«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Старикова А.Л.

Транскрипт

1 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Старикова А.Л. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсу лекций по физике для студентов дневного отделения механико-математического факультета МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА (обучающие тесты) Ростов-на-Дону 006 3

2 Методические указания разработаны кандидатом физико-математических наук, доцентом кафедры общей физики А.Л. Стариковой. Печатается в соответствии с решением кафедры общей физики физического факультета РГУ, протокол 0 от апреля 006 г. 4

3 . Приведите в соответствие: ) атомная единица массы m о = а) 6,0 0 3 г) кг ) число Авогадро N A = б) д) г/моль 3) молярная масса изотопа углерода С µ c = в), е) /моль. Сколько молекул содержится в m (г) вещества ( µ -его молярная масса)? m ) N A µ µ N m ) A 3) N A 3. Приведите в соответствие: вещество: молярная масса (г/моль): ) кислород О а) 8 ) водород Н б) 8 3) азот N в) 3 4) воздух г) 5) вода Н О д) 9 4. Сколько молей (ν) содержится в: ν= ) 4 г водорода а) ) 87 г воздуха б) 3 3) 80 г воды в) 5 г) 0 5

4 5. Сколько молекул (N) содержится в: ) 40 г азота а) 0 N A ) 60 г кислорода б) 0 N A 3) 80 г воды в) 5 N A 6. Какое значение температуры по шкале Кельвина соответствует температуре 00 о С? ) 73 К; ) 73 К; 3) 373 К. m 7. Из уравнения Менделеева-Клапейрона p = R - можно получить µ выражение для приведите в соответствие: ) плотности газа ρ= а) R pµ ) удельного объема ' pµ = б) R 8. В сосуде находится смесь: один моль азота (N ) и один моль водорода (H ). Сравните парциальные давления этих газов: ) H > N ) H < N 3) H = N 9. В сосуде находится смесь: один грамм азота (N ) и один грамм водорода (Н ). Сравните парциальные давления этих газов: ) H > N ) H < N 3) H = N 6

5 0. В сосуде находится смесь: один моль азота (N ) и два моля водорода (Н ). Сравните парциальные давления этих газов: ) H > N ) H < N 3) H = N. Приведите в соответствие: а) изотермический процесс Т=const б) изобарический процесс p=const 3 в) изохорический процесс =const. На рисунке изображены две изотермы. Укажите правильный ответ: а) Т >Т Т б) Т <Т Т в) Т =Т 3. Газ переходит из состояния в состояние. Приведите в соответствие: 7

6 ) Т 3) Т а) изохорное нагревание; б) изохорное охлаждение; в) изобарное Т ) Т 4) нагревание; г) изобарное охлаждение. 4. Приведите в соответствие: ) 3) а) Р, = const; > б), = const; < в), = const; > г), = const; < ) 4) 8

7 5. Циклам, изображенным на рисунках левого столбца, приведите в соответствие те же циклы, изображенные на рисунках правого столбца. Т ) Р ) 3) a) б) в) г) д) Как меняется температура на участках цикла? Р ) а) растет; ) 3 б) уменьшается; 3) 3 4 в) не меняется ) 4 7. Приведите в соответствие: ) Универсальная газовая постоянная R= a) в) Дж/К ) Постоянная Больцмана k= б) 8.3 г) Дж/(моль К) 9

8 8. Составьте формулы: ) R= а) N A в) R ) k= б) г) k N A 9. На рисунке приведены графики распределения молекул по скоростям для различных температур (масса газа - постоянна). Укажите правильные ответы: ) Т > ; dn dυ N ) > ; Т Т υ 3) 4) υ > () () в υ в υ < () () в υ в ( υ в - наиболее вероятная скорость ). 0. Закон распределения молекул по скоростям запишем в виде: dn 4N = π m k 3 mv exp v k dv Приведите в соответствие физическую величину и её обозначение: ) N а) скорость одной молекулы; ) dn б) число молекул, скорости которых лежат в интервале: (υ - d υ ) (υ + d υ ); 3) m в) масса газа; 4) υ г) масса одной молекулы; д) полное число частиц. 0

9 . Приведите в соответствие: скорость: ) наиболее вероятная v в а) 8k πm г) 8R πµ ) средняя квадратичная v кв б) 3k m д) 3R µ 3) средняя арифметическая v ср в) k m е) R µ. Приведите в соответствие обозначения физических величин в тесте : ) m а) масса газа; ) µ б) масса одной молекулы; в) молярная масса. 3. Приведите в соответствие физический смысл, обозначение и размерность: ) давление идеального газа а) n г) Па ) концентрация молекул б) ε д) /м 3 3) средняя кинетическая энергия одной молекулы в) p е) Дж 4. Составьте формулы: ) p = а) 3 ) ε = б) 3 в) n г) k д) nε

10 5. В сосуде в состоянии теплового равновесия находится смесь азота (N ) и водорода (H ). Сравните скорости () молекул: ) N > H ; ) N < H ; 3) N = H. 6. В двух теплоизолированных сосудах находятся: в одном азот (N ), в другом водород (H ). Среднеквадратичные скорости молекул одинаковы. Сравните температуры ( ) газов: ) N > H ; ) N < H ; 3) N = H. 7. Запишите формулы: ) средняя кинетическая энергия m одной молекулы ε= б) N A µ i ) внутренняя энергия одного моля U µ = а) k в) 3) внутренняя энергия произвольной г) N A массы газа U= 8. Приведите в соответствие (физический смысл обозначений см. тест 7): ) ε= i а) R ) U µ= i б) k 3) U = im в) R µ

11 9. При изменении температуры () воздуха в комнате, давление газа не меняется. Как изменится концентрация молекул (n) и внутренняя энергия (U) воздуха? Приведите в соответствие: ) > а) n = n г) U >U ) < б) n > n д) U <U в) n < n е) U =U 30. Первое начало термодинамики для процесса: имеет вид: ) изотермического а) Q = U ) изохорического б) Q=A 3) изобарического в) Q= U+A 4) адиабатического г) 0= U+A 3. Приведите в соответствие теплоёмкость: dq ) удельная C уд = а) υd dq ) молярная C µ = б) md 3. Приведите в соответствие в) г) Дж кг К Дж моль К Процессы в идеальном газе: Молярная теплоемкость: ) изохорический а) 0 ) изотерический i б) R 3) изобарический i + в) R 4) адиабатический г) 3

12 33. Приведите в соответствие обозначения физических величин в тестах 3, 3: ) υ - а) число степеней свободы; ) i - б) число молей; 3) R - в) универсальная газовая постоянная; г) молярная масса. 34. Приведите в соответствие модель газа: i = ) материальная точка ) гантель (жесткая связь) а) 6 в) 5 3) гантель (упругая связь) б) 7 г) Отношения удельных (молярных) теплоёмкостей γ = С р / Сv равно: ) i + ; ) + i ; 3). i + i i 36. Приведите в соответствие процесс: ) график а) изотермический ) график б) адиабатический 4

13 37. Приведите в соответствие при адиабатическом температура идеального газа: ) расширении а) повышается ) сжатии б) понижается 38. Приведите в соответствие при адиабатическом внутренняя энергия идеального газа: ) расширении а) повышается ) сжатии б) понижается 39. Идеальный газ переходит из состояния () в состояние () и производит при этом работу А. Приведите в соответствие Процесс: А = ) изобарический а) 0 д) ) изотерический б) Р ( - ) m R ln µ 3) изохорический в) С v (Т -Т ) 4) адиабатический г) С v ( - ) 40. Привести в соответствие a работа идеального газа равна площади S b ) при расширении а а) S г) (S +S ) S ) при сжатии b б) S 3) цикла ав в) (-S ) 5 S

14 4. Привести в соответствие b работа идеального газа равна площади a ) при расширении а ) (-S ) 4) -(S +S ) S ) при сжатии b ) (-S ) 3) цикла аb 3) S 4. Приведите в соответствие для цикла Карно: График: Процесс: Р а) изотермическое сжатие при ) температуре Т ; ) 3 б) изотермическое расширение при 3) 3 4 температуре Т ; 4 3 4) 4 в) адиабатическое сжатие; г) адиабатическое расширение. Q Q 43. Коэффициент полезного действия цикла Карно η =, где Q Количество теплоты: ) Q - а) отданное холодильнику; ) Q - б) полученное от нагревателя; 3) (Q Q ) в) равное полезной работе. 44. КПД цикла Карно η= 5%. Газ получил от нагревателя количество теплоты, равное 30 КДж. Приведите с соответствие: ) Газ совершил работу а) 0 КДж ) Количество теплоты, отданное холодильнику б) 40 КДж в) 80 КДж 6

15 45. Как меняется внутренняя энергия (U) идеального газа на различных участках цикла Карно? Р ) а) увеличивается ) 3 б) убывает 3) 3 4 в) не меняется 4 3 4) Чему равна работа идеального газа на различных участках цикла Карно? Р 4 3 ) ) 3 3) 3 4 4) 4 А= m а) C ( ) µ m б) C ( ) µ в) г) m ln R µ m 4 R ln µ Приведите в соответствие: ) идеальная тепловая машина а) ) реальная тепловая машина б) в) Q Q Q Q Q Q Q Q Q > < = ; ;. 7

16 48. Приведите в соответствие: Тепловая машина: Приведенная теплота: ) идеальная Q Q а) > ; ) реальная Q Q б) < ; Q Q в) =. 49. Приведите в соответствие: δq ) обратимый цикл а) > 0 δq ) необратимый цикл б) < 0 соотношение Клаузиуса δq в) = Цикл содержит необратимую часть а и обратимую d. Приведите в a соответствие: δq ) δ Q ) a а) < в) (S - S ) б) = г) (S - S ) d δq 3) d д) 0 8

17 5. Энтропия изолированной системы в случае приведите в соответствие: ) обратимых процессов а) возрастает ) реально протекающих б) убывает (необратимых) процессов в) остается неизменной δq 5. Из определения энтропии для обратимых процессов: S -S = приведите в соответствие: энтропия системы: следует ) тепло подводится к системе а) уменьшается ) система отдает тепло б) не меняется 3) система теплоизолирована в) увеличивается 53. Как меняется энтропия приведите в соответствие при: ) испарении жидкости а) увеличивается ) конденсации пара б) уменьшается 3) плавлении в) не меняется 4) кристаллизации 54. На рисунке изображен цикл Карно в осях (S,). Приведите в соответствие: на участке ) - а) газ отдает тепло ) -3 холодильнику 3) 3-4 б) газ получает тепло 4) 4- от нагревателя в) адиабатический процесс без теплообмена S 9

18 55. На рисунках изображен один и тот же цикл Карно. Укажите последовательность состояний, соответствующих циклу 3 4: 4 3 ) a b а) c-b-a-d ) S a d c б) a-b-c-d S в) b-a-d-c b d c 56. Площадь цикла Карно равна приведите в соответствие: ) 4 а) работе газа за цикл 3 б) количеству тепла, подведенного к газу от нагревателя S в) количеству тепла, a b переданного газу (от нагревателя и ) холодильника) d c 0

19 57. Приведите в соответствие обозначения, физический смысл и размерность величин: Дж ) С л а) удельная теплота парообразования воды д) кг ) С в б) удельная теплота плавления льда Дж 3) λ в) удельная теплоемкость воды е) кг К 4) r г) удельная теплоемкость льда 58. кг льда (t = -0 0 C) превратили при нормальном давлении в пар (t=00 0 C). Изменение энтропии S -S = S + S + S 3 + S 4, где изменение энтропии ) льда при нагревании его до 0 0 mλ С S = а) ) воды при нагревании её от 0 0 С до 00 0 mr С S = б) 3 3) при таянии льда S 3 = в) 4) при испарении воды S 4 = г) mc ln л mc ln 3 в 59. Приведите в соответствие обозначения и численные значения Т i в тесте 58: ) Т = а) 373К температура кипения воды ) Т = б) 73К температура таяния льда 3) Т 3 = в) 63К начальная температура льда

20 60. В теплоизолированном сосуде перегородка делит газ на две равные части с одинаковыми давлением и температурой. Как изменится внутренняя энергия (U) и энтропия (S) газа, если убрать перегородку? ) U= m а) R ln µ ) S= m б) R ln µ в) 0 6. В соотношении S=klnW (), где термодинамическая вероятность N! W= (). N! N!... N n! Поясните физический смысл обозначений в формулах () и (): ) S а) волновое число ) k б) энтропия 3) N в) постоянная Больцмана 4) N i г) число частиц в i-ом состоянии д) полное число частиц 6. Термодинамическая вероятность (W) распределений, показанных на рисунках, равна: W= ) а) 0 б) 30 ) в) 90 г) 3)

21 63. Термодинамическая вероятность (W) распределений, показанных на рисунках, равна: W= ) а) 4 ) 3) б) 6 в) г) 64. Уравнение Ван-дер-Ваальса для моля реального газа имеет вид: a (p+ )(-b)=r. Приведите в соответствие: поправка к уравнению Менделеева-Клапейрона учитывает a ) а) собственный объем молекул ) b б) силу притяжения между молекулами 65. Эмпирическая изотерма реального газа имеет вид приведите в соответствие: состояние D участок кривой вещества ) AB а) жидкость B ) BC б) газ C А 3) CD в) двухфазная система (жидкость газ) 3

22 66. Приведите в соответствие. Для моля реального газа: ) Потенциальная энергия а) а/ взаимодействия молекул б) а/ ) Внутренняя энергия в) C - a a 3) Добавочное давление за г) C + счет притяжения молекул 67. На рисунке изображены изотермы некоторого реального газа (m=const). Укажите правильные ответы: ) > ; ) > ; 3 3) > 3 ; 4) < Реальный газ сжимают в сосуде при постоянной температуре. Приведите в соответствие: в сосуде находится: ) только газ a) ) только жидкость б) 3) двухфазная система в) газ жидкость г) 4

23 69. кр, кр параметры критического состояния; Н давление насыщающего пара при температуре. Укажите правильные ответы: ) > кр ; ) < кр ; 3) Н > кр ; 4) Н < кр. 70. Реальный газ нельзя превратить в жидкость (ни при каких давлениях), если ) < кр ; ) > кр. 7. При адиабатическом расширении в пустоту приведите в соответствие: газ: А) идеальный ) работа газа а) не меняется В) реальный ) внутренняя энергия б) увеличивается 3) температура в) уменьшается 4) энтропия г) равна нулю 5