III. Обучающий тест

Внутренняя энергия идеального газа.

1. Как изменится внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры в 4 раза?

А) Повысится в 2 раза; Б) Повысится в 4 раза; В) Не изменится.

2. Температура идеального газа понизилась до 0 ^оС. При этом внутренняя энергия газа:

А) увеличилась; Б) Уменьшилась; В) Не изменилась; Г) Стала равной нулю.

3. Как изменится внутренняя энергия газа, если уменьшится средняя квадратичная скорость движения его молекул? Ответ обоснуйте.

4. Определите отношение внутренних энергий идеальных газов в количестве : 1 моль гелия и 1 моль неона – при одинаковых температурах. Относительная атомная масса гелия равна 4, неона – 20.

А) 1/5; Б) 1; В) 5.

5. Определите отношение внутренних энергий идеальных газов: 1 кг гелия и 1 кг неона – при одинаковых температурах.

А) 1/5; Б) 1; В) 5.

6**. Определите отношение внутренних энергий идеальных газов: 1 кг водорода и 1 кг углекислого газа – при одинаковых температурах.

А) 22; Б) 1/22; В) 55/3; Г) 3/55.

7**. Внутренняя энергия водорода равна 300 Дж. Чему равна часть внутренней энергии, приходящаяся на энергию вращательного движения молекул газа?

А) 180 Дж; Б) 120 Дж; В) 150 Дж; Г) 100 Дж.

8**. Давление, производимое газом, зависит:

А) от средней кинетической энергии молекул и их концентрации;

Б) от потенциальной энергии взаимодействия молекул и их концентрации.

В) от средней кинетической энергии поступательного движения молекул и их концентрации;

Г) от средней кинетической энергии вращательного движения молекул и их концентрации.

9. Состояние идеального газа задается значениями температуры Т и давления Р. Внутренняя энергия газа имеет наибольшее значение в состоянии:

А) Т₀, Р₀; Б) Т₀, 2Р₀; В) 10Т₀, Р₀; Г) 2Т₀, 10Р₀.

10. Состояние идеального газа постоянной массы задается значениями объема V и давления Р. Внутренняя энергия газа имеет наибольшее значение в состоянии:

А) V₀, Р₀; Б) V₀, 2Р₀; В) 10V₀, Р₀; Г) 2V₀, 10Р₀.

11*. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа U = 300 Дж. Газ занимает объем V = 2 л. Давление газа:

А) 100 Па; Б) 10³ Па; В) 10⁴ Па; Г) 10⁵ Па.

12. Как изменилась внутренняя энергия газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 1)?

А) Не изменилась; Б) Увеличилась; В) Уменьшилась.

13. На сколько изменилась внутренняя энергия 2 моль одноатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 1)?

А) Увеличилась примерно на 5 кДж; Б) Увеличилась примерно на 6 кДж; В) Увеличилась примерно на 7 кДж.

14**. На сколько изменилась внутренняя энергия 2 моль трехатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 1)?

А) Увеличилась примерно на 5 кДж; Б) Увеличилась примерно на 8 кДж; В) Увеличилась примерно на 10 кДж;

15. Как изменилась внутренняя энергия газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 2)?

А) Не изменилась; Б) Нельзя определить; В) Увеличилась; Г) Уменьшилась.

16*. На сколько изменилась внутренняя энергия одноатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 2)?

А) Увеличилась на 600 Дж; Б) Увеличилась на 900 Дж; В) Увеличилась на 1500 Дж.

17*. На сколько изменилась внутренняя энергия двухатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 2)?

А) Увеличилась на 600 Дж; Б) Увеличилась на 900 Дж; В) Увеличилась на 1500 Дж.

18*. На сколько изменилась внутренняя энергия одноатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 3)?

А) Уменьшилась на 1,75 кДж; Б) Уменьшилась на 1,05 кДж; В) Не изменилась.

19*. На сколько изменилась внутренняя энергия одноатомного газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 4)?

А) Увеличилась на 100 Дж; Б) Уменьшилась на 100 Дж; В) Не изменилась.

20*. Начальное и конечное значение внутренней энергии идеального газа одинаково, если:

А) состояние газа меняется только по изохорному процессу;

Б) состояние газа меняется только по изобарному процессу;

В) состояние газа меняется только по изотермическому процессу;

Г) состояние газа меняется по любому процессу, но значение начальной и конечной температуры одинаково.

Работа газа

21-23. На рисунке 2 изображен процесс перехода газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе.

21. Каков знак работы А, совершенной газом над внешними телами (например, над поршнем)?

А) А = 0; Б) А < 0; В) А> 0.

22. Каков знак работы совершенной внешними телами (например, поршнем) над газом?

А) = 0; Б) < 0; В) > 0.

23. Чему равна работа, совершенная газом над внешними телами?

А) 900 Дж; Б) – 600 Дж; В) 600 Дж.

24 - 26. На рисунке 3 изображен процесс перехода газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе.

24. Каков знак работы А, совершенной газом над внешними телами (например, над поршнем)?

А) А = 0; Б) А < 0; В) А > 0.

25. Каков знак работы совершенной внешними телами (например, поршнем) над газом?

А) = 0; Б) < 0; В) > 0.

26*. Чему равна работа, совершенная газом над внешними телами?

А) 600 Дж; Б) – 600 Дж; В) - 500 Дж.

27**. Двухатомный идеальный газ расширялся при неизменной массе по закону р = αV, где α – постоянный коэффициент. Найдите работу, произведенную газом при изменении его объема с V₁ до V₂.

А) αV(V₂ – V₁); Б) 0,5α(); В) 2α(); Г) 1,5α().

28*. Чему равна работа идеального газа в количестве 2 моль при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 1)?

А) 3,32 кДж; Б) 1,66 кДж; В) – 1,66 кДж; Г) 0.

29-33. На рисунке 5 показан график изменения состояния идеального газа по замкнутому циклу при неизменной массе: 1 – 2 - 3 - 4 – 1.

29. На каких участках газ не совершает работы?

А) А₃₄ = 0 и А₄₁ = 0; Б) А₄₁ = 0 и А₁₂ = 0; В) А₁₂ = 0 и А₃₄ = 0; Г) А₂₃ = 0 и А₃₄ = 0.

30. При каком переходе газ совершает положительную работу и каково значение этой работы?

А) А₄₁ = 400 Дж; Б) А₄₁ = 600 Дж; В) А₂₃ = 900 Дж; Г) А₂₃ = 600 Дж.

31. При каком переходе газ совершает отрицательную работу и каково значение этой работы?

А) А₄₁ = - 400 Дж; Б) А₄₁ = - 600 Дж; В) А₂₃ = - 900 Дж; Г) А₂₃ = - 600 Дж.

32. Какую работу совершает газ за весь замкнутый цикл: 1 – 2 - 3 - 4 – 1?

А) 600 Дж; Б) 400 Дж; В) 0; Г) 200 Дж.

33. Как изменилась внутренняя энергия газа к концу замкнутого цикла?

А) Не изменилась; Б) Нельзя определить; В) Увеличилась; Г) Уменьшилась.

34*. Чему равна работа, совершенная газом при переходе из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе (рис. 6)?

А) 40 кДж; Б) 60 кДж; В) – 40 кДж; Г) 0.

35*. Какую работу совершил идеальный газ, состояние которого изменялось по замкнутому циклу при неизменной массе: 1 – 2 – 3 – 4 – 1 (рис. 7)?

А) 500 Дж; Б) 400 Дж; В) – 400 Дж; Г) – 500 Дж.

36**. Какую работу совершил идеальный газ в количестве 2 молей, состояние которого изменялось по замкнутому циклу: 1 – 2 – 3 – 4 – 1 (рис. 8)?

А) 15 кДж; Б) 1,66 кДж; В) – 15 кДж; Г) –1,66 кДж.

Первый закон термодинамики

37*. Какое из утверждений верно?

А) Теплота представляет собой одну из форм энергии.

Б) Тело содержит определенное количество теплоты.

В) Температура – характеристика равновесного состояния.

Г) Молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, за исключением коротких интервалов времени, когда они сталкиваются.

Д) Вся внутренняя энергия идеального газа представляет собой среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул.

38. Газу передано количество теплоты 300 Дж, при этом он совершил над внешними телами работу 100 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?

А) 0 Дж; Б) 100 Дж; В) 200 Дж; Г) - 400 Дж.

39. Газу передано количество теплоты 100 Дж, и внешние силы совершили над ним работу 300 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?

А) 0 Дж; Б) - 100 Дж; В) 200 Дж; Г) 400 Дж.

40. При совершении газом работы 300 Дж над внешними телами ему передано количество теплоты 100 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?

А) 200 Дж; Б) 400 Дж; В) -200 Дж; Г) - 400 Дж.

41. При адиабатическом расширении газ совершил работу, равную 3 ^. 10¹⁰ Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?

А) 0; Б) 3 ^. 10¹⁰ Дж; В) 6 ^. 10¹⁰ Дж; Г) - 3 ^. 10¹⁰ Дж.

42. Теплый воздух поднимается кверху. Почему же в тропосфере внизу теплее, чем вверху?

43. Почему нагревается велосипедный насос при накачивании воздуха в шину?

44-45. На рисунке 2 изображен изобарный процесс, происходящий с идеальным газом при неизменной массе.

44. Ответьте на вопрос: газу передано количество теплоты от внешних тел (Q > 0 – газ получает количество теплоты) или сам газ отдает количество теплоты внешним телам (Q < 0 – газ выделяет количество теплоты)?

А) Q > 0; Б) Q < 0; В) Q = 0.

45*. Какое количество теплоты газ отдает или получает?

А) Q = 0; Б) Q =1,5 кДж; В) Q =1,2 кДж; Г) Q = - 1,2 кДж.

46-48. На рисунке 1 изображен изобарный процесс, происходящий с идеальным одноатомным газом в количестве 2 моль.

46. Газу передано количество теплоты от внешних тел или сам газ отдает количество теплоты внешним телам?

А) Q > 0; Б) Q < 0; В) Q = 0. Б.

47*. Какое количество теплоты газ отдает или получает?

А) Q = 0; Б) Q =6,64 кДж; В) Q = 8,31 кДж; Г) Q = - 8,31кДж.

48-54. На рисунке 9 изображен график изменения состояния одноатомного идеального газа по замкнутому циклу при неизменной массе: 1 – 2 – 3 – 4 – 1.

48*. На каких участках газ получал количество теплоты и на каких участках отдавал?

А) Q₁₂₃ > 0, Q₃₄₁ < 0; Б) Q₁₂ > 0, Q₂₃ < 0; В) Q₂₃₄ > 0, Q₄₁ < 0; Г) Q₃₄₁ > 0, Q₁₂₃ < 0.

49. Как изменилась внутренняя энергия газа за один цикл?

А) ΔU = 0; Б) ΔU = 200 Дж; В) ΔU = 600 Дж; Г) ΔU = 400 Дж.

50*. Какое количество теплоты получил газ за весь замкнутый цикл?

А) 1200 Дж; Б) 1050 Дж; В) 450 Дж; Г) 200 Дж.

51*. Какое количество теплоты получил газ при переходе из состояния 1 в состояние 2?

А) 100 Дж; Б) 150 Дж; В) 300 Дж; Г) 200 Дж.

52*. Какое количество теплоты получил газ при переходе из состояния 2 в состояние 3?

А) 1050 Дж; Б) 1500 Дж; В) 3000 Дж; Г) 2100 Дж.

53*. Какое количество теплоты выделил газ при переходе из состояния 3 в состояние 4?

А) -850 Дж; Б) -400 Дж; В) -450 Дж; Г) -300 Дж.

54*. Какое количество теплоты выделил газ при переходе из состояния 4 в состояние 1?

А) -850 Дж; Б) -900 Дж; В) -950 Дж; Г) -1000 Дж.

55*. На рисунке 10 изображен график изотермического процесса в координатах температура-объем. При переходе из состояния 1 в состояние 2:

А) Происходит нагревание газа.

Б) Газу сообщили количество теплоты.

В) Давление увеличилось.

Г) Работа, совершаемая внешними телами, положительна.

Д) Внутренняя энергия газа возросла.

56-57 . На рисунке 11 изображен переход идеального одноатомного газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе.

56**. Какое количество теплоты Q газ отдает или получает?

А) Q = 0; Б) Q =1,4 кДж; В) Q = - 950 Дж; Г) Q = -1,4 кДж.

57**. Определите среднее значение молярной теплоемкости газа в этом процессе (она в этом процессе не является постоянной величиной).

А) - 5/2 R; Б) ∞; В) 19/6 R; Г) 3/2 R; Д) 0.

58**- 59**. На рисунке 12 изображен переход идеального одноатомного газа из состояния 1 в состояние 2.

58**. Какое количество теплоты Q газ отдает или получает?

А) Q = 50 Дж; Б) Q = -50 Дж; В) Q = 0; Г) Q = 45,5Дж.

59**. Определите среднее значение молярной теплоемкости газа в этом процессе (она в этом процессе не является постоянной величиной).

А) 1/4 R; Б) ∞; В) 7/3 R; Г) -7/3 R; Д) 0.

60**. На рисунке 13 изображен переход идеального одноатомного газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе. Какое количество теплоты Q газ отдает или получает?

А) Q = 1,2 кДж; Б) Q = -1,2 кДж; В) Q = 1,55 кДж; Г) Q = -1,55 кДж.

61**-62**. На рисунке 14 изображен переход идеального двухатомного газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе.

61**. Какое количество теплоты Q газ отдает или получает?

А) Q = 50 Дж; Б) Q = -50 Дж; В) Q = -45,5 Дж; Г) Q = 45,5Дж.

62**. Определите среднее значение молярной теплоемкости газа в этом процессе (она в этом процессе не является постоянной величиной).

А) 1/2 R; Б) ∞; В) 1/3 R; Г) -1/3 R; Д) 0.

63**- 64**. На рисунке 15 изображен график перехода идеального газа из состояния 1 в состояние 2 при неизменной массе.

63**. Какое количество теплоты Q сообщили газу?

А) 1/4 P₀V₀; Б) 1/2 P₀V₀; В) 3/4 P₀V₀; Г) P₀V₀.

64**. Определите среднее значение молярной теплоемкости в этом процессе (она в этом процессе не является постоянной величиной).

А) 1/2 R; Б) ∞; В) 1/3 R; Г) -1/3 R; Д) 0.

65**. Если Q – количество теплоты, переданное газу, А – работа газа над внешними телами, ∆U – приращение внутренней энергии, то в процессе изотермического расширения:

А) Q < 0, A > 0; Б) Q < 0, ΔU = 0; В) Q > 0, A < 0; Г) Q > 0, A > 0.

66**. Если Q – количество теплоты, переданное газу, А – работа газа над внешними телами, ∆U – приращение внутренней энергии, то в процессе адиабатического расширения:

А) Q < 0, A > 0; Б) Q = 0, A < 0; В) ∆U < 0, A > 0; Г) ∆U < 0, A < 0.

Тепловые машины

67. Станет ли КПД тепловых машин равным 100 %, если трение в частях машин свести к нулю?

68. Что является нагревателем и что холодильником в ракетном двигателе?

69. Определите КПД тепловой машины, если за каждый цикл рабочее тело получает количество теплоты 400 Дж, а отдает холодильнику 300 Дж.

А) 25%; Б) 75%; В) 57%; Г) Определить по этим данным нельзя.

70*. В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура нагревателя в 3 раза выше, чем температура холодильника. Нагреватель передал газу количество теплоты 30 кДж. Какую работу совершил газ?

А) 10 кДж; Б) 20 кДж; В) 90 кДж; Г) 45 кДж.

71*. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 127 ^оС, а холодильника 27 ^оС. Количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя за каждую 1 с, равно 60 кДж. Определите мощность машины.

А) 31 кВт; Б) 51 кДж ; В) 31кДж; Г) 15 кВт. 39*. Г.

72-77. На рисунке 16 представлен график замкнутого цикла, по которому изменяется состояние рабочего тела теплового двигателя. Рабочим телом является одноатомный идеальный газ.

72*. Какие участки графика соответствуют процессу получения газом количества теплоты от нагревателя?

А) 1 – 2 и 2 – 3; Б) 2 – 3 и 3 – 1; В) только 1 – 2; Г) только 3 – 1.

73*. Какие участки графика соответствуют процессу передачи газом количества теплоты холодильнику?

А) 1 – 2 и 2 – 3; Б) 2 – 3 и 3 – 1; В) только 1 – 2; Г) только 3 – 1.

74*. Какую работу совершает рабочее тело двигателя за один цикл?

А) 400 Дж; Б) 300 Дж; В) 200 Дж; Г) 100 Дж.

75**. Какое количество теплоты передается рабочим телом холодильнику за 1 цикл?

А) 500 Дж; Б) 400 Дж; В) 300 Дж; Г) 100 Дж.

76**. Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за 1 цикл?

А) 800 Дж; Б) 700 Дж; В) 600 Дж; Г) 500 Дж.

77**. Каков КПД теплового двигателя?

А) 40%; Б) 35%; В) 25%; Г) 15%;

78-83. На рисунке 17 представлен график замкнутого цикла, по которому изменяется состояние рабочего тела теплового двигателя. Рабочим телом является одноатомный идеальный газ.

78*. Какие участки графика соответствуют процессу получения газом количества теплоты от нагревателя?

А) 1 – 2 и 2 – 3; Б) 2 – 3 и 3 – 1; В) только 1 – 2; Г) только 3 – 1.

79*. Какие участки графика соответствуют процессу передачи газом количества теплоты холодильнику?

А) 1 – 2 и 2 – 3; Б) 2 – 3 и 3 – 1; В) только 1 – 2; Г) только 3 – 1.

80*. Какую работу совершает рабочее тело двигателя за один цикл?

А) 400 Дж; Б) 300 Дж; В) 200 Дж; Г) 100 Дж.

81**. Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за 1 цикл?

А) 1800 Дж; Б) 1700 Дж; В) 1600 Дж; Г) 1500 Дж.

82**. Каков КПД теплового двигателя?

А) 12,5%; Б) 22,5%; В) 32,5%; Г) ≈ 37,6%;

83**. Какое количество теплоты передается рабочим телом холодильнику за 1 цикл?

А) 1200 Дж; Б) 1400 Дж; В) 1300 Дж; Г) 1000 Дж.

84**. На рисунке 18 изображен циклический процесс: точки а и b лежат на изотерме, точки b и с на изохоре. Рабочее тело – идеальный газ – совершило работу А = |Q_bc| – |Q_ab|, где Q_bc – количество теплоты, полученное от нагревателя в процессе b – c, Q_ab – количество теплоты, переданное холодильнику в изотермическом процессе a – b. Работа, совершаемая газом в процессе c – a равна:

А) |Q_bc| - А; Б) |Q_ab| + |Q_bc|; В) А + |Q_bс|; Г) A + |Q_ab|; Д) A + |Q_bc|.

85**. На рисунке 19 изображен цикл Стирлинга, образованный двумя изотермами и двумя изохорами. Работа, совершаемая за цикл, равна 3 кДж, количество теплоты, переданное холодильнику в процессе аb равно 2 кДж. В изотермическом процессе cd совершена работа:

А) 1 кДж; Б) 5 кДж; В) 3 кДж; Г) 4 кДж

86**. В результате работы А = 10 МДж, совершенной мотором холодильника, из морозильной камеры было отведено 40 МДж теплоты. Количество теплоты, поступившей в комнату:

А) 40 МДж; Б) 50 МДж; В) 10 МДж; Г) 30 МДж.

Изменение внутренней энергии системы тел путем теплопередачи.

87. Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды массой 500 г с 20 ^оС до 40 ^оС?

А) 42 МДж; Б) 64 МДж; В) 64 кДж; Г) 42 кДж.

88. На горелках одинаковой мощности нагревались одинаковые массы воды, меди и железа. Укажите, какой из графиков (рис. 20) построен для воды, какой для меди и какой для железа.

А) 1- для воды, 2 – для меди, 3 – для железа; Б) 3 - для воды, 1 – для меди, 2 – для железа;

В) 3 - для воды, 2 – для меди, 1 – для железа; Г) 2 - для воды, 2 – для меди, 3 – для железа.

89. Какое количество теплоты необходимо для нагревания льда массой 500 г с - 20 ^оС до 0 ^оС?

А) 21 кДж; Б) 32 кДж; В) 32 МДж; Г) 21 МДж.

90. Какое количество теплоты необходимо для плавления льда массой 500 г, имеющего температуру 0 ^оС?

А) 165 МДж; Б) 16,5 МДж; В) 1,65 МДж; Г) 165 кДж.

91. В сосуде находится 0,5 кг воды и 0,5 кг льда в тепловом равновесии (не происходит теплопередачи). Какое из утверждений не верно:

А) внутренняя энергия воды больше внутренней энергии льда на величину λm;

Б) суммарная кинетическая энергия молекул воды и суммарная кинетическая энергия молекул льда одинаковые, так как у веществ одинаковые температуры;

В) внутренняя энергия воды больше внутренней энергии льда за счет потенциальной энергии взаимодействия молекул.

Г) внутренняя энергия льда и внутренняя энергия воды одинаковы, так как у них одинаковые температуры 0 ^оС.

92. Какое количество теплоты выделяется при конденсации 10 г водяного пара, имеющего температуру 100 ^оС?

А) 2,3 кДж; Б) 23 кДж; В) 230 кДж; Г) 230 МДж.

93. В калориметр с теплоемкостью С_к находится лед массы m_л при температуре t_л = - 10 ^оС. Через сосуд пропускают пар массы m_п, имеющего температуру t_п = 100 ^оС. В результате весь лед растаял, и в калориметре установилась температура t > 0 ^оС. Удельная теплоемкость льда с_л, удельная теплоемкость воды с_в, теплота парообразования воды L, теплота плавления льда λ. Какое из приведенных ниже уравнений теплового баланса записано верно.

А) с_л m_л(0 - t_л) + λ m_л + с_в m_л (t - 0) = L m_п;

Б) λ m_л + с_в m_л (t - 0) + С_к (t - t_л) = L m_п + с_в m_п (100 - t);

В) с_л m_л(0 - t_л) + λ m_л + с_в m_л (t - 0) + С_к (t - t_л) = L m_п + с_в m_п (100 - t);

Г) с_л m_л(0 - t_л) + λ m_л + с_л m_л (t - 0) + С_к (t - t_л) = L m_п + с_в m_п (100 - t).

Превращение механической энергии во внутреннюю энергию.

94. После сильного шторма вода в море становится теплее. Почему?

95. Почему при вколачивании гвоздя в дерево шляпка его мало нагревается, а когда гвоздь вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?

96. Можно ли наблюдать «падающие звезды» на Луне?

97*. Необходимо определить, с какой одинаковой скоростью должны лететь навстречу друг другу льдинки массой m₁ и m₂, имеющие температуру t_л = - 10 ^оС, чтобы при ударе они обратились в пар. Какая из приведенных ниже записей закона сохранения энергии верна:

А)

Б);

В);

Г)