Самостоятельная работа №4. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Начальный уровень
1. Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1 кг топлива? Какой буквой ее обозначают?
2. Определите по таблице, какое вещество имеет самую большую теплотворную способность?
3. Определите по таблице, какое вещество имеет самую маленькую теплотворную способность?
4. Сколько энергии выделяется при полном сгорании 1 кг бензина?
5. Приведите примеры наилучшего и наихудшего топлива из числа указанных в таблице учебника. Обоснуйте свой ответ.
6. В каком случае можно получить больше количество теплоты: сжигая 1 кг торфа или 1 кг антрацита?
Средний уровень
1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта?
2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?
3. При полном сгорании 0,5 кг топлива выделяется 22 МДж теплоты. Какова удельная теплота сгорания топлива? Что это за топливо?
4. Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих сосновых дров объемом 3 м3?
5. Сколько энергии выделится при полном сгорании керосина объемом 5 л?
6. Сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы получить 60 МДж теплоты?
Достаточный уровень
1. а) Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в два раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит?
б) На сколько градусов Цельсия нагреются 3 кг воды, если вся теплота, выделившаяся при полном сгорании 10 г спирта, пошла на ее нагревание?
2. а) Почему теплота сгорания сырых дров меньше сухих той же породы? б) Сколько воды, взятой при температуре 14°С, можно нагреть до 50°С, сжигая спирт массой 30 г и считая, что вся выделяемая при горении спирта энергия идет на нагревание воды?
3. а) Почему разбросанные угли костра гаснут скоро, а сложенные в кучу долго сохраняются в раскаленном виде? б) На сколько изменится температура воды объемом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании древесного угля массой 0,5 кг, пойдет на нагревание воды?
4. а) Почему порох невыгодно использовать как топливо, а бензином нельзя заменить порох в артиллерийских орудиях. б) Сколько спирта надо сжечь, чтобы изменить температуру воды массой 2 кг от 14°С до 50°С, если вся теплота, выделенная спиртом пойдет на нагревание воды?
5. а) Почему мы сильно дуем на пламя спички, свечи и т.п., когда хотим его погасить? б) Сколько дров необходимо сжечь для того, чтобы нагреть 50 л воды в железном котле массой 10 кг от 15°С до 65°С? Потерями тепла пренебречь.
6. а) Почему рачительный хозяин предпочитает покупать березовые дрова, а не сосновые? Цена дров одинаковая. б) Сколько воды можно нагреть от 10°С до 60°С, если на ее нагревание пошла половина энергии, полученной в результате сгорания 40 кг каменного угля?
Высокий уровень
1. Сколько воды можно нагреть кипятильником от 10°С до 100°С, сжигая в нем 0,6 кг березовых дров, если для нагревания воды пошло 25 % теплоты, выделившейся при сжигании дров?
2. На спиртовке нагрели 175 г воды от 15 до 75°С. Начальная масса спиртовки со спиртом была равна 163 г, а по окончании нагревания — 157 г. Найдите КПД нагревательной установки.
3. Сколько дров понадобится сжечь, чтобы истопить кирпичную печь? КПД печи равен 25%, масса печи 1,5 т, в процессе протапливания температура печи меняется от 10°С до 70°С.
4. На примусе с КПД 40 % необходимо вскипятить 4 л воды, начальная температура которой 20°С, в алюминиевой кастрюле массой 2 кг. Определите расход керосина на нагревание воды и кастрюли.
5. В медном сосуде массой 0,5 кг нагреваются 2 л воды, взятой при температуре 10°С. До какой температуры можно нагреть воду за счет сжигания 50 г спирта (КПД считать равным 50 %)?
6. Каково отношение масс спирта и бензина в смеси, если удельная теплота сгорания этой смеси 40 МДж/кг?
СР №5. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ.
Начальный уровень
1. Почему при работе пила нагревается?
2. Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю энергию тела.
3. Приведите примеры превращения внутренней энергии в механическую.
4. Почему нагревается металлическая деталь, когда ее обрабатывают напильником?
5. Частыми ударами молотка можно разогреть кусок металла. На что расходуется эта механическая работа?
6. Железнодорожный состав затормозил и остановился. В какой вид энергии превратилась кинетическая энергия поезда?
Средний уровень
1. Опишите превращения энергии, которые будут происходить при падении на пол пластилинового шарика.
2. Какие превращения энергии происходят при катании ребят с горы на санках?
3. Троллейбус затормозил и остановился. В какой вид энергии превратилась кинетическая энергия троллейбуса?
4. Спортсмен проплыл в плавательном бассейне некоторую дистанцию и израсходовал при этом 130 кДж. В какие формы превратилась эта энергия?
5. Почему при слабом морозе снег на дорогах с интенсивным автомобильным движением размягчается и подтаивает? Ответ объясните.
6. Стеклянный и оловянный шары падают с одинаковой высоты. Какой шар в результате падения нагреется сильнее?
Достаточный уровень
1. На сколько градусов нагреется кусок меди массой 1 кг, если он упадет с высоты 500 м? Считать, что вся механическая энергия куска меди полностью превращается во внутреннюю.
2. Сравните температуру воды у основания водопада с ее температурой у его вершины. Высота водопада 60 м. Считать, что вся энергия падающей воды идет на ее нагревание.
3. В ущелье с высоты 250 м падает камень. Вследствие трения о воздух и удара о землю камень нагревается на 1,5°С. Определите удельную теплоемкость камня, считая, что 50% энергии камня расходуется на его нагревание.
4. Стальной ударник пневматического молотка массой 1,2 кг во время работы в течение 1,5 мин нагрелся на 20°С. Полагая, что на нагревание ударника пошло 40 % всей энергии молотка, определите произведенную работу и мощность, развиваемую при этом.
5. Ударная часть молота массой 10 т свободно падает с высоты 2,5 м на железную деталь массой 200 кг. Сколько ударов сделал молот, если деталь нагрелась на 20°С? На нагревание расходуется 30 % энергии молота.
6. Два одинаковых медных шара получили одинаковую энергию, в результате чего первый шар нагрелся, оставаясь неподвижным, на 40°С, а второй приобрел скорость, не нагреваясь. Определить эту скорость.
Высокий уровень
1. Мощность двигателя автомобиля «Жигули» 50 кВт. Каков КПД его двигателя, если при скорости 100 км/ч он потребляет 14 л бензина на 100 км пути?
2. Какое количество бензина израсходовали двигатели самолета, пролетевшего расстояние 500 км со средней скоростью 250 км/ч, если средняя мощность его двигателей 2000 кВт? КПД двигателя равен 25 %.
3. Реактивный самолет пролетает со скоростью 900 км/ч путь 1,8 км, затрачивая топливо массой 4 т. Мощность двигателя самолета 5900 кВт, его КПД 23 %. Какова удельная теплота сгорания топлива, применяемого самолетом?
4. Свинцовая пуля летит со скоростью 300 м/с. На сколько изменится ее температура при внезапной остановке? Считать, что на ее нагревание расходуется 5 % энергии пули.
5. При выстреле из ствола винтовки пуля массой 9 г приобретает скорость 800 м/с. Определить массу порохового заряда, если КПД выстрела 24 %.
6. Стальной шар, падая свободно, достиг скорости 41 м/с и, ударившись о землю, подскочил на высоту 1,6 м. Определить изменение температуры шара при ударе. Считать, что при соприкосновении с землей изменяется внутренняя энергия только шара.
7. Междугородный автобус прошел за 2 ч 160 км, развивая при этом мощность 70 кВт. Сколько горючего израсходовал автобус, если КПД его двигателя 25%? Норма расхода горючего 40 л на 100 км пути. Сколько топлива сэкономил водитель в рейсе? Плотность дизельного топлива 800 кг/м3, удельная теплота сгорания 42 МДж/кг.
8. У поверхности воды мальчик выпускает камень, и он опускается на дно пруда на глубину 5 м. Какое количество теплоты выделится при падении камня, если его масса 500 г, а объем 200 см3?