Направление 2. Решение энергетических задач

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск

Автор-составитель Цирова Ирина Семеновна, доцент, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, кандидат физико-математических наук

Инструкция

1.Выберите задачи соответственно вашей возрастной группе и уровню подготовки.

2.Решение задач отправляется на ящик energo@63stl.ru с пометкой в теме письма "Задачи. Возраст. гр. 7-8 кл.(9-11 кл.)".

В файле с решением необходимо указать ФИ, класс, ОУ.

Задачи

7-8 классы
9-11 классы
Задача №1

Приведите примеры ситуаций, когда происходит передача тепла. Как процессы передачи тепла связаны с температурой? С ее изменением?


Задача №2

В комнате на столе стоит стакан, в стакане – чай со льдом. Стенки стакана запотели. Почему? Повлияет ли влага на стенках стакана на скорость, с которой тает лед в стакане?

7-8Zadazi2.jpg


Задача №3

Водородный топливный элемент (альтернативный источник энергии) – какие у него достоинства, преимущества и недостатки?


Задача №4

К высоким технологиям НЕ относятся:

1) альтернативная энергетика;

2) алхимия;

3) биотехнологии:

4) нанотехнологии;

5) наноэлектроника.

Выберите один или несколько ответов из пяти. Свой ответ обоснуйте.


Задача №5

Тишина утром в лесу... Редкие птицы перекликаются вдалеке, лучи солнца сквозь легкий туман, роса под ногами, невероятная свежесть воздуха...

7-8Zadazi5.jpg

Такой простой сюжет, который наблюдал в своей жизни каждый. Вы замечали, что лучи света, падающие от солнца, рассеиваются?

Как называется этот эффект?

1) эффект Вавилова – Черенкова;

2) эффект Тиндаля;

3) эффект Столетова;

4) фотохимическая реакция;

5) дифракция света;

6) люминесценция.

Выберите один ответ. Кратко расскажите об этом эффекте.


Задача №6

На рисунке показаны четыре линии, вдоль которых в течение одного и того же промежутка времени движутся частицы.

7-8Zadazi6.jpg

Пути проходят через сетку равноотстоящих друг от друга прямых линий. Ранжируйте пути: расположите номера частиц в порядке убывания их средней скорости. Ответ обоснуйте.


Задача №7

На рисунке мячик подбрасывают вверх вдоль одинаковых по своему размеру окон.

7-8Zadazi7.jpg

Ранжируйте окна:

1) расположите номера окон в порядке согласно убыванию скорости мяча, пролетающего мимо этих окон;

2) расположите номера окон в порядке согласно убыванию времени, которое затрачено мячом на движение мимо каждого окна.

Ответ обоснуйте.


Задача №8

На рисунке показан груз, который может перемещаться по трем гладким поверхностям, отличающимся только высотой. Пунктиром показана финишная черта.

7-8Zadazi8.jpg

Ранжируйте маршруты: расположите их номера в порядке

1) по уменьшению значения скорости груза на финише;

2) по уменьшению времени, затраченного на движение до финишной черты.

Ответ обоснуйте.


Задача №9

С холма спускается грузовик с неисправными тормозами.

7-8Zadazi9.jpg

Перед тем, как водитель направит грузовик на гладкую горку для аварийного выхода, скорость грузовика равна 130 км/ч. Масса грузовика 12 тонн. Угол наклона горки θ = 30 градусов. Какое минимальное расстояние L пройдет грузовик по горке до остановки?

Как изменится длина пути L, если

а) масса грузовика будет меньше?;

б) скорость у основания горки будет меньше?












Задача №1

«Зеленый» автомобиль. Каковы его достоинства? Какие существуют проблемы использования?

9-11Zadachi1.jpg


Задача №2

Экспериментатору необходимо нагреть образец до 600 градусов Цельсия. В лаборатории имеется печь, которая нагревается до максимальной температуры 300 градусов Цельсия.

9-11Zadachi2.jpg

Сможет ли экспериментатор решить свою задачу, используя собирающую линзу для фокусировки излучения печки на образце, как показано на рисунке? Выберите верный ответ. Свой выбор обоснуйте.

1) Да, если объем печи как минимум в 2 раза больше объема образца;

2) да, если площадь передней стенки печи как минимум в 2 раза больше площади стенки образца, обращенной к печи;

3) да, если образец находится в фокусе линзы;

4) нет, так как это противоречит закону сохранения энергии;

5) нет, так как это противоречит законам термодинамики.


Задача №3

100-ваттный нагреватель помещен в кувшин, содержащий 1 литр воды. Нагреватель работает достаточно долго, но вода, нагревшись почти до кипения, так и не закипает. Если теперь отключить нагреватель, то примерно за сколько секунд температура воды понизится на 1 градус Цельсия? Выберите верный ответ. Свой выбор обоснуйте.

1) 20с;

2) 40с;

3) 60с;

4) 130 с;

5) 200с.


Задача №4

Конденсатор, показанный на рисунке 1, долгое время заряжается, когда ключ К находится в положении а.

9-11Zadachi4.jpg

В момент t = 0 ключ К переводят в положение b. Какой из графиков на рисунке 2 показывает зависимость силы тока I через резистор R от времени? Выберите верный ответ. Свой выбор обоснуйте.

1) A;

2) B;

3) C;

4) D;

5) E.


Задача №5

На рисунке показана схема соединения резисторов, сопротивления которых одинаковы и равны R. Показание вольтметра 126 В, показание амперметра 2А. Измерительные приборы идеальные. Чему равно R?

9-11Zadachi5.jpg


Задача №6

1) Что такое фотовольтаика?

2) Солнечная батарея состоит из 40 ячеек, соединенных последовательно (рисунок a) ).

9-11Zadachi6.jpg

Если на все ячейки падает солнечный свет, то они представляют собой 40 последовательно соединенных идеальных батареек по 0,5 В каждая (рисунок b) ). Такое соединение батареек эквивалентно идеальному источнику постоянного напряжения 20 В. График зависимости силы тока от напряжения (I – V характеристика) солнечной батареи показан на рисунке с). Начертите I – Vхарактеристику полностью освещенной солнечной батареи.

3) Если одна из ячеек оказалась затенена (на нее не попадает свет), то такая ячейка уже не является батарейкой и ведет себя как резистор сопротивлением r = 5 Ом (см. рисунок d) ).

9-11Zadachi61.jpg

Начертите I – V характеристику солнечной батареи с одной затененной ячейкой.

4) Начертите I – V характеристику солнечной батареи для случая, когда затенены две ячейки (см. рисунок е) ). Все три графика из заданий 2), 3) и 4) выполните в одной координатной плоскости.


Задача №7

В окне А использовано стекло толщиной 4 мм, как показано на рисунке.

9-11Zadachi71.jpg

В окне В вставлена панель типа «сэндвич», состоящая из двух слоев очень тонкого текла, между которыми – слой воздуха толщиной 2 мм. Коэффициент теплопроводности стекла равен 0.8 Вт/(м градус Цельсия). Коэффициент теплопроводности воздуха равен 0.025 Вт/(м градус Цельсия). Рассчитайте отношение теплового потока через окно А к тепловому потоку через окно В.

Указание. Количество энергии q, переносимое в единицу времени (тепловой поток) между двумя слоями с температурами t0 и t1, находящимися на расстоянии d друг от друга, определяется законом Фурье:

9-11Zadachi72.jpg

где S – площадь поперечного сечения слоев, λ – коэффициент теплопроводности материала.


Задача №8

Как изменится яркость лампочки А после замыкания ключа? Выберите верный ответ. Свой выбор обоснуйте.

1) Уменьшится в 2 раза

2) Увеличится в 2 раза

3) Увеличится в 4 раза

4) Увеличится в 8 раз

5) Не изменится

9-11Zadachi8.jpg


Задача №9

В цепи, показанной на рисунке, рассчитайте силы токов I1, I2, I3, I4. Чему равен заряд конденсатора?

9-11Zadachi9.jpg




Ответы на задачи

7-8 классы
9-11 классы
Задача №1


Ответ: Примеры передачи тепла – от горячего к холодному: батарея обогревает комнату, нагреватель в чайнике нагревает воду и т.д. Тепло самопроизвольно переходит от тела более нагретого к менее нагретому. При этом температура тела более нагретого уменьшается, а температура холодного тела увеличивается.


Задача №2


Ответ: Стенки стакана холодные. Происходит конденсация влаги из окружающего воздуха на холодном стекле стакана (вблизи стенок относительная влажность повышается). Эта влага уменьшит скорость таяния льда в стакане.


Задача №3


Ответ: Достоинство – экологичность. Недостаток – дорого, отсутствует необходимая инфраструктура.


Задача №4


Ответ: 2) алхимия - не относится к высоким технологиям из-за необоснованности, нереалистичности своих утверждений.


Задача №5


Ответ: 2) эффект Тиндаля, рассеяние света в оптически неоднородной среде, конус света на более темном фоне. Неоднородной средой может быть, например, коллоидный раствор.


Задача №6


Решение: Чем больше пройденный путь за одно и то же время, тем больше средняя скорость движения. Наибольший путь – 4, затем – одинаковые пути 2 и 1, наименьший путь 3.

Ответ: 1) 4; 2) 2 и 1; 3) 3.


Задача №7


Решение: В полете мяч замедляется. Чем выше окно, тем меньше скорость пролетающего мячика.

Ответ:

1) 3 – 2 – 1;

2) 1 – 2 – 3.


Задача №8


Решение: По закону сохранения энергии
ENERGO-7-8Zadazi8Otvet.jpg

Ответ:

1) 3–2–1;

2) 1–2–3.


Задача №9


Решение: ENERGO-7-8Zadazi9Otvet.jpgм. Полученное расстояние не зависит от массы грузовика. Если скорость у основания аварийной горки будет меньше, то и расстояние L тоже будет меньше.

Ответ:

а) 130 м;

б) не изменится;

в) уменьшится.




Задача №1

Ответ: экологичные автомобили - электромобили, на водородных топливных элементах … 1) Дорого, 2) отсутствует инфраструктура использования таких машин….

Задача №2

Решение: Тепло не может перейти самопроизвольно от тела менее нагретого к более нагретому, от холодного к горячему.

Ответ: 5.

Задача №3

Решение: Так как вода не закипает, то за каждую секунду 100 ватт, полученных от нагревателя, рассеиваются в окружающее пространство (из-за разности температур воды и окружающего воздуха и т.д.). Если выключить нагреватель, то вода продолжит каждую секунду отдавать 100 ватт в окружающую среду (конечно, пока температура не понизится более чем на 1 градус).

ENERGO-9-11Zadachi3Otvet.jpg

Ответ: 2.

Задача №4

Ответ: 2.

Задача №5

Решение:

ENERGO-9-11Zadachi5Otvet.jpg

Ответ: 27 Ом.

Задача №6

Решение:

1) Фотовольтаика - получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

3) Общее напряжение на батарейках U = 0.5*39 = 19.5 (В). Сопротивление одного затененного элемента r соединено последовательно с внешней цепью (обозначим ее сопротивление R), поэтому U = I *(r+R) = I*r + V.

I = (U – V)/r,

I = U/r – V/r,

Ответ: I = 3.9 – V/5

4) Общее напряжение на батарейках U = 0.5*38 = 19 (В). Сопротивление двух затененных элементов 2r соединено последовательно с внешней цепью (обозначим ее сопротивление R), поэтому U = I *(2r+R) = I*2r + V.

I = (U – V)/2r,

I = U/2r – V/2r,

Ответ: I = 1.9 – V/10

ENERGO-9-11Zadachi6Otvet.jpg
Задача №7
ENERGO-9-11Zadachi7Otvet.jpg
Задача №8
ENERGO-9-11Zadachi8Otvet.jpg
Задача №9

Решение:

Выберем направления обхода простых контуров, как показано на рисунке.

ENERGO-9-11Zadachi9Otvet1.jpg

Для расчета токов и напряжения на конденсаторе составим систему уравнений Кирхгофа:

ENERGO-9-11Zadachi9Otvet2.jpg



На главную

На страницу проекта Энергетика для всех-2018