Вариант 2, страница 114 - гдз по физике 10 класс дидактические материалы Марон, Марон

Авторы: Марон А. Е., Марон Е. А.
Тип: Дидактические материалы
Издательство: Дрофа
Год издания: 2014 - 2025
Уровень обучения: базовый и углублённый
Цвет обложки: белый молнии и вертолет
ISBN: 978-5-358-20020-3
Популярные ГДЗ в 10 классе
КР-7. Закон сохранения энергии. Контрольные работы - страница 114.
Вариант 2 (с. 114)
Условие. Вариант 2 (с. 114)
скриншот условия

Вариант 2
I
1. Какую работу совершает электровоз при увеличении скорости поезда массой 3000 т от 36 до 54 км/ч?
2. Башенный кран поднимает бетонную плиту массой 2 т на высоту 15 м. Чему равна работа силы тяжести, действующей на плиту?
II
3. Рассчитайте работу, которую необходимо совершить при подъеме тела массой 500 кг на высоту 4 м, если его скорость при этом увеличилась от нуля до 2 м/с.
4. Определите скорость тела, брошенного со скоростью 15 м/с под углом к горизонту, на высоте 10 м. Сопротивлением воздуха пренебречь.
III
5. Рассчитайте, во сколько раз уменьшится скорость атома гелия после центрального упругого столкновения с неподвижным атомом водорода, масса которого в 4 раза меньше массы атома гелия.
6. Брусок массой 1 кг соскальзывает без начальной скорости с вершины наклонной плоскости высотой 1 м и останавливается. Какую работу нужно совершить, чтобы по тому же пути втащить брусок на вершину наклонной плоскости?
Решение. Вариант 2 (с. 114)
1. Какую работу совершает электровоз при увеличении скорости поезда массой 3000 т от 36 до 54 км/ч?
Дано:
масса поезда $m = 3000 \, \text{т}$
начальная скорость $v_1 = 36 \, \text{км/ч}$
конечная скорость $v_2 = 54 \, \text{км/ч}$
Перевод в систему СИ:
$m = 3000 \cdot 1000 \, \text{кг} = 3 \cdot 10^6 \, \text{кг}$
$v_1 = 36 \cdot \frac{1000 \, \text{м}}{3600 \, \text{с}} = 10 \, \text{м/с}$
$v_2 = 54 \cdot \frac{1000 \, \text{м}}{3600 \, \text{с}} = 15 \, \text{м/с}$
Найти:
Работу $\text{A}$.
Решение:
Согласно теореме о кинетической энергии, работа, совершаемая силой, равна изменению кинетической энергии тела:
$A = \Delta E_k = E_{k2} - E_{k1}$
Кинетическая энергия вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$.
Тогда работа равна:
$A = \frac{mv_2^2}{2} - \frac{mv_1^2}{2} = \frac{m(v_2^2 - v_1^2)}{2}$
Подставим числовые значения:
$A = \frac{3 \cdot 10^6 \, \text{кг} \cdot ((15 \, \text{м/с})^2 - (10 \, \text{м/с})^2)}{2} = \frac{3 \cdot 10^6 \cdot (225 - 100)}{2} = \frac{3 \cdot 10^6 \cdot 125}{2} = 1.5 \cdot 10^6 \cdot 125 = 187.5 \cdot 10^6 \, \text{Дж} = 187.5 \, \text{МДж}$
Ответ: $187.5 \, \text{МДж}$.
2. Башенный кран поднимает бетонную плиту массой 2 т на высоту 15 м. Чему равна работа силы тяжести, действующей на плиту?
Дано:
масса плиты $m = 2 \, \text{т}$
высота подъема $h = 15 \, \text{м}$
ускорение свободного падения $g \approx 10 \, \text{м/с}^2$
Перевод в систему СИ:
$m = 2 \cdot 1000 \, \text{кг} = 2000 \, \text{кг}$
Найти:
Работу силы тяжести $A_g$.
Решение:
Работа силы тяжести вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos \alpha$, где $\text{F}$ - сила тяжести, $\text{s}$ - перемещение, $\alpha$ - угол между вектором силы и вектором перемещения.
Сила тяжести $F_g = mg$ направлена вертикально вниз. Перемещение $\text{h}$ направлено вертикально вверх. Следовательно, угол между ними $\alpha = 180^\circ$.
$\cos(180^\circ) = -1$.
Таким образом, работа силы тяжести:
$A_g = mg \cdot h \cdot \cos(180^\circ) = -mgh$
Подставим числовые значения:
$A_g = -2000 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 \cdot 15 \, \text{м} = -300000 \, \text{Дж} = -300 \, \text{кДж}$
Ответ: $-300 \, \text{кДж}$.
3. Рассчитайте работу, которую необходимо совершить при подъеме тела массой 500 кг на высоту 4 м, если его скорость при этом увеличилась от нуля до 2 м/с.
Дано:
масса тела $m = 500 \, \text{кг}$
высота подъема $h = 4 \, \text{м}$
начальная скорость $v_1 = 0 \, \text{м/с}$
конечная скорость $v_2 = 2 \, \text{м/с}$
ускорение свободного падения $g \approx 10 \, \text{м/с}^2$
Найти:
Работу $\text{A}$.
Решение:
Работа, совершаемая внешней силой, идет на изменение полной механической энергии тела. Полная механическая энергия является суммой кинетической и потенциальной энергии $E = E_k + E_p$.
Изменение полной механической энергии равно $A = \Delta E = E_2 - E_1 = (E_{k2} + E_{p2}) - (E_{k1} + E_{p1})$.
Примем начальный уровень высоты за нулевой, тогда начальная потенциальная энергия $E_{p1} = 0$.
Начальная кинетическая энергия $E_{k1} = \frac{mv_1^2}{2} = \frac{500 \cdot 0^2}{2} = 0$.
Конечная потенциальная энергия $E_{p2} = mgh$.
Конечная кинетическая энергия $E_{k2} = \frac{mv_2^2}{2}$.
Тогда искомая работа равна:
$A = E_{k2} + E_{p2} = \frac{mv_2^2}{2} + mgh$
Подставим числовые значения:
$A = \frac{500 \, \text{кг} \cdot (2 \, \text{м/с})^2}{2} + 500 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 \cdot 4 \, \text{м} = \frac{500 \cdot 4}{2} + 20000 = 1000 + 20000 = 21000 \, \text{Дж} = 21 \, \text{кДж}$
Ответ: $21 \, \text{кДж}$.
4. Определите скорость тела, брошенного со скоростью 15 м/с под углом к горизонту, на высоте 10 м. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Дано:
начальная скорость $v_0 = 15 \, \text{м/с}$
высота $h = 10 \, \text{м}$
ускорение свободного падения $g \approx 10 \, \text{м/с}^2$
Найти:
Скорость тела на высоте $\text{h}$, $\text{v}$.
Решение:
Поскольку сопротивлением воздуха можно пренебречь, полная механическая энергия тела сохраняется. Запишем закон сохранения энергии для начального момента (в точке броска) и для момента, когда тело находится на высоте $\text{h}$.
$E_0 = E_h$
$\frac{mv_0^2}{2} + mgh_0 = \frac{mv^2}{2} + mgh$
Примем начальную высоту за ноль, $h_0=0$. Тогда $mgh_0=0$.
$\frac{mv_0^2}{2} = \frac{mv^2}{2} + mgh$
Сократим массу $\text{m}$ в каждом члене уравнения:
$\frac{v_0^2}{2} = \frac{v^2}{2} + gh$
Выразим отсюда искомую скорость $\text{v}$:
$\frac{v^2}{2} = \frac{v_0^2}{2} - gh$
$v^2 = v_0^2 - 2gh$
$v = \sqrt{v_0^2 - 2gh}$
Подставим числовые значения:
$v = \sqrt{(15 \, \text{м/с})^2 - 2 \cdot 10 \, \text{м/с}^2 \cdot 10 \, \text{м}} = \sqrt{225 - 200} = \sqrt{25} = 5 \, \text{м/с}$
Ответ: $5 \, \text{м/с}$.
5. Рассчитайте, во сколько раз уменьшится скорость атома гелия после центрального упругого столкновения с неподвижным атомом водорода, масса которого в 4 раза меньше массы атома гелия.
Решение:
Рассмотрим центральное упругое столкновение двух тел. Обозначим массу атома гелия как $m_1$, а его начальную скорость как $v_1$. Массу атома водорода обозначим как $m_2$, его начальная скорость $v_2 = 0$, так как он неподвижен.
По условию задачи, $m_2 = \frac{m_1}{4}$.
При упругом столкновении выполняются законы сохранения импульса и кинетической энергии.
Скорость первого тела (атома гелия) после столкновения в общем виде определяется формулой:
$u_1 = \frac{m_1 - m_2}{m_1 + m_2} v_1 + \frac{2m_2}{m_1 + m_2} v_2$
Подставляя $v_2 = 0$, получаем:
$u_1 = \frac{m_1 - m_2}{m_1 + m_2} v_1$
Теперь подставим соотношение масс $m_2 = m_1/4$:
$u_1 = \frac{m_1 - \frac{m_1}{4}}{m_1 + \frac{m_1}{4}} v_1 = \frac{\frac{3}{4}m_1}{\frac{5}{4}m_1} v_1 = \frac{3}{5} v_1$
Скорость атома гелия после столкновения стала равна $u_1 = \frac{3}{5} v_1$.
Чтобы найти, во сколько раз уменьшилась скорость, нужно разделить начальную скорость на конечную:
$\frac{v_1}{u_1} = \frac{v_1}{\frac{3}{5}v_1} = \frac{5}{3}$
Ответ: Скорость уменьшится в $\frac{5}{3}$ раза (примерно в 1.67 раза).
6. Брусок массой 1 кг соскальзывает без начальной скорости с вершины наклонной плоскости высотой 1 м и останавливается. Какую работу нужно совершить, чтобы по тому же пути втащить брусок на вершину наклонной плоскости?
Дано:
масса бруска $m = 1 \, \text{кг}$
высота наклонной плоскости $h = 1 \, \text{м}$
начальная скорость при соскальзывании $v_{нач} = 0$
конечная скорость при соскальзывании $v_{кон} = 0$
ускорение свободного падения $g \approx 10 \, \text{м/с}^2$
Найти:
Работу $\text{A}$ по втаскиванию бруска наверх.
Решение:
1. Рассмотрим движение бруска вниз.
Начальная полная механическая энергия бруска на вершине плоскости (кинетическая равна нулю, так как $v_{нач} = 0$):
$E_{нач} = E_p = mgh$
Конечная полная механическая энергия у основания (и кинетическая, и потенциальная равны нулю, так как брусок остановился на нулевой высоте):
$E_{кон} = 0$
Изменение механической энергии произошло за счет работы силы трения $A_{тр}$. По теореме об изменении полной механической энергии:
$A_{тр} = E_{кон} - E_{нач} = 0 - mgh = -mgh$
Работа силы трения отрицательна. Модуль работы силы трения $|A_{тр}| = mgh$.
2. Рассмотрим движение бруска вверх.
Чтобы втащить брусок на вершину, нужно совершить работу $\text{A}$ против силы тяжести и против силы трения. Предполагаем, что брусок перемещается медленно, без изменения кинетической энергии.
Работа против силы тяжести равна изменению потенциальной энергии:
$A_g = \Delta E_p = E_{p,кон} - E_{p,нач} = mgh - 0 = mgh$
Работа против силы трения $A'_{тр}$ равна по модулю работе силы трения при движении вниз, так как путь и сила трения те же самые.
$A'_{тр} = |A_{тр}| = mgh$
Полная работа, которую нужно совершить, равна сумме работы против силы тяжести и работы против силы трения:
$A = A_g + A'_{тр} = mgh + mgh = 2mgh$
Подставим числовые значения:
$A = 2 \cdot 1 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 \cdot 1 \, \text{м} = 20 \, \text{Дж}$
Ответ: $20 \, \text{Дж}$.
Другие задания:
Вариант 3
стр. 107Вариант 4
стр. 108Вариант 1
стр. 109Вариант 2
стр. 110Вариант 3
стр. 111Вариант 4
стр. 112Вариант 1
стр. 113Вариант 2
стр. 114Вариант 3
стр. 115Вариант 4
стр. 116Вариант 1
стр. 117Вариант 2
стр. 118Вариант 3
стр. 119Вариант 4
стр. 120Вариант 1
стр. 121к содержанию
список заданийПомогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения Вариант 2 расположенного на странице 114 к дидактическим материалам 2014 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению Вариант 2 (с. 114), авторов: Марон (Абрам Евсеевич), Марон (Евгений Абрамович), базовый и углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Дрофа.