика вода имеет тем- пературу 60 °C. Какое количество пара нужно пропустить через змеевик, чтобы температура во- ды повысилась до 50 °C? 4.5. В баке кипятильника с к.п.д. 75% содер- жится 208 л воды при 15 °C. Сколько пара при 1 Здесь и далее, удельная теплота парообразования воды равна 2.3-I06 Дж/кг
30 104 °C нужно пропустить через змеевик кипятиль- ника, чтобы нагреть воду до 92 °C? Температура воды, вытекающей из змеевика, тоже 92 °C. 4.6. Пар поступает в змеевик нагревателя при 100 °C, а из змеевика вытекает вода при 90 °C. В течении часа через нагреватель прошло 2 м3 воды с начальной температурой 8 °C, а из змеевика вы- текло 360 л конденсата. До какой температуры на- грелась вода в нагревателе, если его к.п.д. 80% ? 4.7. Кусок алюминия массой 561 г, нагретый до 200 °C, погрузили в 400 г воды при 16 °C. При этом часть воды испарилась, а оставшаяся часть нагрелась до 50 °C. Определить массу испарив- шейся воды. ’ 4.8. В чайник налили воду при температуре 10 °C и поставили на электроплиту. Через 10 ми- нут вода закипела. Через какое время вода полно- стью выкипит? 4.9. На нагревание воды от 10 °C до кипения на электроплите потребовалось 18 мин и еще 23 мин, чтобы обратить 20% воды в пар. Какова удельная теплота парообразования воды? 4.10. На нагреватель поставили открытый со- суд с водой. Через 40 мин после закипания воды в сосуд добавили массу воды, равную массе выки-
31 певшей воды. Вода снова закипела через 3 мин. Найти начальную температуру добавленной воды. 4.11. Какое количество теплоты нужно затра- тить, чтобы 8 кг льда при -30 °C расплавить и по- лучившуюся жидкость нагреть до 60 °C?2 4.12. В алюминиевый калориметр массой 0,2 кг, содержащий 0,34 кг воды при 23,5 °C, опус- тил и 81,5 г льда при 0 °C. Лед расплавился. Найти установившуюся температуру. 4.13* . В 1 кг переохлажденной до -10 °C воды бросили маленький кусочек льда, вызвав её замер- зание. Сколько получится льда? До какой темпе- ратуры надо переохладить воду, чтобы она вся превратилась в лёд? 4.14. Какое максимальное количество льда можно положить в воду массой 1,5 кг при темпе- ратуре 30 °C, чтобы он весь растаял? Температура льда 0 °C. Тепловых потерь нет. 4.15. В ведро с водой при 0 °C бросили кусочек льда. Через достаточно большое время выясни- лось, что масса льда увеличилась на 2,1%. Опре- делить начальную температуру кусочка льда. Теп- лообменом пренебречь. 2 Здесь и далее: удельная теплота плавления льда равна 2.3-105 Дж/кг
32 4.16. В калориметр, содержащий 0,4 кг воды при 17 °C, брошено 0,05 кг мокрого снега. В ре- зультате температура воды в калориметре понизи- лась на 5 °C. Сколько воды было в мокром снеге? Теплоемкость калориметра 160 Дж/град. 4.17. В алюминиевый сосуд массой 100 г, со- держащий 410 г воды при 24 °C, опускают лёд при 0 °C. Найти установившуюся температуру, если масса льда равна: а) 100 г; б) 150 г. 4.18. Смесь из 5 кг льда и 15 кг воды нужно нагреть до температуры 80 °C, впуская в нее пар при 100 °C. Определить необходимую массу пара. 4.19. В сосуд с водой с плавающими в ней льдинками при 0 °C добавили 200 г воды при температуре 100 °C. На сколько изменится масса льда в сосуде после того как температура станет опять равна 0 °C? 4.20. Сосуд с водой внесли в теплую комнату. При этом за 15 мин температура воды повысилась на 4 °C. За какое время в этой же комнате растает такое же количество льда при 0 °C? Скорость теп- лообмена одинакова. 4.21. Домашний холодильник за 20 мин охлаж- дает 1,5 л воды от 16 °C до 4 °C. Сколько льда по-
33 лучится в холодильнике еще через час работы в этом же режиме? 4.22. За какое время можно обратить в 100 - градусный пар 1 кг снега при -10 °C, если мощ- ность электроплитки равна 2 кВт, а ее к.п.д. 60%? 4.23. Для того, чтобы растопить лед, довести образовавшуюся воду до кипения, а затем испа- рить ее, потребовалось 9 минут. Сколько времени таял лед? Скорость теплоподвода считать посто- янной. 4.24. В сосуде находится лед. Для нагревания сосуда со льдом от -3 °C до -1 °C требуется неко- торое количество теплоты. Для дальнейшего на- гревания системы до 1 °C требуется количество теплоты в 20 раз больше. Определить массу льда в сосуде. Теплоемкость сосуда равна 600 Дж/град. 4.25* . При морозе -10 °C каждый квадратный метр поверхности пруда отдает воздуху 180 кДж тепла в час. Какой толщины ледяной покров обра- зуется за сутки, если температура воды 0 °C? 4.26. При изготовлении дроби расплавленный свинец при температуре плавления 327 °C выли- вают в воду. Какое количество дроби изготовлено, если 3 л воды нагрелось при этом от 25 °C до
34 47 °C? Потери тепла 25%, удельная теплота плав- ления свинца - 2,5-104 Дж/кг. 4.27. В сосуд, содержащий 10 кг воды при 10 °C, положили кусок льда при -50 °C. В резуль- тате установилась температура -4 °C. Какое коли- чество льда положили ? 4.28. В калориметре находится 400 г воды при 5 °C. К ней долили еще 200 г воды при 10 °C и по- ложили 400 г льда при 0 °C. Какая установится конечная температура? 4.29. В сосуд, содержащий 0,6 кг воды при 10 °C, опускают 0,8 кг льда при -20 °C. Опреде- лить установившеюся температуру и конечный состав содержимого сосуда. 4.30. С какой высоты должны свободно падать дождевые капли, чтобы при ударе о землю испа- ряться? Начальная температура капель 20 °C. Со- противления воздуха нет. 4.31. С какой скоростью должна лететь свин- цовая пуля, чтобы расплавиться при ударе о стену? Температура летящей пули 20 °C. Все тепло, вы- деляющееся при ударе, идет на плавление пули.
35 4.32*. В ведре на- ходится смесь воды со льдом массой 10 кг. Ведро внесли в теплую комнату и сразу же начали измерять тем- пературу. На рис. 4.1 At,°C / । Г.ьмн .----.--.---.----1-------> 0 1 0--20-30--40---50 60 рис. 4.1 представлена зависимость температуры содержи- мого ведра от времени. Определите по графику первоначальную массу льда в ведре. 4.33. Нагретая железная болванка массой 3,3 кг ставится на лёд, имеющий температуру 0 °C. По- сле охлаждения под болванкой расплавилось 460 г льда. Какова была температура болванки? 4.34. В калориметре находится 300 г льда при -10 °C. Туда кладут 250 г алюминия при 200 °C. Какая температура установится ? 4.35. В калориметре находится вода и лед при 0 °C и в равных по массе количествах. Затем туда доливают воду, масса которой равна массе содер- жимого калориметра, а температура равна 49,9 °C. Какая температура установится в калориметре? 4.36* . В сосуде находится 100 г воды при 0 °C. Выкачивая воздух из сосуда, воду замораживают
36 посредством её испарения. Какая масса льда полу- чится? 4.37. На сколько температура воды у основания водопада больше чем наверху? Высота водопада 120 м. 4.38. Через охладитель компрессора за 1 час протекает 3250 кг воды, нагреваясь от 11 °C до 17 °C. Найти мощность двигателя, приводящего в действие компрессор, если его к.п.д. равен 60%. 4.39. Какое минимальное количество водяного пара при 100 °C необходимо израсходовать, чтобы растопить 1 кг льда при температуре 0 °C? 4.40. В смесь из 5 кг льда и 4 кг воды впустили 0,5 кг водяного пара при 100 °C. Определить уста- новившуюся температуру. Какая масса льда раста- ет? 4.41. В сосуд, содержащий 1 кг льда при 0 °C, понемногу впускают водяной пар при 100 °C. Сколько воды окажется в сосуде когда весь лед растает? 4.42. Нагретый железный кубик положили на лед, имеющий температуру 0 °C. После остывания кубик погрузился в лед на 3/4 своего объема. До какой температуры был нагрет кубик?
37 4.43* . В куске льда, находящемся при темпера- туре О °C, сделано углубление объемом 160 см3. В это углубления налили 60 г воды при температуре 75 °C. Каким будет незанятый водой объем углуб- ления после установления равновесия? 4.44* . Имеется сосуд с отверстием у дна, в ко- тором лежит кусок льда при температуре 0 °C. Сверху на лед льется струя воды, температура ко- торой 20 °C, а массовый расход 1 г/с. Из отверстия в дне сосуда вытекает вода при температуре 3 °C. Найти расход вытекающей воды. 4.45* . В сосуде находится смесь равных по массе количеств воды и льда. Через сосуд пропус- кают такое же количество по массе водяного пара при 100 °C. Какая установится температура? Теп- лоемкостью сосуда и потерями тепла пренебречь. 4.46. Оловянный брусок массой 3 кг, нагретый до 230 °C, опускают в стальной сосуд с водой, имеющий температуру 15 °C. Установилась тем- пература 35 °C. Определить массу воды в сосуде, если массы воды и сосуда равны, а потери тепла в окружающую среду составляют 20%.
38 5. Теплота сгорания топлива. К.п.д. двигателей 5.1. Какое количество керосина необходимо сжечь, чтобы 50 л воды нагреть от 20 °C до кипе- ния? К.п.д. нагревателя 35%. 5.2. Определить к.п.д. нагревателя, расходую- щего 80 г керосина на нагревание 3 л воды на 90 °C. 5.3. Сколько времени потребуется, чтобы на- греть 1,55 л воды от 20 °C до кипения, если горел- ка потребляет 0,3 кг спирта в час, а ее к.п.д. 24%? 5.4. Пуля массой 9 г вылетает из ствола вин- товки со скоростью 850 м/с. Масса порохового за- ряда 4 г. Определить к.п.д. выстрела. 5.5. Сколько тепла в сутки уходит из комнаты через окна и двери, если для поддержания в ней постоянной температуры пришлось сжечь в печке 10 кг угля? К.п.д. печки равен 35%. 5.6. Найти к.п.д. двигателя автобуса, расхо- дующего 63 кг дизельного топлива за 2,5 часа ра- боты при средней мощности 70 кВт. 5.7. Подвесной лодочный мотор "Вихрь" имеет мощность 13,2 кВт и к.п.д. 15%. На сколько кило-
39 метров пути хватит ему 20 л бензина при скорости лодки 30 км/ч? 5.8. Двигатель реактивного самолета с к.п.д. 20% при полете со скоростью 1800 км/ч развивает силу тяги 88,2 кН. Определить расход керосина за 1 час полета и развиваемую мощность. 5.9. Сколько необходимо сжечь угля, чтобы 6000 кг воды взятой при 10 °C нагреть до кипения и 1000 кг ее обратить в пар? К.п.д. котла 70%. 5.10. Автомобиль совершает пробег длиной 120 км со средней скоростью 60 км/ч. На этом пу- ти израсходовано 15 л бензина. К.п.д. двигателя 30%. Какую среднюю мощность развивает двига- тель за время пробега? 5.11. Вычислите к.п.д. двигателя внутреннего сгорания, если известно, что развиваемая им мощ- ность равна 100 кВт, а потребление бензина 50 л в час. Удельная теплота сгорания бензина равна 46-106 Дж/кг, плотность бензина - 710 кг/м3. 5.12. Двигательная установка ракеты состоит из одного основного двигателя, развивающего мощность N], и четырех вспомогательных мощно- стью N2 каждый. На испытаниях сначала на время t включают один основной двигатель, а затем на такое же время подключают еще и вспомогатель-
40 ные двигатели. За время испытаний было израсхо- довано топливо массой М с удельной теплотой сгорания q. Определить к.п.д. двигателей, считая его одинаковым. 5.13. Какое количество бензина потребуется для двигателя автомобиля, чтобы проехать 300 км, если масса машины 5 т, к.п.д. двигателя 22%, а сопротивление движению составляет 0,05 от силы тяжести машины? Найти силу тяги двигателя и мощность, развиваемую при скорости 108 км/ч. 5.14. Междугородный автобус проехал путь 80 км за 1 час. Двигатель при этом развивал сред- нюю мощность 70 кВт при к.п.д. двигателя 25%. Сколько дизельного топлива, плотность которого 800 кг/м3, сэкономил водитель в рейсе, если норма расхода горючего - 40 л на 100 км пути?
41 6. Электрический ток в металлах 6.1. Что покажет гальванометр, если через него за 10 мин прошло 18 Кл электричества? 6.2. Сколько электронов за 1 с должно пройти через поперечное сечение проводника для того, чтобы включенный в цепь гальванометр показал 1 мА? Заряд электрона - 1,6-10’19Кл. 6.3. Какое количество электричества проходит через поперечное сечение проводника за 10 с, если за этот промежуток времени ток равномерно воз- растает от нуля до 6 А? 6.4. По проводу протекает постоянный ток 10 А. Какая масса электронов протекает через по- перечное сечение проводника за год? Масса элек- трона - 9,1110 '31 кг. 6.5. Найти скорость упорядоченного движения электронов в проводе сечением 5 мм2 при силе то- ка 10 А, если концентрация электронов проводи- мости - 5 1028м’3. 6.6. Найти скорость упорядоченного движения электронов в медном проводнике сечением 25 мм2 при силе тока 50 А, считая, что на каждый атом меди приходится один электрон проводимости.
42 6.7. Каково удельное сопротивление провода, если его длина 10 км, площадь поперечного сече- ния 70 мм2, а сопротивление 3,5 Ом. 6.8. Во сколько раз изменится сопротивление проводника, если его сложить пополам и скру- тить? Проводник не изолированный. 6.9. Две квадратные мед- ные пластины одинаковой — толщины включены в цепь L_J (рис. 6.1). Какая пластина оказывает большее сопротив- рис. 6.1 ление току? 6.10. Медный провод длиной 1 км имеет со- противление 2,9 Ом. Найти массу провода. 6.11. Проводник имеет переменное сечение (рис. 6.2). Площадь сечения проводника на участке АВ вдвое больше чем на участ- ке ВС. Во сколько раз отлича- А---------® ются скорости упорядоченного движения электронов на участ- ----------1 ках АВ и ВС? , ~ рис. 6.2 6.12. Определить сопротив- ление нагревательного элемента, выполненного из константановой проволоки диаметром 0,8 мм и длиной 24,2 м.
43 6.13. Какое количество меди следует израсхо- довать на электропровод длиной 5 км, чтобы его сопротивление было 5 Ом? 6.14. Два цилиндрических проводника имеют одинаковую длину и сделаны из одного материала. Но при этом сопротивление первого проводника вдвое меньше, чем второго. Какой из проводников тяжелее и во сколько раз? 6.15. Резиновая трубка полностью заполнена ртутью. Во сколько раз изменится сопротивление трубки, если ее растянуть, увеличив ее длину в 1,5 раза? 6.16. Найти отношение сопротивлений двух железных проволок одинаковой массы, если диа- метр первой в два раза больше диаметра второй.
44 7. Закон Ома. Параллельное и последова- тельное соединение проводников 7.1. Определить падение напряжения в линии электропередачи длиной 500 м при токе в ней 15 А. Проводка выполнена алюминиевым прово- дом сечением 14 мм2. 7.2. При включении в электрическую цепь про- водника длиной 4,5 м и диаметром 0,5 мм напря- жение на его концах оказалось 1,2 В при токе 1 А. Определить удельное сопротивление материала провода. 7.3. Электрическая лампа сопротивлением 430 Ом включена в сеть с напряжением 220 В. Со- противление подводящих проводов 10 Ом. Опре- делить падение напряжения на лампе и проводах. 7.4. Напряжение на зажимах генератора 230 В. От генератора в электродвигатель по медным про- водам сечением 10 мм2 на расстояние 350 м течет ток 15 А. Под каким напряжением работает двига- тель? 7.5. Электродвигатель, рассчитанный на на- пряжение 120 В и ток 20 А, установлен на рас- стоянии 150 м от источника напряжения 127В.
45 Определить нужное сечение проводов подводящей линии, если они медные. 7.6. Три потребителя электроэнергии сопро- тивлением 12 Ом, 9 Ом и 3 Ом, соединены после- довательно. Напряжение на концах цепи 120 В. Найти ток в цепи и падение напряжения на каж- дом потребителе. 7.7. Цепь состоит из трех сопротивлений 10 Ом, 20 Ом и 30 Ом, соединенных последова- тельно. Падение напряжения на первом сопротив- лении 20 В. Найти падение напряжения на осталь- ных сопротивлениях и напряжение на концах це- пи. 7.8. Определить сопротив- ление реостата и лампочки, если наименьшее и наиболь- шее значение силы тока в цепи 1,5 А и 2,5 А (рис. 7.1). На- пряжение на зажимах посто- янно и равно 12 В. рис. 7.1 7.9. В проводнике при напряжении 120 В был ток 1,5 А. Когда в цепь ввели дополнительное со- противление, ток стал 1,2 А. Определить величину дополнительного сопротивления. Напряжение не менялось.
46 7.10. Три одинаковые лампочки соединены по схеме, приведенной на рис. 7.2. При этом ток в цепи равен 1,0 А. Каким будет ток в цепи, если лампочка 2 перегорит; если лампочку 2 закоротить? 2 рис. 7.2 7.11. Электрическая цепь состоит из двух оди- наковых параллельно соединенных сопротивле- ний, к которым последовательно подключено третье такое же. На схему подано постоянное на- пряжение. Во сколько раз изменится напряжение на третьем сопротивлении, если одно из парал- лельных сопротивлений перегорит? 7.12. В сеть с напряжением 220 В включены последовательно 10 ламп с сопротивлением по 24 Ом, рассчитанные на 12 В, каждая. Лишнее на- пряжение поглощается реостатом. Определить си- лу тока в цепи и сопротивление реостата. 7.13. К двум после- довательно соединен- ным лампам подключи- ли вольтметры, как по- казано на рис. 7.3. Пер- вый из них показал на- рис. 7.3
47 пряжение 6 В, а второй - 20 В. Сопротивление первого вольтметра 4 кОм. Каково сопротивление второго вольтметра? 7.14. Какое дополнительное сопротивление не- обходимо присоединить к вольтметру с сопротив- лением 1500 Ом, чтобы цена деления шкалы уве- личилась в 5 раз ? 7.15. Во сколько раз увеличится верхний пре- дел шкалы вольтметра с сопротивлением 1000 Ом, если присоединить к нему последовательно доба- вочное сопротивление 9 кОм? 7.16. Вольтметр, рассчитанный на измерение напряжения до 20 В, необходимо включить в сеть с напряжением 120 В. Какое для этого потребуется дополнительное сопротивление, если ток вольт- метра не должен превышать 5 мА? 7.17. Вольтметр, вклю- чённый параллельно с лам- почкой, имеющей сопротив- ление 12 Ом, показал 3,6 В (рис. 7.4). Сопротивление вольтметра 60 Ом. Что по- кажет амперметр? рис. 7.4 7.18. К источнику напряжения последователь- но подключены вольтметр и переменное сопро-
48 тивление. Если сопротивление уменьшить втрое, то показание вольтметра увеличится вдвое. Во сколько раз изменится показание вольтметра, если сопротивление увеличить втрое? 7.19. Какое сопротивление и как нужно под- ключить к проводнику с сопротивлением 24 Ом, чтобы получить сопротивление 20 Ом? 7.20. На сколько равных частей требуется раз- резать проводник сопротивлением 64 Ом, чтобы, соединив их параллельно, получить сопротивление 1 Ом? 7.21. Четыре проводника по 1,5 Ом каждый требуется соединить так, чтобы получить сопро- тивление 2 Ом. Как это сделать? 7.22. Общее сопротивление двух проводников при последовательном соединении 50 Ом, а при параллельном - 12 Ом. Определить сопротивление каждого проводника. у’ . 7.23. Как изменится по- ° казание амперметра, если ЦУ замкнуть ключ (рис. 7.5)? ъ___________]____| Лампочки одинаковые, на- рИС у 5 пряжение постоянно.
49 7.24. Два проводника 1 Ом и 5 Ом соединены параллельно. Определить ток в каждом проводни- ке, если общий ток 15 А. 7.25. Найти напряже- ние на сопротивлениях, если амперметр показы- вает 6 А (рис. 7.6). Номи- налы сопротивлений даны в Омах. рис. 7.6 7.26. По противоположным сто- ронам квадрата, изготовленного из четырех одинаковых кусков прово- локи, могут скользить контакты (рис. 7.7). Во сколько раз макси- мальное сопротивление квадрата рис. 7.7 больше минимального? ^.27. Определить об- щее сопротивление цепи (рис. 7.8), если R1 Ом. 7.28. Определить об- щее сопротивление цепи (рис. 7.9), если Ri = 3 Ом; R2 ~ 9 Ом; R3 = R4 = Rs — 6 Ом; R5 = 4 Ом. рис. 7.9 7.29. Определить об-
50 щее сопротивление цепи (рис. 7.10), если R = 1 Ом. рис. 7.10 7.30. Определить сопротивление проволочного тетраэдра между любыми двумя вершинами. Со- противление каждого ребра равно 1 Ом. 7.31* . В цепи все сопротивления одина- ковы, а общее напря- жение постоянно (рис. 7.11). Как изменятся рис. 7.11 токи в сопротивлениях Ri и R2, если Ri увеличить на 10%, a R2 - на 30%? 7.32. Однородный проволоч- А ный каркас в виде прямоуголь- ника включается в цепь сначала ____________' точками А и В, затем точками В в _ . п с г . рис.7.12 и С (рис. 7.12). Во втором случае сопротивление каркаса в 1,6 раза больше, чем в первом. Во сколько раз сторона ВС длиннее сто- роны АВ?
я 7.33. В представленной схеме (рис. 7.13) ам- перметр Ai показывает силу тока 2 А. Какую силу тока показывает амперметр А2? Сопротивления даны в Омах. рис. 7.13 7.34* . Найти показание идеального вольтметра в представленной схеме (рис. 7.14). R = 1 Ом, об- щее напряжение - 55 В. рис. 7.14 7.35* . Учитель предложил пятерым ученикам померить на- пряжения на пяти одинаковых сопротивлениях, собранных в представленную схему (рис. 7.15), с помощью пяти вольтмет- ров. В результате получились такие результаты: Uj = 1 В; U2 = рис. 7.15 1 В; U3 = 2 В; U4 = 4 В; U5 = 5 В. После этого учи- тель сказал, что у одного вольтметра была смеще-
52 на шкала. Какое из напряжений измерили непра- вильно? 7.36* . Из куска проволоки сопротивлением 100 Ом сделали кольцо и в двух точках к этому кольцу подсоединили подводящие провода. В ка- ком отношении точки подсоединения должны де- лить длину кольца, чтобы сопротивление между ними было равно 9 Ом? 7.37. Резистор соединили последовательно с проводящим резиновым стержнем и подключили к источнику с напряжением 10 В. При этом сила то- ка в цепи равна 2 А. Когда резиновый стержень растянули, увеличив его длину вдвое, сила тока стала равна 1 А. Определить сопротивление рези- стора. 7.38* . В цепи, представленной на рис. 7.16, гальванометр показы- вает отсутствие тока. Выразить со- противление Rx через Ri, R2 и R3. Rx КЗ < . Ь—т—I t—1 рис. 7.16
53 8.Тепловое действие тока 8.1. Амперметр и вольтметр, включенные в сеть, показывают 50 А и 120 В. Какая мощность потребляется этими приборами, если сопротивле- ние вольтметра 2500 Ом, а амперметра 0,003 Ом? 8.2. В каком из че- тырех сопротивлений выделяется больше мощность (рис. 8.1)? Сопротивления даны в Омах. рис. 8.1 8.3. Электрическая плитка состоит из двух одинаковых спиралей. При включении одной спи- рали в сеть, на ней выделяется мощность N. Какая мощность будет выделяться, если включить обе спирали, соединенные последовательно; парал- лельно? 8.4. Две электрические спирали имеют сопро- тивление 25 Ом и 20 Ом. Какое количество тепло- ты выделится в этих спиралях, если их включить на 3 мин в сеть с напряжением 100 В при последо- вательном и параллельном соединении? 8.5. Две плитки, рассчитанные на 250 Вт и 1000 Вт, соединили последовательно и включили в
54 сеть. Найти отношение мощностей, потребляемых плитками. 8.6. В сеть с напряжением 220 В последова- тельно включаются 2 лампы мощностью 60 Вт и 250Вт, рассчитанные на напряжение НОВ каж- дая. Какая мощность будет выделяться в каждой лампе? 8.7. Сопротивления двух ламп, включенных параллельно в сеть с напряжением 120 В, относят- ся как 3:2. Определить выделяемые в лампах мощности, если сила тока в первой лампе - 0,4 А. 8.8. Дуговая лампа включена последовательно с сопротивлением 7,3 Ом в сеть с напряжением НОВ. Потребляемая лампой мощность составляет 410 Вт. Определить ток в лампе и ее сопротивле- ние в рабочем состоянии. 8.9. Мощность, потребляемая реостатом, 30 Вт, напряжение на его зажимах 15 В. Определить длину никелиновой проволоки, пошедшей на изго- товление реостата, если площадь ее сечения 0,5 мм2. 8.10. Две лампы накаливания мощностью 100 Вт и 80 Вт рассчитаны на напряжение 120 В. Какую мощность будет потреблять каждая лампа,
55 если их включить в сеть с этим напряжением по- следовательно? 8.11. Напряжение на зажимах генератора равно 132 В, а у потребителя - 127 В. Определить сопро- тивление подводящих проводов, если мощность, дошедшая до потребителя - 5 кВт. 8.12. Генератор с напряжением на зажимах 220 В передаёт во внешнюю цепь мощность 11 кВт. Какого минимального сечения должны быть медные провода линии передачи длиной 50 м, чтобы потеря напряжения в них не превыша- ла 2% от указанного напряжения? 8.13. Сопротивление одной электрической лампочки 420 Ом. Какое количество ламп включе- но параллельно в цепь, если при напряжении 127 В мощность, потребляемая лампами, равна 1,52 кВт? 8.14. Сто одинаковых лампочек накаливания, соединенных параллельно, питаются от сети с на- пряжением 220 В. Сопротивление каждой лампоч- ки равно 220 Ом. Определить потребляемую мощ- ность. 8.15. Электрический двигатель, обмотка кото- рого имеет сопротивление 2,2 Ом, работает от ис- точника электрической энергии с напряжением
56 120 В при токе 7,5 А. Определить потерю мощно- сти в обмотке двигателя и его к.п.д. 8.16. Какое количество тепла выделилось в реостате с сопротивлением 6 Ом, если за 5 мин через него прошло 600 Кл электричества ? 8.17. Два проводника с сопротивлением 5 Ом и 7 Ом соединяют параллельно и подключают к ис- точнику. В первом проводнике выделилось 1 кДж тепла. Какое количество тепла выделилось во вто- ром проводнике за то же время ? 8.18. Сколько времени длится нагревание 3 л воды от 18 °C до кипения в электрическом чайнике мощностью 800 Вт с к.п.д. 87% ? 8.19. Электрический кипятильник нагревает за 5 мин 210 г воды от 14 °C до кипения. Определить сопротивление кипятильника, если он работает от сети с напряжением 120 В. 8.20. Электрический кипятильник мощностью 1 кВт, работающий от сети с напряжением 220 В, за 12 мин нагревает 1,5л воды на 88 градусов. Оп- ределить величину тока в цепи и к.п.д. нагревате- ля. 8.21. Какую площадь поперечного сечения должна иметь свинцовая проволока предохраните- ля, чтобы при прохождении через него тока 1 А
57 перегорание предохранителя происходило через 1 с? Начальная температура проволоки равна 20 °C, температура плавления свинца 327 °C. 8.22. Сколько льда при температуре -10 °C можно растопить за 10 мин на электрической плитке, работающей от сети с напряжением 220 В при токе 3 А, если к.п.д. плитки 80%? 8.23. Имеются три электрические лампы, рас- считанные на напряжение ИОВ каждая. Мощно- сти ламп равны 50 Вт; 50 Вт и 100 Вт. Как надо включить эти лампы в сеть с напряжением 220 В, чтобы они давали нормальный накал? 8.24* . Четыре проводника, сопротивление ко- торых 1 Ом; 2 Ом; 3 Ом и 4 Ом соединены так, что общее сопротивление оказалось равным 1 Ом. Ка- кая мощность выделяется в проводнике 2 Ом, если ток в проводнике 3 Ом равен 3 А? 8.25* . Чему равно сопротивление подводящих проводов, если два одинаковых чайника при на- пряжении 220 В закипают за одно и то же время при последовательном и параллельном включени- ях? Потребляемая каждым чайником мощность при этом равна 400 Вт. 8.26* . Электрический утюг, рассчитанный на напряжение 120 В, имеет мощность 300 Вт. При
58 включении утюга в розетку напряжение в ней па- дает от 127 В до 115 В. Определить сопротивление проводов, подводящих напряжение к розетке. 8.27* . Электрический чайник закипает за 24 мин. Как надо разделить его обмотку на 2 сек- ции, чтобы при включении одной из них чайник закипал за 8 мин? За какое время закипит чайник, если включить одну вторую секцию? За какое вре- мя закипит чайник, если включить обе секции па- раллельно? 8.28. Электрический аппарат для перегонки воды потребляет от сети мощность 2,5 кВт. Сколь- ко дистиллированной воды получают при помощи этого аппарата в течение 1 ч, если его к.п.д. 80%, а вода поступает из водопровода при температуре 10 °C? 8.29. Электрический чайник, содержащий 600 г воды при 9 °C и имеющий сопротивление обмотки 16 0м, включили в сеть с напряжением 120 В и забыли выключить. Через какое время вся вода выкипит, если к.п.д. чайника 60%? 8.30. В представленной схеме (рис. 8.2) вольт- метр показывает напряжение 10 В. Какое количе- ство теплоты выделится в сопротивлении 2 Ом за 3 мин?
59 2 Ом о Юм ЗОм о рис. 8.2 8.31. Три лампочки мощностью Ni - 50 Вт, N2 = 25 Вт и N3 = 50 Вт, рассчитанные на напряжение 110 В каждая, соединены, как показано на рис. 8.3, и включены в сеть с Рис- 8-3 напряжением 220 В. Какая мощность выделяется в каждой лампочке?
60 ОТВЕТЫ 1. Равномерное движение. Средняя скорость 1.1. 6с 1.2. 50 с 1.3. 5 м/с 1.4. 4 с 1.5. 12ч 1.6. 7,5 км/ч; 17,5 км/ч 1.7. в Зраза 1.8. одновременно 1.9. 7 троллейбусов 1.10. 30 км/ч 1.11. 3 км/ч 1.12. 30 км 1.13. 400 м 1.14. 8 ч; 430 км 1.15. « 61,7 км 1.16. 240 скачков 1.17. 15 мин 1.18. на восьмой 1.19. через 6 ч 1.20. 15 мин; 3 и 4 круга 1.21. 5 км 1.22. 5 ч 1.23.1,25 ч
61 1.24. Не успеют 1.25. 1 мин 1.26. 0,5 м/с; 1,5 м/с 1.27. 100 ступенек V, +v2 V — и 1.29. L, =L“—— V + u v — V 1.30. S = L->----г- 1:31. v = c^^ t, +t2 i-32V=aF:W 1.33. 2,5 km 1.34. V] = 1,1 м/с; V2 = 0,5 м/с 1.35. 25,6 км/ч; 19,2 км/ч 1.36. vi = 37,5 км/ч; v2 = 40 км/ч 1.37. 16 м/с 1.38. 20 м/с 1.39. 7 км/ч 1.40. 48 км/ч 1.41. 1,5 м/с 1.42. vcp = O,5-7c-v 1.43. 12 км/ч 1.44. 30 км/ч
62 4v 1.45. v0=-—— 4 - 7Г 1.46. vK = 11,25 км/ч; vp = 3,75 км/ч 1.47. 21,4 км/ч 1.48. 40 км/ч 1.49. 40 км/ч 1.50. 15 км/ч 1.51. 1 с 1.52. По озеру 1.53. 1,5 мин 2 .Механика жидкости 2.1. 8100 кг/м3 2.2. Полый; 1320 см3 2.3. 1200 кг/м3 2.4. 2700 кг/м3 2.5. 0,001 м3 2.6. 4000 кг/м3 2.7. р = 5Р2 ~РгР| Р,-Р2 Р-Р 2'8' р2=р'р^ 2.9. 43,75 Н 2.10. 750 кг/м3 2.11 «0.94
63 2.12. 0,75 2.13. 1,35 кг 2.14. 2 м 2.15. 1,25 м2 2.16. 0,1 2.17. = V р2-р, 2.18. р = ПР» +А п + 1 2.19. 0,0115м3 2.20. 1500 кг/м3 2.21. ® 20 кг 2.22. 4/9 2.23. 80 г 2.24. Нет 2.25. 2 кг 2.26. 48 мм 2 27 h = + ^2) ~ 2а - 1ц - h2 2.28. 3 кг 2.29. 15,25 см 2.30. 0,8 м 2.31. «0,211 кг; «0,082 кг 2.32. 70 кг 2.33. 0,7 м 2.34. 600 кг/м3
64 2.35. 1,6-Ю-4 m3 2.36. 0,6 кг 2.37. Понизится 2.38. « 10’5м3 2.39. 750 кг/м3 2.40. 500 кг/м3 2.41. 1,09 кг 2.42. 5 мм' 2.43. 27 см 2.44. 6,25 мм 2.45. На пятом 2.46. Не выдержит 2.47. h =----Ш----- p(S,+S2) 2.48. « 3,8-103 Па гл 2.49. Ah= - PS m 2.50. Ah = p(S,+S2) 2.51. 1,3 см . 2.52. «9611 3 .Количество теплоты. Теплообмен 3.1.34 °C 3.2. 30 °C
3.3. 45 л 3.4. 2^5 л и 75 л 3.5. 40 °C 3.6. 8 кг 3.7. 98 °C 3.8. 168 г 3.9. 382 Дж/кгград 3.10. «240 3.11. «32,2 °C 3.12. 1,2-Ю10 Дж 3.13.32,5 °C 3.14. Хватит 3.15. «0,14 кг 3.16. 16,8 с 3.17. 4,8 кг 4 .Фазовые превращения 4.1.32 °C 4.2. 35 г 4.3. 0 °C 4.4. 0,8 кг 4.5. 39 кг 4.6. 88 °C 4.7. 7,4 г 4.8. 61 мин
66 4.9. 2,4-106Дж/кг 4.10. 60 °C 4.11. 5,2-106 Дж 4.12. 5,3 °C 4.13. 125 г; -80 °C 4.14. «556 г 4.15. -3,4 °C 4.16. 0,03 кг 4.17. а) 4,4 °C; 6)0 °C 4.18. «4,9 кг 4.19. «255 г 4.20. 5 ч 4.21.0,6 кг 4.22. 42,6 мин 4.23. «58 с 4.24. « 90 г 4.25. 1,2 см 4.26. 6,3 кг 4.27. 40 кг 4.28. 0 °C 4.29. t = О °C; тв = 575 г; тл = 825 г 4.30. 265 км 4.31.346 м/с 4.32. 1,23 кг 4.33. 100 °C 4.34. О °C
67 4.35. « 5,3 °C 4.36. 88 г 4.37. 0,28 °C 4.38. 37,8 кВт 4.39. « 121 г 4.40. 0 °C; ® 4,1 кг 4.41. 1,121 кг 4.42. 59 °C 4.43. « 106,3 см3 4.44. « 1,2 г/с 4.45. 100 °C 4.46. « 1,25 кг 5 .Теплота сгорания топлива. К.п.д. двигателей 5.1. 1,1 кг 5.2. 33% 5.3. 16 мин 5.4. 27% 5.5. 7,4-Ю4 кДж 5.6. 23% 5.7. 61 км 5.8. 18,4 т; 4,41-104 кВт 5.9. 215 кг 5.10. 23 кВт
68 5.11. ® 22% 5 12 n = 2t(N.+2N2) qM 5.13. 104 л; 2450 H; 73,5 кВт 5.14.2 л 6.Электрический ток в металлах 6.1.30мА 6.2. 6,2-Ю15 б.З.ЗОКл 6.4. 1,8 г 6.5. 0,25 мм/с 6.6. 0,15 мм/с 6.7. 0,0245-1 О^Ом-м 6.8. уменьшится в 4 раза 6.9. одинаковое 6.10. 49,1 кг 6.11. Удв = 0,5VBC 6.12. 22 0м 6.13. 750 кг 6.14. Первый вдвое тяжелей 6.15. Увеличится в 2,25 раза 6.16. 16
69 7.Закон Ома. Параллельное и последовательное соединение проводников 7.1. 28,9 В 7.2. 5,3-10’8 Омм 7.3. 215 В; 5В 7.4. 212 В 7.5. ® 13,7 мм2 7.6. 5 А; 60 В; 45 В; 15 В 7.7. 40 В; 60 В; 120 В 7.8. 3,2 Ом; 4,8 Ом 7.9. 20 Ом 7.10. 0,75 А; 1,5 А 7.11. U2 = 0,75U] 7.12. 0,5 А; 200 Ом 7.13. 13 кОм 7.14. 6 кОм 7.15. в 10 раз 7.16. 20 кОм 7.17. 0,36 А 7.18. Уменьшится в 2,5 раза 7.19. 120 Ом; параллельно 7.20. 8 7.21. Три параллельно и один последовательно 7.22. 20 Ом; 30 Ом 7.23. увеличится в 2 раза
70 7.24. 12,5 A; 2,5 A 7.25. 18 В; 8 В; 8 В 7.26. в 4/3 раз 7.27. 2/3 Ом 7.28. 3 Ом 7.29. 1/3 Ом 7.30. 0,5 Ом 7.31. в Ri увеличится; в R2 уменьшится 7.32. в 2 раза 7.33. 3,43 А 7.34. 5 В 7.35. U4 7.36. 1:9 7.37. « 3,3 Ом R R 7.38. R = х r2 8.Тепловое действие тока 8.1. 8 Вт; 5,75 Вт 8.2. 2 Ом 8.3. N/2;2N 8.4. 40 кДж; 160 кДж 8.5. 4 8.6. 159 Вт; 39 Вт 8.7. 48 Вт; 72 Вт
71 8.8. 6,76 А и 9 Ом; 8,2 А и 6,1 Ом 8.9. 9 м 8.10. 19 Вт; 25 Вт 8.11. 0,13 Ом 8.12. 18,2 мм2 /8.13.40 8.14. 22 кВт 8.15. 124 Вт; 86% 8.16. 7200 Дж 8.17. 714 Дж 8.18. 24,7 мин 8.19. 58 Ом 8.20. 4,4 А; 77% 8.21. ® 0,0196 мм2 8.22. 0,93 кг 8.23. Две первые параллельно, третья последовательно 8.24. 72 Вт 8.25.13,4 0м 8.26. 5 Ом 1 2 8.27. R. = -R; R, = —R; 16 мин; 5,33 мин 1 3 2 3 8.28. 2,73 кг 8.29. 49 мин 8.30. 12,96 кДж 8.31. 72 Вт; 16 Вт; 32 Вт
72 ПРИЛОЖЕНИЯ 1. Плотность веществ Вещество р, кг/м’ Алюминий 2700 Бензин 700 Вода 1000 Глицерин 1250 Железо 7800 Керосин 800 Латунь 8600 Лед 900 Медь 8900 Нефть 800 Олово 7300 Ртуть 13600 Свинец 11340 Серебро 10500 Спирт 800 Стекло 2500 2. Удельная теплота сгорания Вещество q, МДж/кг Бензин 46 Дизельное топливо 42,3 Керосин 41 Порох 3 Спирт 27 Уголь 30
73 3. Удельная теплоемкости Вещество - Дж/кг-град Алюминий 900 Вода 4200 Водяной пар 2200 Железо 460 Золото 130 Керосин 2140 Лед 2100 Олово 250 Ртуть 140 Свинец 130 Сталь 460 ' Стекло 840 Чугун 550 4. Удельное сопротивление Металл р, 10'8 Ом-м Алюминий .2,7 Константан 50 Медь 1,72 Никелин 42 Свинец 21
СОДЕРЖАНИЕ 1. Равномерное движение. Средняя скорость.3 2. Механика жидкости.....................16 3. Количество теплоты. Теплообмен........25 4. Фазовые превращения...................29 5. Теплота сгорания топлива. К.п.д. двигателей..38 6. Электрический ток в металлах..........41 7. Закон Ома. Параллельное и последовательное соединение проводников...................44 8. Тепловое действие тока................53 Ответы.................................60 Приложения.............................72